準(zhǔn)確 高速 標(biāo)準(zhǔn) 廣泛——電子測試測量技術(shù)發(fā)展趨勢

測試測量，作為一個(gè)看似不慍不火的基礎(chǔ)性行業(yè)，遠(yuǎn)沒有很多科技行業(yè)那樣叱詫風(fēng)云，不過作為幾乎滲透到每個(gè)角落的龐大產(chǎn)業(yè)來說，測試測量產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在很大程度上影響著整個(gè)人類科技發(fā)展的步伐。縱然阿基米德用杠桿翹動(dòng)了地球，他依然無法告訴別人地球的重量?？萍几淖兩?，借助先進(jìn)的儀器，現(xiàn)代人已經(jīng)可以輕松地測量出地球所有的基本參數(shù)。特別是伴隨著信息技術(shù)、精密工程的發(fā)展，測試測量成為這些改變我們生活的新工藝、新材料、新產(chǎn)品的質(zhì)量保證，離開測試測量的保障，我們面對的將是一個(gè)危機(jī)四伏的高科技世界。

隨著被測試系統(tǒng)、產(chǎn)品的發(fā)展水平日趨提高--速度越來越快、體積越來越小、應(yīng)用覆蓋范圍越來越廣，人們對測試測量技術(shù)及精密儀器的要求也越來越高，促使測試測量技術(shù)和測量儀器不斷出現(xiàn)新產(chǎn)品、新技術(shù)和新方法。高精度、高速度、高靈敏度和分辨率的需求成為推動(dòng)測試測量技術(shù)發(fā)展的根本動(dòng)力。

無線測量的挑戰(zhàn)

通信縮短了世界的距離，數(shù)字無線信號逐漸占據(jù)了人們的生活。如何洞悉這些高速信號的一切細(xì)節(jié)，成為擺在所有測試測量儀器廠商面前的難題。即將在全球大規(guī)模布網(wǎng)的3G和WLAN是無線領(lǐng)域最具價(jià)值的技術(shù)，由此引發(fā)的龐大測試規(guī)模和嚴(yán)格的測試要求對于測試儀器廠商既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。
WiMax技術(shù)的商用面臨著諸多挑戰(zhàn)，穩(wěn)定性和可靠性是最為重要的要求，同時(shí)還必須要適應(yīng)無線信號速度快、頻率高的特點(diǎn)。3G采用的CDMA技術(shù)的系統(tǒng)和信號的高復(fù)雜性以及各種新應(yīng)用所需的高質(zhì)量和高帶寬，要求測試必須確保高精度和適應(yīng)高速數(shù)據(jù)流，必須要提高儀器的智能程度以從原始數(shù)據(jù)中求出CDMA的各種有用參數(shù)，同時(shí)測試儀器的軟件要便于升級以支持標(biāo)準(zhǔn)的升級。如果采用傳統(tǒng)的測試儀器和方法，綜合測試儀的可擴(kuò)充仿真器件價(jià)格過于昂貴，無線基站的維護(hù)也是個(gè)不小的問題。

3G系統(tǒng)測試更偏重于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能測試，網(wǎng)絡(luò)性能、多業(yè)務(wù)并行和網(wǎng)絡(luò)間互聯(lián)互通是測試重點(diǎn)，如何突破傳統(tǒng)語音為主的方式是測試的難點(diǎn)。比如，語音信號一般只有20個(gè)KPI參數(shù)，而3G的數(shù)據(jù)服務(wù)將達(dá)到200個(gè)KPI參數(shù)。對于針對數(shù)據(jù)為主的無線技術(shù)的測試，必須確保無線鏈路的傳輸特性及其穩(wěn)定程度，同時(shí)還需要應(yīng)對下載測試的復(fù)雜程度。與此同時(shí)，無線網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)龐大的通信系統(tǒng)，不同企業(yè)的產(chǎn)品之間的互操作性也是無線測試中重要的內(nèi)容，由于RF射頻芯片組和模塊器件的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，因此即使是通用的標(biāo)準(zhǔn)也無法確保產(chǎn)品之間可以互操作。

