關(guān)于網(wǎng)絡(luò )時(shí)代的測試新技術(shù)

1、前言

1.1現有測試技術(shù)方案存在的問(wèn)題

GPIB成本太高，需要昂貴的I/0卡和線(xiàn)纜；速度太慢；只能最多接14臺儀器。

VXl 整個(gè)架構太貴，起步成本太高；非標準的I/O(MXI)；模塊數量受到限制；射頻和微波應用受到限制；插卡的應用必須受限于機箱。

PXI尺寸/功率/EMI限制了儀器的性能和指標；昂貴的起步成本和非標準I/O(MXI)；射頻和微波應用受到限制；支持的供應商太少；插卡的應用必須受限于機箱。

以上的方案都無(wú)法很好解決實(shí)現遠程的編程、控制、測試、測量、故障診斷、獲得數據等需求。

1.2嶄新的LXI總線(xiàn)應運而生

2005年9月26日測試系統的一項新標準：LXI(LAN extensions for lnstrumentation)總線(xiàn)己宣告問(wèn)世.它致力于增加系統速度、降低系統成本、減小系統尺寸、縮短系統設置時(shí)間，以及改進(jìn)軟件的通用性。它把Ethernet(1EEE802.3)作為主要通信媒介：并借用計算機行業(yè)已獲得的眾多成果。利用現有Ethernet標準、Internet工具、LAN協(xié)議、IEC物理尺寸和IVI驅動(dòng)程序的各方優(yōu)點(diǎn)，從而使測試系統的互連平臺了轉向更高速的PC標準的IO，而不需要機箱和昂貴的電纜，并可使用標準的軟件。真可謂找到了能比計算機背板持續遠久的體系結構。那末LXI究竟采用何種結構形式？

2、LXI采用的結構形式

所設計的LXI具有無(wú)限的靈活性。標準適應帶有前面板的臺式儀器，能容易放在機架中的無(wú)面板模塊，以及可放在夾具中，掛在墻上，或附在某些設備上的小型裝置。與VXI和PXI受限于特定模塊尺寸不同，LXI的尺寸能完全符合應用的需要。

對于那些打算裝在測試架上的儀器，LXI規范推薦儀器尺寸遵從IEC規范，即采用全機架或半機架尺寸寬度，高度為若干機架單位高度的整倍數(一個(gè)機架高度單位=1.75")。IEC規范覆蓋的半機架寬度儀器為2U(機架高度單位)或更高。LXI聯(lián)盟己定義新的1U、1/2機架寬度的模塊，預期這是對測試系統建造者很有吸引力的尺寸。這些模塊有提供高質(zhì)量?jì)x器所需的足夠印制電路板空間，也能很好放在標準機架中一而不需要機箱(見(jiàn)圖1所示)。

LXI模塊不同于VXI和PXI，因為它們是自封裝的。LXI模塊提供自己的電源、冷卻。觸發(fā)、EMI屏蔽和Ethernet通信。它可用世界各地的交流電源供電(100Vac-240Vac和47-66Hz)，也可使用隔離48V作直流供電。并且允許Ethernet供電。

3、LXI是什么?儀器基于以太網(wǎng)的拓展

基于以太網(wǎng)的技術(shù)；利用IVI driers –適合工業(yè)標準；提供網(wǎng)絡(luò )界面；遵循以太網(wǎng)的物理標準；可選擇的觸發(fā)方式(LAN，IEEEl588,Trigger bus)

圖2為未來(lái)的自動(dòng)測平臺圖示意。

3.1為什么要利用以太網(wǎng)的技術(shù)

從圖3的GPIB、VXI、PXI及LAN發(fā)展時(shí)間軸可以看出為什么儀器基于以太網(wǎng)的拓展，那是：

PC的背板(VME．ISA．ElSA，PCI，PCI-X，PCI-express)對測試工業(yè)來(lái)講變化太快。
測試工業(yè)的總線(xiàn)技術(shù)正在從特殊的接口(GPIB，MXI，etc．)向標準的PC I/O(LAN，USB)發(fā)展。
經(jīng)歷史證明，只有LAN是長(cháng)壽命的總線(xiàn)技術(shù),其速度已經(jīng)超過(guò)GPIB。
計算機工業(yè)還在持續發(fā)展LAN，以提高其性能和加強產(chǎn)協(xié)議。

