測試測量?jì)x器的市場(chǎng)、總線(xiàn)和趕超

　　摘要： 本文回顧近年來(lái)測試測量儀器業(yè)的市場(chǎng)變化，介紹幾種關(guān)鍵儀器總線(xiàn)的發(fā)展趨勢，以及探討我國測試測量儀器的趕超問(wèn)題。

　　關(guān)鍵詞： 測試測量;儀器;總線(xiàn);LXI;PXI;USB

　　測試測量?jì)x器國際市場(chǎng)

　　新千禧年起點(diǎn)的2000年，全球電子市場(chǎng)一片興旺，測試測量業(yè)也迎來(lái)開(kāi)門(mén)紅，年銷(xiāo)售額增長(cháng)20%，與過(guò)去10年的平均年增長(cháng)率5%~10%相比，業(yè)績(jì)非常突出。但好景不長(cháng)，從2001年年中開(kāi)始，全球信息業(yè)受網(wǎng)絡(luò )泡沫破滅的影響，使包括測試測量?jì)x器業(yè)在內的相關(guān)市場(chǎng)全部受到重挫，銷(xiāo)售額連續三年下跌，大小公司均受到不同程度的沖擊。測試測量?jì)x器業(yè)經(jīng)過(guò)三年的調整和重組，直到2004年下半年市場(chǎng)開(kāi)始復蘇，終于迎來(lái)新一輪的增長(cháng)周期。

　　2004年至2007年測試測量業(yè)市場(chǎng)開(kāi)始緩慢、穩定的回升，根據市場(chǎng)調研公司 Frost & Sullivan的最新分析資料，2006年測試測量?jì)x器市場(chǎng)的銷(xiāo)售額是17.7億美元，預測2013年上升到23.3億美元，年均復合增長(cháng)率(CAGR)約6%。另一家全球工業(yè)分析公司(GIA)的預測更為樂(lè )觀(guān)，認為2010年測試測量?jì)x器業(yè)的市場(chǎng)銷(xiāo)售額可達到45億美元。應該注意，上述的測試測量?jì)x器業(yè)是指傳統的通用測試測量議器制造商，如Agilent、Tektronix、Advantest 等公司的一部分業(yè)務(wù)，故2006年的全球市場(chǎng)銷(xiāo)售額只有17.7億美元。實(shí)際上，這些傳統測試測量公司幾十年來(lái)業(yè)務(wù)范國已有很大發(fā)展。例如，Agilent 公司的業(yè)務(wù)范圍涵蓋測試測量?jì)x器、半導體自動(dòng)測試設備(ATE)、半導體制程檢測設備、生物化學(xué)分析儀器, 2006年的銷(xiāo)售額就達到60多億美元。

　　測試測量?jì)x器業(yè)發(fā)展過(guò)程最初從通用儀器開(kāi)始，逐步發(fā)展成ATE、半導體制程檢測、印刷電路板檢測等專(zhuān)用儀器系統。由于半導體器件和電子產(chǎn)品市場(chǎng)的不斷擴大，帶動(dòng)這些專(zhuān)用測試測量設備的銷(xiāo)售攀升，其市場(chǎng)份額早已超過(guò)通用測試測量?jì)x器, 因而，出現獨立的 ATE 公司和印刷電路板檢測設備公司。解讀各市場(chǎng)調研公司發(fā)表的測試測量?jì)x器市場(chǎng)統計資料時(shí)，往往出現兩種不同的數字，一些公司只統計傳統、通用測試測量?jì)x器市場(chǎng)和預測，另一公司發(fā)表包括通用和專(zhuān)用測試測量?jì)x器市場(chǎng)在內的統計數字和預測。前者2006全球(小)市場(chǎng)只有17多億美元，后者全球(大) 市場(chǎng)高達160多億美元，兩者相差約10倍。2005/2006年測試測量?jì)x器業(yè)大市場(chǎng)10強的銷(xiāo)售額見(jiàn)表1。