新技術(shù)催生新產(chǎn)品

利潤豐厚的無線測試提出的挑戰(zhàn)給了測試測量行業(yè)巨大的發(fā)展推動(dòng)力，作為新技術(shù)大范圍應(yīng)用保障基礎(chǔ)的測試測量行業(yè)必須率先應(yīng)對新的挑戰(zhàn)，而影響測試測量水平的最重要因素就是儀器的功能。諸多新技術(shù)的出現(xiàn)確保測量儀器滿足無線測試的需求。

數(shù)字射頻(RF)信號復(fù)雜的調(diào)變信息、變化迅速、頻率跳躍不定、尖銳和短暫消失等特點(diǎn)讓傳統(tǒng)采用掃頻分析儀和矢量分析儀(VSA)測量的方法無所適從。如何實(shí)時(shí)捕獲2.4GHz的高速信號以及發(fā)現(xiàn)多路信號中的干擾信號成為必須解決的難題。為此，泰克公司推出了曾經(jīng)應(yīng)用于示波器的DPO升級之后的DPX數(shù)字熒光波形成像處理器技術(shù)，通過顯示顏色不同可以區(qū)分不同信號的出現(xiàn)概率。為了能夠每秒處理48000個(gè)頻譜，DPX采用專用的實(shí)時(shí)硬件處理進(jìn)入的信號。通過使信號間隔達(dá)到最小，為用戶提供了完全不同于以前的實(shí)時(shí)RF信號視圖。它對最短24 _s的信號實(shí)現(xiàn)了100%的偵聽概率。DPX技術(shù)利用顯示顏色不同標(biāo)明信號出現(xiàn)的概率，由此可以發(fā)現(xiàn)軟件定義無線電在軟件切換頻率時(shí)產(chǎn)生的無線頻率瞬時(shí)失真；DPX還可以把信號進(jìn)行分離處理，幫助發(fā)現(xiàn)非線性干擾信號，在無線電監(jiān)控中可以檢查信號中是否含有非法信號。在捕捉方面則采用了全新的頻率模板觸發(fā)，模板可按電平和頻率定義，超過預(yù)設(shè)值即觸發(fā)。這樣就可以通過建立不同的模板捕捉主要信號外的信號，并可以確保大信號中的小信號進(jìn)行觸發(fā)。兩種技術(shù)的結(jié)合大大改善了頻譜更新速率和信息顯示能力，把大量RF數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成視圖，清晰分辨出異常信號。幾種技術(shù)的融合可以進(jìn)行時(shí)域和頻域同時(shí)分析，多域顯示功能可以同時(shí)測試時(shí)域、頻域等不同域信號并分別顯示各個(gè)域的情況，便于查找錯(cuò)誤或?qū)崟r(shí)分析?；谶@幾種技術(shù)的實(shí)時(shí)頻譜分析儀不僅適用于無線通信和RF行業(yè)開發(fā)領(lǐng)域，在無線監(jiān)控和雷達(dá)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。吳佑壽院士指出：“數(shù)字熒光技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)同頻工作下的大信號背后的小信號，這對我們的數(shù)字通信非常有幫助。移動(dòng)數(shù)字電視非常需要實(shí)時(shí)頻譜分析，特別是測試移動(dòng)傳播信號的盲點(diǎn)和斷點(diǎn)非常有價(jià)值，可以幫助我們確定每個(gè)位置的信號強(qiáng)弱。

當(dāng)然，沒有采集就沒有分析，再好的分析能力如果無法采集到信號也沒有意義。比如泰克的頻率外觸發(fā)技術(shù)，通過高性能的探頭，可以輕松偵測到高頻小功率信號，從而保證分析的準(zhǔn)確性。探頭是信號采集的源泉，也是信號分析的基礎(chǔ)。有源探頭電容低而無源探頭電阻高，為了盡量減少探頭對信號的影響確保信號的準(zhǔn)確性，必須確保探頭具有高阻抗和低電容。力科公司推出了ZS系列有源探頭，探頭增加了前端放大器，在高頻時(shí)確保了較高的阻抗，從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)可高阻抗和低電容的苛刻要求，減少信號的干擾影響。探頭作為信號偵測工具，不僅需要性能出色，更需要滿足不同場合的需要。ZS系列增加了全面的端部/接地配件，前端探頭體積很小，可以運(yùn)用多種接地線組合，縮短接地線與信號的距離，讓信號保真度更好。這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)可以測試IC腿、SMD元件、BGAs和通路等精密環(huán)境的信號。

