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測試DIY:自力更生構建測量裝置　

作者： 時(shí)間：2012-03-21 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò ) 收藏
　　集成電路自1960年代研發(fā)成功，經(jīng)過(guò)幾十年的經(jīng)驗積累，它的發(fā)展軌跡由摩爾定律作出總結，集成度每18個(gè)月增加一倍。與此相對應，表現為邏輯電路的時(shí)鐘頻率每?jì)赡晏岣咭槐?。測量?jì)x器作為電路開(kāi)發(fā)工具，必須與時(shí)共進(jìn)，不斷擴展頻率，帶寬也要每?jì)赡晏岣咭槐?。根據統計，數字示波器表現出色，帶寬從1GHz提高到16GHz只用去六年時(shí)間。示波器是電路開(kāi)發(fā)中最常用的測量工具，測量?jì)x器供給商可用高投入來(lái)獲得高回報。目前帶寬1GHz的產(chǎn)品售價(jià)約1萬(wàn)美元，帶寬10GHz的產(chǎn)品售價(jià)在5萬(wàn)美元，這樣的價(jià)位只有高級實(shí)驗室才能用得起，一般實(shí)驗室和生產(chǎn)車(chē)間只能望而卻步。

　　信息技術(shù)、數字通信、光纖網(wǎng)絡(luò )、消費電子推動(dòng)集成電路的迅猛發(fā)展，特別是溝通數字域和模擬域之間的A/D和D/A轉換器、處理RF前端的信號調理器、RF數字變頻器等芯片變?yōu)榕可a(chǎn)。十年前頻率1GHz以上的芯片絕大部分屬專(zhuān)用產(chǎn)品，現在頻率5GHz以下的芯片紛紛走上貨架，頻率10GHz的某些芯片也接受訂貨。為了實(shí)現數據交換和電子產(chǎn)品的互操作性，通信協(xié)議和接口標準從專(zhuān)用走向開(kāi)放，測量?jì)x器就有IEEE488、VXI、PXI、LXI等多種標準接口可供選用。此外，射頻用的同軸接插頭、接插件、同軸電纜、高頻探頭、多芯纜線(xiàn)均有現貨供應。計算技術(shù)的發(fā)展使CPU芯片的時(shí)鐘頻率提高到5GHz，DSP芯片的時(shí)鐘頻率達到1GHz，而且還有配套的快速存儲器、外圍芯片、I/O接口和編程工具。這些硬件和軟件條件都為自行構建測量?jì)x器提供良好的物質(zhì)基礎。

　　經(jīng)過(guò)幾十年的實(shí)踐，測量?jì)x器設計人員已經(jīng)總結一套可在二十一世紀持續發(fā)展的路線(xiàn)圖。值得介紹的是美國國防部制訂的新一代測試規劃，目標是將各軍種兵種的不同結構的自動(dòng)測試系統，用統一合成的儀器所取代。合成儀器主要由上變頻器、下變頻器、數字化器和高速I(mǎi)/O四種模塊組成硬件，再由軟件平臺構建成用戶(hù)定義的自動(dòng)測試系統。合成儀器的四大模塊的內容和接口尚未定型，一種合成儀器的方框圖如圖1所示，它是根據信號發(fā)生器、頻譜分析儀、頻率計數器、網(wǎng)絡(luò )分析儀、數字示波器等通用測量?jì)x器綜合而成。顯然易見(jiàn)，這些模塊最終將由片上系統(SoC)芯片來(lái)實(shí)現。從2000年開(kāi)始，美國測量業(yè)界的著(zhù)名公司已開(kāi)發(fā)出一些合成儀器的原型機，以便在制訂合成儀器標準時(shí)獲得更大的發(fā)言權。



　　如果我們從合成儀器的概念出發(fā)，在市售的集成電路中選擇集成度高、性能優(yōu)異的產(chǎn)品，從而自力更生構建適用、經(jīng)濟的專(zhuān)用測量?jì)x器，用來(lái)代替特性全面，售價(jià)昂貴的通用測量?jì)x器?；仡櫆y量?jì)x器的發(fā)展過(guò)程可知，早期的電子應如果我們從合成儀器的概念出發(fā)，在市售的集成電路中選擇集成度高、性能優(yōu)異的產(chǎn)品，從而自力更生構建適用、經(jīng)濟的專(zhuān)用測量?jì)x器，用來(lái)代替特性全面，售價(jià)昂貴的通用測量?jì)x器?；仡櫆y量?jì)x器的發(fā)展過(guò)程可知，早期的電子應用比較簡(jiǎn)單，電路設計者借助數量不多的電子元器件的測量工具。后來(lái)，電子應用越來(lái)越復雜，電路設計者專(zhuān)注于產(chǎn)品，測量?jì)x器衍生成獨立的專(zhuān)業(yè)。到了集成電路階段，測量?jì)x器業(yè)界興旺，自成體系，人才專(zhuān)業(yè)化，元器件專(zhuān)用化，第三方很難參與競爭。

　　例如電子示波器，在電子管年代模擬示波器供應商超過(guò)五十家，再發(fā)展到晶體管年代，模擬示波器的供應商變?yōu)橹挥卸嗉?。轉變成集成電路技術(shù)，數字示波器的供應商再減少到十多家，品種齊全的大戶(hù)不到四家。原因在于大公司擁雄厚的人力物力資源，特別是開(kāi)發(fā)出專(zhuān)用的射頻前端片上系統(SoC)，甚至片上儀器(IOC)芯片，加上完善的應用程序，使產(chǎn)品處于領(lǐng)先，占有市場(chǎng)的大部分份額。一些小型公司只能另辟途徑，圍繞PC機發(fā)展多種多樣的插件、模塊、附件為主的數字示波器，它們充分發(fā)揮貨架上的集成電路和零配件的作用，開(kāi)發(fā)帶寬100MHz以下的虛擬多用數字示波器，集中數字多用表，波形發(fā)生器，頻譜分析器、數字示波器在一起，由于經(jīng)濟實(shí)惠，攜帶方便，而占有一定市場(chǎng)。這些實(shí)例說(shuō)明，即使在集成電路非常發(fā)達的2000年代，電子測量?jì)x器同樣能夠采用DIY(Do It Yourself)方式，即自己動(dòng)手來(lái)實(shí)現。DIY在國際上非常流行，從玩具、用具、家具、機械、電子等等都有DIY套件供應。測量?jì)x器的DIY并非難不可及，以下列舉作為參考。

　　RF功率計

　　在射頻測量中，功率是基本參數，功率計采用比較簡(jiǎn)單的電路結構，最重要的元件是將功率轉換成電流的拾波器。查閱RF拾波器資料可知，Linear Techology的LTC5533 檢波器芯片具有很高集成度，非常合適作為DIY功率計使用。它的主要特點(diǎn)是，頻率量程300MHz~11GHz，功率量程-32dBm~+12dBm，兩通道輸入，供電電壓2.7V~6.0V，供電電流500mA(工作狀態(tài)，每路)~2mA(待機狀態(tài)，每路)，工作溫度-40℃~+85℃，輸出電流4mA，動(dòng)態(tài)范圍40dB，兩通道隔離比45dB，4mm×3mm的DFN封裝。
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