　　在表1中，Agilent的數字不包括生物化學(xué)分析儀器的銷(xiāo)售額, 通用測試測量?jì)x器、ATE、半導體制程檢測設備的銷(xiāo)售總額超過(guò)30億美元，是業(yè)界最強勢的公司。Advantest是同時(shí)銷(xiāo)售通用儀器和ATE 的公司，而且成長(cháng)很快，近年來(lái)后來(lái)居上，攀升至第二位，遙遙領(lǐng)先其它對手。Teradyne是專(zhuān)營(yíng)ATE設備的公司，而且曾多年在 ATE業(yè)界領(lǐng)先，近五年來(lái)被 Advantest 趕上并超越。Tektronix長(cháng)期以通用測試測量?jì)x器為主，特別在數字示波器領(lǐng)先其它對手，成為銷(xiāo)售額超過(guò)10億美元的公司。Fluke也是10億美元銷(xiāo)售額的公司，以手持測量測試儀最具特色，表中數字不包括網(wǎng)絡(luò )儀器部分的銷(xiāo)售額。Anritsu以微波測試測量?jì)x器為主要產(chǎn)品，銷(xiāo)售額超過(guò)7億美元。Verigy是在2006年從Agilent拆分出來(lái)的公司，原來(lái)是Agilent的半導體制造檢測設備部。NI一直在測試測量?jì)x器軟件方面領(lǐng)先，近年加強硬件業(yè)務(wù)，銷(xiāo)售額超過(guò)5億美元。Aeroflex 以微波通用測試測量?jì)x器為主，銷(xiāo)售額剛超5億美元。Credence的主要產(chǎn)品是 ATE設備。

　　表1只列出上市公司的銷(xiāo)售額，并按銷(xiāo)售額大小排名。由于R&S屬于非上市的私人公司，專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)通用測試測量?jì)x器，2006年稍售額13億歐元(約16億美元)，實(shí)際上排名應在10強的第3名。10強占有整個(gè)測試測量?jì)x器市場(chǎng)80%的份額，10強以外的公司大部分銷(xiāo)售額在1億美元以下。雖然測試測量?jì)x器業(yè)的市場(chǎng)達到160億美元，與半導體業(yè)的2800多億美元的市場(chǎng)相比，仍然只占較小的份額。但是，測試測量?jì)x器和設備在整個(gè)國民經(jīng)濟中的重要作用，是難以用銷(xiāo)售額的大小來(lái)衡量的。

　　儀器總線(xiàn)發(fā)展趨勢

　　測試測量?jì)x器業(yè)從1960年代制定第一個(gè)儀器總線(xiàn)標準GPIB，大約每10年增添一種新的儀器總線(xiàn)，相繼推出VXI、PXI和 LXI，近年來(lái)還有從PC外設總線(xiàn)直接移植作為儀器總線(xiàn)的USB。由于GPIB將由LXI替代，而VXI所占份額陸續減少，以下只介紹PXI、 LXI和USB三種儀器總線(xiàn)的發(fā)展趨勢，以及它們對測試測量?jì)x器的影響。

　　LXI 總線(xiàn)

　　2004年9月成立的以Agilent公司為首的 LXI 總線(xiàn)聯(lián)盟，2005年發(fā)布LXI標準1.0版本，并推出第一批 LXI 模塊，從2005至2007年的兩年間，LXI 儀器銷(xiāo)售額共2億美元。對于兩年內取得如此業(yè)績(jì)，LXI 聯(lián)合體主席 Bob Rennard 認為，值得為此高興和受到鼓舞，這種新儀器標準是成功的，其他總線(xiàn)儀器都要經(jīng)過(guò)多年后才能達到這樣水平的銷(xiāo)售額。LXI聯(lián)盟同時(shí)宣布，目前聯(lián)合體會(huì )員擁有48家公司和機構，包括Agilent、Elgar、Keithley、Pickering、 R&S、VXI Technology 等儀器公司，NI也通過(guò)收購加入其中，產(chǎn)品達到419種，包括開(kāi)關(guān)子系統、頻譜分析儀、信號分析儀、電源、電力分析器、波形發(fā)生器、示波器、數字化器等等。