平臺化成為趨勢

3G和WiMax技術(shù)的商用面臨著諸多挑戰(zhàn)，穩(wěn)定性和可靠性是最為重要的要求，同時(shí)還必須要適應(yīng)無線信號速度快、頻率高的特點(diǎn)，這就對測試儀器提出了很高的要求。只有具備了軟件開發(fā)、數(shù)字電路設(shè)計(jì)及測試、射頻測試和協(xié)議分析等全面的解決方案才能適應(yīng)3G網(wǎng)絡(luò)的整體需求。從網(wǎng)關(guān)、天線到空中接口，從基站到主干網(wǎng)，從轉(zhuǎn)換接口到小區(qū)切換，傳輸方式從TDM到ATM或者寬帶IP和吉比特以太網(wǎng)，這需要一個(gè)完整的測試平臺以保證高速數(shù)據(jù)交換和多信令識別系統(tǒng)的評估，并且保證3G與2G和WLAN等系統(tǒng)的無縫鏈接，從而保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的Qos。

面對這種挑戰(zhàn)，單個(gè)儀器已經(jīng)無法滿足網(wǎng)絡(luò)測試的綜合需求，平臺化產(chǎn)品成為解決問題的唯一途徑。安捷倫公司展示了針對3G從研發(fā)設(shè)計(jì)到設(shè)備生產(chǎn)的全面的測試解決方案，其中包括為研發(fā)設(shè)計(jì)提供的ADS (Advanced Design System)設(shè)計(jì)方案；為數(shù)字基帶提供的測試方案；為模塊或設(shè)備提供的射頻測試方案；為手機(jī)和基站提供的整機(jī)測試的系統(tǒng)測試方案；為TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)信令提供的測試方案。比如，針對WCDMA/HSPDA的主要測試項(xiàng)目包括：端對端數(shù)據(jù)連接能力，使用戶能夠建立一條采用HSPDA的IP數(shù)據(jù)通道，在測試臺上仿真最終用戶的應(yīng)用體驗(yàn)； HSDPA數(shù)據(jù)吞吐量監(jiān)視器，使設(shè)計(jì)師可通過數(shù)據(jù)通道查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)速率；支持CAT 6(6類)端對端數(shù)據(jù)連接和HSDPA衰落、InterRAT 2-box數(shù)據(jù)和話音切換以及空閑和數(shù)據(jù)重新選擇能力。安捷倫的這個(gè)完整解決方案還針對GSM/GPRS/EGPRS實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的用戶，率先提供了雙傳送模式(DTM)和雙小區(qū)仿真等先進(jìn)特性，從而轉(zhuǎn)化為獨(dú)特的3G功能。 雙小區(qū)仿真提供了兩個(gè)獨(dú)立小區(qū)供移動(dòng)測試設(shè)備進(jìn)行選擇和切換，從而保證了對GSM/GPRS/EGPRS切換和小區(qū)選擇進(jìn)行真實(shí)測試。它既支持話音切換，也支持在IP數(shù)據(jù)連接期間的網(wǎng)絡(luò)始發(fā)和自主切換。執(zhí)行這些數(shù)據(jù)切換時(shí)，IP流量將被自動(dòng)地通過適當(dāng)小區(qū)重新路由，所有的上下文信息都予以保留。此外，它還可以切換DTM呼叫，并同時(shí)保持話音連接和數(shù)據(jù)連接。雙小區(qū)仿真可以實(shí)現(xiàn)從GSM、GPRS和EGPRS網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到WCDMA和HSDPA。 DTM可在真實(shí)條件下對并發(fā)的話音連接和包數(shù)據(jù)連接進(jìn)行測試。例如，一個(gè)AMR話音呼叫(其中編解碼率正在快速變化)可以與采用增量冗余的EGPRS IP數(shù)據(jù)連接同時(shí)進(jìn)行。當(dāng)它們運(yùn)行時(shí)，可能會有意地加入誤碼，以強(qiáng)制進(jìn)行重新傳送。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行Tx和Rx測量時(shí)，協(xié)議交換可被實(shí)時(shí)記錄下來。DTM的能力還包括：支持多種PDP上下文和EGPRS多時(shí)隙等級33(具有完全的吞吐量)，以及對多重和輔助PDP上下文的支持。

