基于NI Flex II創(chuàng )新技術(shù)的通用儀器可提供最高動(dòng)態(tài)

技術(shù)的融合使系統制造商們能夠不斷滿(mǎn)足用戶(hù)的期望，但也給研發(fā)人員和測試工程師帶來(lái)極大的壓力，因為他們需要測試更多的功能，還要盡量縮短測試時(shí)間，使產(chǎn)品盡快上市。虛擬儀器能夠有效整合快速開(kāi)發(fā)軟件和高度靈活的模塊化硬件來(lái)創(chuàng )建用戶(hù)定義的測試系統，因而成為克服這些挑戰的優(yōu)秀測試方案。

消費者需求和期望值的日漸提高促使制造商開(kāi)發(fā)出更新、功能更多的創(chuàng )新產(chǎn)品以保持其競爭地位和利潤。汽車(chē)中的遠程信息處理系統就是一個(gè)功能不斷增多的典型例子。幾年前，汽車(chē)還只配備有卡帶機和AM/FM收音機。隨后出現了光盤(pán)，汽車(chē)制造商立即在汽車(chē)中集成了CD播放機和標準的AM/FM收音機及卡帶機。消費者的需求和期望仍在不斷提高，現在很容易見(jiàn)到信息處理系統中含有CD/MP3播放器、DVD播放器、AM/FM及衛星廣播、GPS和蜂窩電話(huà)。所有這些過(guò)去由各個(gè)獨立設備實(shí)現的技術(shù)現在可被融合進(jìn)一個(gè)成熟而復雜的信息處理系統中。

圖1. NI PXI-5922多分辨率數字轉換器的頻率-分辨率曲線(xiàn)上的關(guān)鍵點(diǎn)。

技術(shù)的融合使汽車(chē)制造商們能夠滿(mǎn)足用戶(hù)的期望，并能立足于競爭激烈的市場(chǎng)。但這給研發(fā)人員和測試工程師都帶來(lái)極大的壓力，因為他們需要測試更多的功能，還要盡量縮短測試時(shí)間，滿(mǎn)足上市時(shí)間要求。

讓我們從汽車(chē)制造商的角度來(lái)看。先考慮一下設計和開(kāi)發(fā)信息處理系統所需的成本。幾年前，設計師可能只需要一套傳統的盒裝儀器就能設計和測試卡帶機中的有限功能了。然而，為了迎接今天的挑戰，設計人員必須購買(mǎi)新的儀器才能完成遠程信息處理系統中新功能的測試。隨著(zhù)測試系統的不斷膨脹，不僅空間開(kāi)始不夠用，支出也超出預算。如果能用一個(gè)集成的測試系統代替所有這些昂貴且種類(lèi)各異的儀器，并能根據具體應用定義功能，還能提供未來(lái)擴展空間那該有多好？

如今，虛擬儀器已經(jīng)成為克服這些挑戰的首選測試解決方案。它結合了快速開(kāi)發(fā)軟件和高度靈活的模塊化硬件來(lái)創(chuàng )建用戶(hù)定義的測試系統。虛擬儀器能夠提供：用于快速測試開(kāi)發(fā)的直觀(guān)軟件工具；基于創(chuàng )新商用技術(shù)的快速、精確的模塊化I/O；提供高精確度和高吞吐量并具有一體化同步功能的PC平臺。

快速的測試開(kāi)發(fā)軟件

隨著(zhù)自動(dòng)化逐漸成為快速測試復雜產(chǎn)品的基本要求，軟件已成為從設計驗證到高度自動(dòng)化制造測試等所有測試系統中的基本組成部分。為了快速提供能夠測試新功能的測試系統，需要一套集成的測試開(kāi)發(fā)工具。這些工具包括測試管理、測試開(kāi)發(fā)和I/O驅動(dòng)器。

圖2. 在高達15MS/s采樣速率條件下與其它數字轉換器相比的PX-5922頻率-分辨率曲線(xiàn)。

模塊化I/O

第二個(gè)重要的測試技術(shù)是包括模塊化儀器和數據捕獲等技術(shù)在內的模塊化I/O。模塊化I/O采用商用芯片技術(shù)創(chuàng )建低成本高性能的虛擬儀器。像ADC、DAC、FPGA、DSP等被廣泛使用的商用技術(shù)的普及化迅速增強了模塊化I/O功能和性能。在許多情況下，虛擬儀器的精度超過(guò)了傳統儀器的精度。

基于PC的測試平臺

所有現代的測試系統都包含有PC。PC已經(jīng)不僅是測試系統的一部分，而且正逐漸成為重要的集成平臺：測試系統中心。千兆赫處理器、高速總線(xiàn)、軟件的廣泛可用性、不斷提高的性能和特別低的價(jià)格使得PC已經(jīng)成為理想的測試平臺。如果考察一下過(guò)去20年來(lái)PC的性能演變，測試系統中具有同樣量級性能提升的部分只有被測設備本身了。