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　　LXI總線(xiàn)的基礎設施是以太網(wǎng)，通過(guò)高速以太網(wǎng)實(shí)現儀器系統從局域至廣域的全球連網(wǎng)，依靠 IEEE1588精確定時(shí)協(xié)議獲得整個(gè)儀器系統的全球定時(shí)同步。目的是以簡(jiǎn)單、經(jīng)濟、高速、實(shí)用的硬件和軟件構建新一代的測試測量系統，代替已使用四十年的IEEE488(或稱(chēng)GPIB)總線(xiàn)。因為測試測量?jì)x器業(yè)和最終用戶(hù)都具有使用互聯(lián)網(wǎng)的熟練經(jīng)驗，對利用以太網(wǎng)作為網(wǎng)絡(luò )載體并無(wú)異議。但是對于 IEEE1588協(xié)議的軟件定時(shí)同步存在疑問(wèn)，因為測試測量?jì)x器業(yè)通用的 GPIB 、VXI 、PXI 總線(xiàn) 都便用電纜和微帶線(xiàn)的硬線(xiàn)互連方式，獲得準確的極短的定時(shí)同步和延時(shí)。LXI 標準中對 IEEE1588的軟件定時(shí)同步的說(shuō)明又比較籠統，給出的數字是約100ns~1ms。顯然與其他總線(xiàn)的定時(shí)同步小于10ps 至10ns 的數字相差甚遠，提出是否LXI 只適用在低速數據系統而不能用在高速數據系統的問(wèn)題。

　　今年9月在美國 AutotestCon(自動(dòng)測試大展)上，Agilent 推出E5818A LXI觸發(fā)器，它可將LXI C級模塊儀器和 GPIB儀器提升到IEEE1588協(xié)議具有的精確定時(shí)同步能力。E5181A的特點(diǎn)是：

　　*LXI聯(lián)合體認證的第一臺 LXI C級觸發(fā)器;

　　*具有 IEEE1588的13ns的定時(shí)同步精度;

　　*點(diǎn)對點(diǎn)和多點(diǎn)的通信能力，在不同模塊傳輸大量數據時(shí)可縮短測試時(shí)間;

　　*連接方便，可通過(guò) Web瀏覽器配置參數和升級;

　　*為兩臺外接議器( LXI C級或 GPIB 儀器的任意組合)提供 LXI B 級儀器的定時(shí)同步能力, 為5 000個(gè)事件提供時(shí)戳。

　　E1518A的推出說(shuō)明，LXI測試測量?jì)x器系統可通過(guò)IEEE1588協(xié)議實(shí)現 10ns 級的時(shí)間同步，而且可與GPIB儀器兼容工作。最近一家集成電路公司宣布制成基于 IEEE1588精確定時(shí)協(xié)議的以太網(wǎng)收發(fā)器芯片，使以太網(wǎng)器件之間的定時(shí)同步達到8 ns。同時(shí)IEEE1588工作組將在2007年底討論1.0版的升級問(wèn)題，提高定時(shí)同步精度至1ns級。這樣一來(lái)，LXI B級測試測量系統將具有很高的定時(shí)同步能力，達到完全成替代GPIB總線(xiàn)的目標。Agilent是生產(chǎn) LXI儀器最多和配套能力最強的供應商，頻率覆蓋至20 GHz以上，也是業(yè)界第一家推出微波合成儀器(SI) 測試系統的公司。

　　PXI總線(xiàn)