R&S也可以提供全面的3G業(yè)務(wù)測試解決方案，測試平臺可以基于CRTU或者CMU200，支持GSM/GPRS、WCDMA和cdma2000等標(biāo)準(zhǔn)，可以進(jìn)行MMS、WAP、視頻電話、網(wǎng)絡(luò)瀏覽、視頻流等業(yè)務(wù)測試，并可以在業(yè)務(wù)測試的同時(shí)進(jìn)行射頻測試和信令監(jiān)測，以便于進(jìn)一步的分析。值得一提的是，為了對手機(jī)的業(yè)務(wù)支持進(jìn)行嚴(yán)格的認(rèn)證，OMA(Open Mobile Alliance)組織已經(jīng)制訂了一些3G業(yè)務(wù)測試?yán)渲幸恍┮呀?jīng)被GCF或PTCRB所采納，成為了手機(jī)認(rèn)證的一部分。R&S推出了CRTU-ATE平臺，可以基于上述需求為業(yè)務(wù)一致性測試提供了靈活的解決方案，并在業(yè)界率先支持MMS的一致性測試。

 不僅僅是無線通信領(lǐng)域，平臺化已經(jīng)成為整個(gè)測試測量行業(yè)的發(fā)展方向。比如，很早就倡導(dǎo)測量平臺化的NI，依托LabVIEW軟件和PXI總線，借助強(qiáng)大的PC處理功能和獨(dú)特的信號采集技術(shù)，一直堅(jiān)持從設(shè)計(jì)過程到生產(chǎn)過程的全流程一體化測試系統(tǒng)的建立，其目的就是要建立一個(gè)統(tǒng)一的生產(chǎn)測試平臺。從工業(yè)控制到生產(chǎn)流程測試再到多種數(shù)據(jù)收集，LabVIEW作為NI的根本優(yōu)勢，其核心競爭力就是一個(gè)集多行業(yè)多領(lǐng)域的平臺化測試。

軟件作用日漸突出

談到LabVIEW，就不得不談軟件在現(xiàn)代測試測量中的重要作用。現(xiàn)在的測試儀器已經(jīng)不僅僅是硬件的比拼，更多的突破和競爭集中在軟件的更新上。軟件已經(jīng)在現(xiàn)代測試中發(fā)揮著越來越重要的作用，幾乎2006年每個(gè)新推出的高端儀器都搭配了較高的內(nèi)存并內(nèi)嵌各種操作系統(tǒng)，用以保障軟件的高效運(yùn)行。比如泰克的DPX軟件可以發(fā)現(xiàn)SDR的軟件切換頻率的無線頻率瞬時(shí)失真，是數(shù)字RF信號測試的關(guān)鍵；力科公司的WaveScan搜索分析團(tuán)建支持多種掃描模式，并具有高級采集分析功能，可以快速發(fā)現(xiàn)異常事件，并對信號進(jìn)行全面分析。可以說，借助軟件的力量，測試軟件已經(jīng)逐漸成為測試發(fā)展的重點(diǎn)。