3.2 LXI對Ethernet有何要求?

所有LXI必須實(shí)現IEEE 802.3Ethernet標準接口(推薦RJ-45連接器)。它們必須至少使用TCP/IP協(xié)議IPv4版，支持IP(Internet協(xié)議)、TCP(傳輸控制協(xié)議)和UDP信息。LXI標準推薦Gigabit Ethernet(雖然也允許10和100 Megabit LAN)。它使用自動(dòng)握手，因此網(wǎng)絡(luò )上的裝置默認一個(gè)公共速度。裝置必須實(shí)現Auto-MDIX(自動(dòng)感知LAN電纜極性)，在過(guò)渡期間，裝置上可放置說(shuō)明支持電纜極性的標記。

在尋址方面，每一LXI必須有一個(gè)不可改變的MAC地址，以及可通過(guò)DHCP(動(dòng)態(tài)主機配置協(xié)議)、自動(dòng)IP和手動(dòng)IP改變的P(Internet協(xié)議)地址。LXI裝置支持動(dòng)態(tài)主名注冊，此時(shí)裝置，IP地址由網(wǎng)絡(luò )主機映射到多個(gè)用戶(hù)友好名稱(chēng)。這一尋址規則保證了LXI儀器在網(wǎng)絡(luò )中的共存，而不要求用戶(hù)作許多工作。

3.3連接-硬件-可支持的設備數量

LAN—理論上最多可支持2 臺儀器(見(jiàn)圖4所示)，但實(shí)際使用中通常用不到。

4、LXI的儀器可以是多種類(lèi)型的

圖5所示為一流的臺式儀器；緊湊型，無(wú)前面板,上架的儀器；遠端的儀器。

4.1 IXI的分級(見(jiàn)圖6所示)

4.11Class C

C類(lèi)LXl設備是基本類(lèi)型。所有各類(lèi)型都需滿(mǎn)足這些要求。C類(lèi)設備必須符合物理要求，Ethernet協(xié)議和LXI接口標準。

用LAN很好地替代GPIB
LANl00BaseT或更高速度的接口，LANdiscovery，IVI-COM driver，前面板指示器和儀器的網(wǎng)絡(luò )操作界面

4.12 CIass B

B類(lèi)LXl設備除C類(lèi)要求外，還要加上基于LAN的觸發(fā)和IEEEl588定時(shí)同步協(xié)議。能很好地用于分布式測試系統可能是儀器或更小的沒(méi)有前面板的部件CIassC十1EEE -1588時(shí)間同步標準.1EEE –1588通過(guò)以太網(wǎng)標準同步。

4.13 CIassA

A類(lèi)LXI設備除C類(lèi)和B類(lèi)要求外，再加上硬件觸發(fā)總線(xiàn)。

能很好地用于合成儀器
典型的模塊化結構：1Utall,-rack wide
CIassB+快速觸發(fā)總線(xiàn)

由于1EEE- 1588是隱身LXI其后的關(guān)鍵促成技術(shù)之一。故應對何為1EEE- 1588作說(shuō)明。

4.3 1EEE- 1588及其應用領(lǐng)域

1EEE—1588(Ethernet裝置的時(shí)間同步)是Agilent實(shí)驗室十幾年前開(kāi)發(fā)的標準。IEEE-1588協(xié)議把一個(gè)裝置指定為主時(shí)鐘，用以與網(wǎng)絡(luò )上其它裝置的時(shí)鐘同步(見(jiàn)圖6)。在幾秒時(shí)間內，主時(shí)鐘和從設備的時(shí)鐘可達到100ns，甚至更高精度的同步，這取決于時(shí)鐘的精度。設備的觸發(fā)是通過(guò)告訴各設備何時(shí)開(kāi)始測量或信號輸出活動(dòng)執行。LAN傳遞和反應時(shí)間則與被觸發(fā)設備無(wú)關(guān)，因為它們開(kāi)始活動(dòng)是依據時(shí)間，而不是依據何時(shí)接到LAN上的命令。