　　NI公司為首的 PXISA(PXI系統聯(lián)盟)成立于1997年9月，今年正好是十周年大慶。在PXISA誕生的同時(shí)，公布了PXI總線(xiàn)標準1.0版本和演示第一臺簡(jiǎn)單配置的PXT儀器。 2000年推出 PXI 2.0版本, 現今PXISA已有70個(gè)成員，1500種產(chǎn)品，覆蓋從直流至6GHz頻段的各種儀器。根據 Frost & Sullivan公司的資料，PXI儀器市場(chǎng)在2004年達到1.18億美元，每年有兩位百分數的增長(cháng)率，預測至2012年仍以23%的年均復合增長(cháng)率增加，大大超達整個(gè)測試測量?jì)x器市場(chǎng)的5%的年均復合增長(cháng)率。

　　眾所周知，PXTSA得到 NI公司的全力支持，而LXI總線(xiàn)聯(lián)合體由Agilent作強大后盾，兩種總線(xiàn)各自發(fā)展，相互交流不多。近年 Agilent公司亦看好PXI市場(chǎng)，2006年底并購兩家 PXI儀器公司，第一家是專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)PXI 高速光電和電子模塊的PXIT公司，笫二家是生產(chǎn)各種插卡和PCI/ PXI數字化器的 Acquiris 公司，擴大已有的 PXI產(chǎn)品線(xiàn)，正式加加盟 PXI系統聯(lián)盟。

　　在PXISA成立時(shí)，將 PXI儀器市場(chǎng)定位在中等價(jià)位的中、小型儀器系統，避開(kāi) GPIB、 VXI 具有優(yōu)勢的大型儀器系統市場(chǎng)?，F今，GPIB總線(xiàn)將由LXI 總線(xiàn)替代, VXI 儀器雖然還在生產(chǎn)，但市場(chǎng)已經(jīng)縮小，新模塊新產(chǎn)品推出不多。為了將 PXI 總線(xiàn)產(chǎn)品推進(jìn)到更高價(jià)位的大型系統，PXISA 及時(shí)采取新措施，一是保留原有的3U 板卡和機箱, 再增加6U板卡和機箱，二是隨著(zhù) PCI 總線(xiàn)升級到PCIExpress總線(xiàn)，保留 PXI 總線(xiàn)并擴充成 PXIExpress 總線(xiàn)。

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　　這樣一來(lái)，PXI儀器既有更大尺寸的模塊、機箱和系統，還將總線(xiàn)線(xiàn)寬提高到64位、帶寬提高42倍和數據傳輸速度達到600 MB/s 。加上NI 公司的 LabVIEW圖形編程軟件升級到效率更高的8.5版本，可以預期，PXI 儀器將有更大的發(fā)展，包括進(jìn)入綜合儀器測試系統。在這種背境下，Agilent擴大 PXI產(chǎn)品線(xiàn)成為擁有GPIB、PXI、LXI、USB多種總線(xiàn)的儀器公司。

　　PXISA由于得到有測試測量?jì)x器業(yè)巨頭的加盟, 又有最大儀器軟件公司的支持, PXI儀器的功能和性能將得到更大提高，例如頻率覆蓋超過(guò)6GHz ,更容易構建微波合成儀器(SI)測試系統。 PXI儀器已經(jīng)具有可與LXI 儀器一比高低的潛力,預期 PXI 儀器市場(chǎng)也將獲得擴展。

　　USB

　　USB(通用串行總線(xiàn))作為PC機的外設總線(xiàn)，由于具有串行傳輸、即插即用、可熱插拔、配置方便、線(xiàn)纜和連接器簡(jiǎn)單、兼有直流供電、傳輸率最高480Mb/s、價(jià)格大眾化等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。每部臺式機和筆記本都至少配備1~2個(gè)USB接口，加上大量視頻、移動(dòng)電話(huà)、消費電子產(chǎn)品亦廣泛使用USB 接口,現在USB每年的裝機數已超過(guò)20億套，成為最普及的、也是成本最低的 PC外設接口。