綜合測試系統(tǒng)是一個(gè)自動(dòng)化平臺，模塊化是發(fā)展趨勢，重點(diǎn)在于軟件平臺的搭建，LabVIEW 可以應(yīng)用在全平臺操作系統(tǒng)，從測試到設(shè)計(jì)都采用一個(gè)平臺，LabVIEW讓客戶自主開發(fā)驅(qū)動(dòng)模塊滿足需要。已經(jīng)20年的LabVIEW軟件發(fā)展到了8.20版本，并且已經(jīng)推出了LabVIEW8.20的簡體中文版，更方便中國工程師的使用。LabVIEW 8.20的功能比以前有了較大的提高，不僅圖形化界面更加便于操作，而且還可以實(shí)現(xiàn)工程師自主開發(fā)程序模塊，針對不同應(yīng)用開發(fā)不同模塊程序。在編程工具方面，增加了使用面向?qū)ο蟮木幊谭绞介_發(fā)可擴(kuò)展的代碼，使用自動(dòng)VI接口創(chuàng)建功能集成.NET Web服務(wù)，使用自動(dòng)DLL接口生成功能重復(fù)利用外部代碼，動(dòng)態(tài)地調(diào)用DLL并使用調(diào)回(callback)功能。用戶界面開發(fā)方面增加了使用基于OpenGL的3D顯示工具創(chuàng)建高級用戶界面，通過Web對應(yīng)用實(shí)現(xiàn)同步的多用戶控制和測量功能改進(jìn)。同時(shí)，使用新的技術(shù)數(shù)據(jù)管理(TDM)Streaming VI實(shí)現(xiàn)更快速流盤，使用FPGA向?qū)ё约憾ㄖ茢?shù)據(jù)采集設(shè)備，將標(biāo)準(zhǔn)PC機(jī)轉(zhuǎn)換成一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，在工業(yè)系統(tǒng)中加入觸摸板，使用共享變量與移動(dòng)設(shè)備輕松通信以及使用MathScript在您的LabVIEW程序框圖中加入文本數(shù)學(xué)模式。

特別是伴隨PC處理技術(shù)的最新進(jìn)展，LabVIEW獲得更多的發(fā)揮空間。CPU向雙核甚至多核方向發(fā)展讓LabVIEW在多路并行信號處理方面發(fā)揮更大的優(yōu)勢(復(fù)雜的信號絕大多數(shù)都是并行的)，多核處理器可以提高虛擬儀器的采集和處理性能，據(jù)介紹，雙核對多路信號的分析處理能力比單核提高了100%，更有利于多設(shè)備多信號在單一PC上的處理和分析。結(jié)合具有高傳輸能力的PXI總線，虛擬儀器可以更好采集、傳輸和處理復(fù)雜多變的無線信號。

不僅僅是測量

如果你還只是把測量儀器當(dāng)作單純的測試工具，你顯然已經(jīng)跟不上測量儀器發(fā)展的趨勢，很多測量儀器已經(jīng)逐漸開始扮演起硬件開發(fā)工具的角色。

LabVIEW軟件平臺依托圖形化界面，可以代替VHDL進(jìn)行FPGA的開發(fā)。用戶通過在LabVIEW界面進(jìn)行圖形化編程設(shè)計(jì)，然后LabVIEW軟件將程序自動(dòng)轉(zhuǎn)換成VHDL代碼寫入FPGA。采用LabVIEW開發(fā)的結(jié)構(gòu)和LOOP與VHDL完全一樣，而LabVIEW的圖形化特性可以讓開發(fā)更直觀更方便。特別是對于并行任務(wù)開發(fā)，利用LabVIEW的圖形界面可以實(shí)現(xiàn)多路并行控制，而VHDL文本則有很大困難。這樣，開發(fā)工程師只需要熟練掌握LabVIEW而不需要再學(xué)習(xí)VHDL就可以實(shí)現(xiàn)多種產(chǎn)品功能的開發(fā)，開發(fā)的焦點(diǎn)也從編寫程序轉(zhuǎn)變?yōu)槿绾螌?shí)現(xiàn)各組件的功能組合。這種方法把設(shè)計(jì)和測試過程有效地整合在一起，提高了開發(fā)的效率。

同樣，泰克公司也針對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)推出自己的新產(chǎn)品，用以幫助工程師在開發(fā)過程中跟蹤信號和模擬仿真。通過針對串行和并行傳輸?shù)牟煌瑑?yōu)化，便于追蹤噪聲、發(fā)現(xiàn)建立保持問題、解決總線邏輯、捕捉亞穩(wěn)態(tài)，并可以選擇不同的總線傳輸模式進(jìn)行預(yù)先仿真，為開發(fā)過程提供模擬預(yù)期。