IEEE-1588是測試和測量的一種全新模式。過(guò)去在定時(shí)同步是關(guān)鍵要求時(shí)，用戶(hù)要通過(guò)線(xiàn)纜，或在儀器間的背板上發(fā)送觸發(fā)。只有儀器相隔很近時(shí)才能實(shí)現同步。有了IEEE-1588,由于觸發(fā)是通過(guò)時(shí)間設置，因此并不需要觸發(fā)線(xiàn)。這種方法開(kāi)辟了若干不在一起的儀器同步測量的可能性，提供幾臺儀器非常精密的相關(guān)測量。這些優(yōu)點(diǎn)使它成為要求精密信號和測量相關(guān)應用的一項事實(shí)標準。

IEEE-l588可在網(wǎng)絡(luò )設備；工業(yè)自動(dòng)化；能源工業(yè)(渦輪發(fā)電機的監控)；國防工業(yè)(航空器，飛機的測試；電信工業(yè)；測試和測量等領(lǐng)域應用。

4.4關(guān)于觸發(fā)總線(xiàn)

基于A(yíng)類(lèi)產(chǎn)品的LXI觸發(fā)總線(xiàn)是8通道的多點(diǎn)LVDS信號系統，可把LXI模塊配置為觸發(fā)信號源和/或接收者。接口也可作線(xiàn)或配置。每個(gè)模塊上都有一個(gè)輸入和輸出連接器，允許設備作菊花鏈鏈接(圖7)。觸發(fā)總線(xiàn)的作用很像VXI和PXI中的背板觸發(fā)。它們可作為串行總線(xiàn)，或作星形配置。對于相距很近的LXI儀器和模塊，觸發(fā)總線(xiàn)是一種好的解決方案。觸發(fā)總線(xiàn)為L(cháng)XI系統帶來(lái)卡箱式系統觸發(fā)的好處，而不需要機箱。

5、LXI的應用與舉例

5.1 LXI的應用

LXI的成功設計把臺式儀器和卡箱式儀器的各自?xún)?yōu)點(diǎn)融入到一種體系結構中。因此LXI必將廣泛應用在各式各樣的測試系統中。

在不久的將來(lái)，臺式儀器很可能從GPIB轉到LAN。例如Agilent承諾推出的新產(chǎn)品將把LAN作為其接口之一。產(chǎn)品上仍會(huì )有顯示器和按鈕，但由于增加了LAN，儀器將更容易在所放置的內部網(wǎng)上共享。這些儀器至少要滿(mǎn)足C類(lèi)要求。

B類(lèi)LXI產(chǎn)品將會(huì )在遠程或高度分散的應用中被采用，這里的儀器在空間上是分散放置的。許多數據采集應用將用,IEEE-1588的定時(shí)同步不同位置的測量和輸出信號。例如在風(fēng)洞中表征飛機機翼的偏差可能要沿機翼布放多臺數據采集設備。IEEE-1588給數據施加的時(shí)戳可達到亞微秒級的精度，從而有可能分析來(lái)自多個(gè)源的數據，得到機翼運動(dòng)的真實(shí)圖景。

A類(lèi)LXI產(chǎn)品將為測試系統設計師提供最大的靈活性。當儀器彼此相隔很近時(shí)，觸發(fā)總線(xiàn)可幫助同步它們的活動(dòng)。在數據需要時(shí)戳時(shí)可使用IEEE-1588。合成儀器把高性能儀器(如頻譜分析儀)拆分成類(lèi)似A類(lèi)的部件(下變頻器和數字化器)。

LXI無(wú)面板模塊(可以是上述三類(lèi)中的任何類(lèi)型)很可能在可以最大程度上減少空間占用?，F場(chǎng)測試和便攜式軍用測試系統已開(kāi)始使用LXI合成儀器，作為對空間和重量約束的最佳解決方案。

LXI的其它應用

除電氣測試外,工業(yè)控制和遠程數據采集將是LXI兩個(gè)非常有潛力的市場(chǎng)。它們包括污水處理廠(chǎng)、泵站、水電站、風(fēng)力發(fā)電農場(chǎng)、氣象站、HVAC系統和過(guò)程控制的監視和控制。這些應用需要在很遠的地方收集數據，使用LXI B類(lèi)裝置的時(shí)戳和時(shí)間同步。IEEEl588已成為工業(yè)自動(dòng)化和機器人的重要部分；LXI可能成為這些裝置內控制系統合乎邏輯的下一步。