　　測試測量?jì)x器的 VXI 、PXI總線(xiàn)都是借助電腦的通用外設總線(xiàn)擴展而成，因為這類(lèi)總線(xiàn)應用面廣、性能價(jià)格比高，擴大到儀器應用具有事半功倍的效益。VXI 、PXI 總線(xiàn)的目標是實(shí)現由模塊儀器組成的通信網(wǎng)絡(luò ),它們用于單臺儀器并不具有優(yōu)勢。在USB 總線(xiàn)未推出之前，單臺儀器與 PC 機的通信曾使用并行、串行、AT/XT 、PCI 、IEEE1394等總線(xiàn)接口，它們都不夠經(jīng)濟實(shí)用。當前USB 已被測試測量?jì)x器供應商和用戶(hù)認可，將 PC外設總線(xiàn)直接用作儀器總線(xiàn),而無(wú)需擴展的一個(gè)成功范例。

　　最初只有掌上式的功能簡(jiǎn)單或頻率較低的 USB儀器出現，例如數據采集器、數字示波器、數字多用表等 PC 附件式儀器，因為 USB 設備之間的通信必須通過(guò) PC主機來(lái)實(shí)現，USB的直流供電電流只有500 mA，不能滿(mǎn)足復雜儀器的供電。后來(lái)USB附屬條文On-The-Go解決了設備之間設備相互對話(huà)問(wèn)題，接著(zhù) USB標準1.0版本開(kāi)級至2.0 , 新標準的數據傳輸率從 12 Mb/s增加至480Mb/s, 準備增加直流供電電流，連接器和集線(xiàn)器微型化等，USB 2.0版本極大地促進(jìn)了USB儀器的發(fā)展。

　　近兩年來(lái)，USB 數據采集系統的通道數和取樣率大幅度提高，中檔的臺式儀器開(kāi)始采用 USB總線(xiàn), 借助星型連接組成的無(wú)同步要求的 USB儀器網(wǎng)絡(luò )獲得好評。例如示波器巨頭Tektronix公司的幾種經(jīng)濟型數字示波器(最高帶寬200MHz的TDS1000B和TDS2000B系列) 使用 USB接口，實(shí)現即插即用的與 PC的無(wú)縫連接,簡(jiǎn)化數據收集、捕捉、分析的工作進(jìn)程，達到降低儀器成本、使儀器輕巧、提高生產(chǎn)效率的要求。

　　數字示波器還提供外接設備的 USB 接口，可連接閃存和打印機,作數據儲存、交換和現場(chǎng)升級之用。當前還有采用 USB接口的單通道微波功率計、中等特性的頻譜分析儀、光譜分析儀、取樣率1 MS/s 的多通道數據采集系統等更多測試測量?jì)x器出現。

　　USB總線(xiàn)特性還在提高，值得注意的有，一是無(wú)線(xiàn) USB (WUSB) 標準己經(jīng)通過(guò)，將可實(shí)現無(wú)線(xiàn)纜的儀器互連;二是 USB的供電電流將從500mA/SV 提高到6A/SV，便于更大功耗儀器的供電;三是再提高傳輸率，加快存儲媒體的數據交換能力。顯然，USB總線(xiàn)儀器將在中、小測試測量?jì)x器中擴大應用范圍。

　　我國測試測量?jì)x器的差距和趕超

　　上世紀五六十年代，我國測試測量?jì)x器業(yè)與國際水平的差距不大，“兩彈一星”能夠成功發(fā)射就是最好的證明。當時(shí)我國受?chē)H禁遠和封鎖，高級精密儀器無(wú)法引進(jìn)，完全依靠自力更生來(lái)完成機械、電子、光學(xué)等多種測試測量?jì)x器的研發(fā)。由于眾所周知的原因，在1960~1970年代，國民經(jīng)濟體系受到不同程度的破壞，測試測量?jì)x器業(yè)與其它工業(yè)部門(mén)一樣，科研、生產(chǎn)受到嚴重干擾，與國際水平的距離開(kāi)始拉大。此時(shí)，先進(jìn)工業(yè)國家的測試測量?jì)x器業(yè)正好完成從分立的真空器件電路到集成的半導體電路的過(guò)渡，以及從模擬電路向數字電路的發(fā)展。儀器的機械調控由電調取代，廣泛使用印制電路和小型封裝元件，引入計算機控制和運算，制定開(kāi)放式總線(xiàn)標準，推廣硬件的軟件化，使測試測量?jì)x器儀器進(jìn)入智能化階段。此時(shí)，測試測量?jì)x器業(yè)面貌一新，更新?lián)Q代加快，從小型公司發(fā)展成為全能企業(yè)，出現惠普等國際性的儀器公司。