用于動(dòng)態(tài)測試的通用儀器

假設你正在測試車(chē)載信息處理系統中的音頻和無(wú)線(xiàn)功能，執行音頻和無(wú)線(xiàn)測試所需的儀器是音頻分析儀、射頻下變頻器和中頻數字轉換器。你可以選擇3個(gè)PXI或PCI模塊，并用軟件定義測試系統。如果一個(gè)設備能夠用于多種用途顯然更有益。

圖3. 線(xiàn)性化前后應用于6位Δ-ΣADC的純正弦波FFT圖。

現在可以使用用于動(dòng)態(tài)測量的通用儀器來(lái)實(shí)現這一目的。美國國家儀器(NI)公司的PXI-5922多分辨率數字轉換器就是這樣一種將多個(gè)儀器功能集成在一個(gè)模塊中的設備。通過(guò)這個(gè)數字轉換器，用戶(hù)可以調整采樣速率獲得不同的分辨率。例如，在15MS/s的采樣速率下，模塊可以提供16位的分辨率，通過(guò)軟件將采樣速率降低到500kS/s后，同樣的模塊(對硬件不作任何改動(dòng))將提供24位的分辨率。在本例中，PXI-5992通用儀器既可作為24位音頻分析儀，也可以作為16位中頻數字轉換器使用。

就像DMM將多個(gè)DC測量功能整合進(jìn)一個(gè)儀器那樣，PXI-5992也通過(guò)在一個(gè)數字轉換器中提供多種儀器功能改進(jìn)了AC測量功能。使用該數字轉換器和LabVIEW8之類(lèi)的軟件就可以創(chuàng )建新的虛擬儀器。與音頻分析儀、頻譜分析儀、中頻和I/Q基帶數字轉換器、DC和RMS電壓表和頻率計數器等許多傳統儀器相比，采用這種虛擬儀器能夠獲得更好的測量性能。

創(chuàng )新的Flex II ADC多分辨率技術(shù)

這種創(chuàng )新的多分辨率技術(shù)可以通過(guò)NI的 Flex II ADC實(shí)現。該模數轉換器采用了NI設計的全定制模擬ASIC，是一種增強型的Δ-Σ轉換器，利用下面這兩種創(chuàng )新技術(shù)在寬范圍的采樣速率下獲得了特別高的動(dòng)態(tài)范圍：用6位Δ-Σ ADC代替單比特Δ-Σ ADC；擁有專(zhuān)利的數字線(xiàn)性化機制。

單比特Δ-Σ ADC可以為低頻應用提供高分辨和高動(dòng)態(tài)范圍。然而，由于采樣速度有限，單比特Δ-Σ ADC不適合動(dòng)態(tài)信號頻率超過(guò)數百KHz的應用場(chǎng)合。而多比特Δ-Σ ADC可以在高頻時(shí)提供高的動(dòng)態(tài)范圍，并且線(xiàn)性化后可以去除多比特Δ-Σ ADC所固有的非線(xiàn)性。

圖4. 高端發(fā)生器產(chǎn)生非常純的10kHz正弦波FFT捕獲，其噪聲水平低至-170dB FS/Hz，SFDR高達-120dBc。

圖3所示ADC中的非線(xiàn)性如何在頻域中表現為諧波。Flex II ADC采用強大的FPGA和線(xiàn)性化專(zhuān)利技術(shù)以數字方式消除這些非線(xiàn)性，并在較高采樣速率范圍內提供較寬的動(dòng)態(tài)范圍。動(dòng)態(tài)范圍的增加使用戶(hù)有能力去分析以前會(huì )混跡于傳統儀器噪聲中的信號。

Flex II ADC是一項偉大的發(fā)明，但如果工程師不能在不降低性能的條件下將它集成進(jìn)數字化儀器，那么它就無(wú)法發(fā)揮作用。PXI-5922多分辨率數字轉換器擁有一流的模塊前端，它能充分利用高性能的Flex II ADC功能，釋放數字轉換器的有效資源，從而提供強大的性能。這種數字轉換器可以提供市場(chǎng)上最高的分辨率和最大的動(dòng)態(tài)范圍。因此，它不僅可以當作通用儀器使用，而且與它可代替的各種單獨儀器相比還能提供更高的動(dòng)態(tài)性能。圖4顯示出高端發(fā)生器產(chǎn)生的非常純的10kHz正弦波FFT捕獲。PXI-5922噪聲密度可低至-170dB FS/Hz，本例中的SFDR可高達-120dBc。