5.2 LXI儀器在電子產(chǎn)品老化試驗中的應用-基于LXI C類(lèi)儀器的解決方案

5.21傳統老化臺存在的問(wèn)題

眾所周知,電子產(chǎn)品的長(cháng)時(shí)間通電老化試驗屬于電應力篩選試驗。電應力篩選試驗主要用于電路系統的篩選，它與其他的篩選試驗一起增加篩選的有效性。對于電子產(chǎn)品的生產(chǎn)而言，電子產(chǎn)品的長(cháng)時(shí)間通電老化是一個(gè)較易完成的篩選試驗。

但傳統老化臺存在如下的問(wèn)題：目前存在的實(shí)際情況是，針對不同的產(chǎn)品，通常會(huì )有幾十臺至幾百臺產(chǎn)品同時(shí)進(jìn)行長(cháng)時(shí)間通電老化試驗.傳統的做法是設計若干個(gè)人工老化臺，完成對產(chǎn)品的供電。在周期性加電的間隙，再采用人工方式對產(chǎn)品進(jìn)行測試；或將測試儀表接至產(chǎn)品上，人工記錄。由此帶來(lái)的問(wèn)題是：老化加電和產(chǎn)品測試分離，需人工參與，工作量大；數據采用人工記錄，不利于數據統計與分析。

要改變以上的狀況，采用自動(dòng)測試設備來(lái)完成長(cháng)時(shí)間通電老化試驗是必然的。但由子長(cháng)時(shí)間通電老化試驗對測試系統的通道數量要求大，而測試參數和測試功能相對簡(jiǎn)單，若采用GPIB和VXI儀器，費用會(huì )非常昂貴。然而，有了LXI C類(lèi)產(chǎn)品Agilent34980A，情況就大不一樣了。

5.22基于LXI C類(lèi)儀器的解決方案

針對應使用要求，基于A(yíng)gilent 的LXIC類(lèi)儀器的解決方案完全解決了上述問(wèn)題，在不增加設備成本的基礎上，大大地提高了生產(chǎn)效率，完全替換了原有的試驗設備和試驗方式。LXI老化試驗系統基本構成見(jiàn)原理圖8。

在LXI老化試驗系統中，Agilent 5700A具有1500W的供電能力，由計算機通過(guò)Agilent 34970A進(jìn)行供電輸出控制，并根據要求改變輸出電壓大小。根據功能要求，Agilent34980A中配備相應的測量模塊，完成老化過(guò)程中的自動(dòng)測試。

測試數據在測試計算機上顯示，對于超限值進(jìn)行報警，并將數據存入數據庫中進(jìn)行統計和分析工作。

5.221 LXI老化試驗系統的基本配置如下。
*計算機
*服務(wù)器
*LXI： Agilent 34980A-C類(lèi)測量/開(kāi)關(guān)組合；Agilent 34922A70通道繼電器多路轉換器；Agilent 34937A-32通道繼電器開(kāi)關(guān)；Agilent 34950A-4通道隔離D/A；Acery 34961X-時(shí)序測量模塊；Agilent N5700A-系統電源
*測試軟件：是基于Microsoft Visual Studio.net、Agilent TM Toolkit和SQL Server完成的。
*自檢設備
*測試電纜
*測試接口：測試接口是根據產(chǎn)品的測試要求專(zhuān)門(mén)設計的，可根據被試品的多少靈活地進(jìn)行調整，
*標準機柜

5.222結果：使老化試驗更輕松

用性?xún)r(jià)作高的LXI儀器Agilent 34980A和N5700A，完整地替換了傳統老化臺的功能，擴展性非常好，試驗效率也有了大幅度的提高，并使老化試驗數據的分析更加快捷。

6、結束語(yǔ)-LXI儀器的未來(lái)

LXl的妙處在它的開(kāi)放性。它不僅能容納基于LAN的設備，還能通過(guò)轉換器容納GPtB、VXl和PXl設備。雖然GPIB儀器已經(jīng)為測試和測量很好地服務(wù)了30多年，但LXI無(wú)疑將會(huì )成為測試和測量的下一個(gè)標準。C類(lèi)儀器會(huì )代替GPIB成為新的臺式儀器標準。B類(lèi)儀器將在遠程測量的同步中開(kāi)辟新的可能性。而A類(lèi)LXl將成為合成儀器和無(wú)面板模塊的標準.LXl將被工業(yè)界廣泛采用，開(kāi)創(chuàng )出測試和測量新的紀元。