　　1970年代后期我國迎來(lái)開(kāi)放改革的大好時(shí)光，可惜測試測量業(yè)不能適應從計劃經(jīng)濟向市場(chǎng)經(jīng)濟的轉型，主管部門(mén)沒(méi)有充分認識到 測試測量業(yè)儀器業(yè)在國民經(jīng)濟中的重要作用，沒(méi)有從研發(fā)經(jīng)費和生產(chǎn)環(huán)節作有利于該產(chǎn)業(yè)的政策傾斜。我國整體工業(yè)得到良性發(fā)展，但是測試測量?jì)x器業(yè)變成了被遺忘的角落，與國際水平的差距繼讀拉大。

　　經(jīng)過(guò)二十多年的努力，“中國制造”的許多工業(yè)產(chǎn)品走向全球，在高科技的電子、信息、電信業(yè)中亦擁有全球著(zhù)名的品牌，如晶圓代工業(yè)的中芯國際公司、電腦業(yè)的聯(lián)想集團、電信業(yè)的大唐集團等等?？墒菧y試測量?jì)x器業(yè)并無(wú)“中國制造”的高技術(shù)含量的高、中檔產(chǎn)品，只有數字表頭、穩壓電源、數字萬(wàn)用表等技術(shù)含量較低的儀表。目前我國中高檔儀器市場(chǎng)大部分由外國廠(chǎng)商占領(lǐng)，最高檔的儀器還受到生產(chǎn)國的出口限制而不易引進(jìn)，對我國科研、生產(chǎn)等高科學(xué)技術(shù)的發(fā)展形成瓶頸。

　　產(chǎn)生這種情況的根本原因在于，主管部門(mén)對測試測量?jì)x器業(yè)在我國科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)中的重要意義認識不足。我國古代學(xué)者很早就認識到“欲善其事，先利其器”，秦統一中國后立即制訂“度量衡” 標準，這也是有歷史記載的最早計量標準?，F代先進(jìn)的工業(yè)國家對測試測量?jì)x器和計量標準都非常重視，美國“國家標準技術(shù)研究所”既研發(fā)計量技術(shù)，也提供國際最準確的計量標準、測試測量?jì)x器和測量方法。它比原有“國家標準局”更著(zhù)重新測試技術(shù)的研發(fā)，以適應科技發(fā)展的需要。根據它多年積累的經(jīng)驗，認為測試測量?jì)x器業(yè)的總產(chǎn)值只占全國工業(yè)總產(chǎn)值的4%，但是對國民經(jīng)濟的影響卻達到60%。

　　我國經(jīng)歷了三十年的高速發(fā)展，積累許多成功的經(jīng)驗，也有不少失誤的教訓。我們過(guò)去對測試測量?jì)x器業(yè)的重要性認識不足，相關(guān)管理部門(mén)重視不夠，現在應該從戰略高度上對測試測量業(yè)儀器業(yè)作出長(cháng)遠和近期規劃的時(shí)候了。值得高慶的是，今年我國有關(guān)部委、高等院校、工業(yè)集團、學(xué)術(shù)團體、出版傳媒召開(kāi)多次會(huì )議，對加速測試測量?jì)x器的發(fā)展有了共識。我們相信，制定和落實(shí)新措施后，將走出一條具有中國特色的發(fā)展測試測量?jì)x器業(yè)的道路?！爸袊圃臁钡母咚綔y試測量?jì)x器與“中國制造”的其它高科技含量產(chǎn)品一同出現在國際市場(chǎng)上，將指日可待，為時(shí)不遠了。