一種低成本高效測試方法――合成測試系統(tǒng)

傳統(tǒng)測試系統(tǒng)通常將一些臺式儀器或特定儀器模塊組裝在機(jī)架上，構(gòu)成“機(jī)架堆疊”式測試系統(tǒng)，這種測試系統(tǒng)的局限性在于它們一般用來對一個元件、一個模塊或一個子系統(tǒng)進(jìn)行測試，而沒有足夠的能力支持對大范圍的產(chǎn)品進(jìn)行測試，最多只能對一個相近系列的產(chǎn)品進(jìn)行測試。隨著產(chǎn)品生命周期的縮短和制造成本的不斷下降，專用測試系統(tǒng)變得越來越不經(jīng)濟(jì)。為了降低產(chǎn)品的測試成本，測試系統(tǒng)現(xiàn)在必須能夠測試多種產(chǎn)品，以確保每種產(chǎn)品都能有一個合理的投資回報(bào)(ROI)。本文從解決靈活性、可伸縮和高效測試等問題入手，介紹既能經(jīng)濟(jì)地滿足今天的要求，又能保護(hù)未來投資的合成測試系統(tǒng)方法。

今天的測試與測量提供商面臨著與日俱增的壓力，它們需要為客戶提供成本更為經(jīng)濟(jì)，而且能支持迅速加快的產(chǎn)品周期的解決方案。產(chǎn)生這些壓力的部分原因是：

1. 產(chǎn)品的總體生命周期和生產(chǎn)成本持續(xù)下降，而測試成本卻往往不能同步降低。

2. 制造商不斷追求更高的生產(chǎn)能力。

3. 產(chǎn)品復(fù)雜性的提高、技術(shù)和產(chǎn)品集成度的快速進(jìn)步不斷對生產(chǎn)測試設(shè)備提出更高要求。產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中也經(jīng)歷比以往更多的改進(jìn)，這也相應(yīng)推動測試系統(tǒng)在生產(chǎn)周期中進(jìn)行改進(jìn)。

4. 在產(chǎn)品生命周期較長的情況下，測試設(shè)備的老化過時(shí)問題嚴(yán)重。

5. 產(chǎn)品性能的提高推動了對執(zhí)行速度更快、并能在運(yùn)行過程中工作的質(zhì)量更高的系統(tǒng)級校準(zhǔn)和自測試的需求。

傳統(tǒng)測試系統(tǒng)提供商通常將一些臺式儀器或特定儀器模塊組裝在機(jī)架上，并用相應(yīng)的電纜和連接器將它們與被測產(chǎn)品連接起來。然后再增加軟件，對這些儀器的內(nèi)嵌功能進(jìn)行調(diào)用。這種方法被稱為“機(jī)架堆疊”(rack-and-stack)式測試系統(tǒng)開發(fā)方式。表1列舉了一些傳統(tǒng)儀器的例子，圖1給出了一個簡單的機(jī)架堆疊式射頻(RF)測試系統(tǒng)。

臺式儀器是為在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下使用而設(shè)計(jì)的，它們可以獨(dú)立進(jìn)行測試，但供應(yīng)商也提供有機(jī)架安裝套件，方便將儀器集成到測試系統(tǒng)中使用。儀器模塊包含了與臺式儀器相同的核心硬件，但不包用戶接口、供電或其它輔助硬件部分。儀器模塊插入一塊背板之中，依靠一臺遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)來提供用戶界面和控制功能。迄今為止，采用這些部件的傳統(tǒng)測試系統(tǒng)還是最為普遍的，但它們在解決測試和測量行業(yè)目前面臨的挑戰(zhàn)時(shí)遇到很大困難。

這些機(jī)架堆疊式解決方案常常受到其設(shè)計(jì)的限制。它們一般用來對一個元件、一個模塊或一個子系統(tǒng)進(jìn)行測試，而沒有足夠的能力支持對大范圍的產(chǎn)品進(jìn)行測試，最多只能對一個相近系列的產(chǎn)品進(jìn)行測試。隨著產(chǎn)品生命周期的縮短和制造成本的不斷下降，專用測試系統(tǒng)變得越來越不經(jīng)濟(jì)。為了降低產(chǎn)品的測試成本，測試系統(tǒng)現(xiàn)在必須能夠測試多種產(chǎn)品，以確保每種產(chǎn)品都能有一個合理的投資回報(bào)(ROI)。

許多基于臺式儀器的系統(tǒng)使用通用儀器總線(GPIB/IEEE-488)等低速通信總線，這大大限制了它們的測試吞吐率。不過，這還只是問題的一部分。由于系統(tǒng)集成商通常只能使用生產(chǎn)時(shí)構(gòu)建在各儀器內(nèi)部的功能和測試算法，這也帶來了一個很大的問題。在許多場合下，為測試而進(jìn)行的產(chǎn)品配置僅僅允許優(yōu)化測試算法以提高速度和性能，但對于傳統(tǒng)儀器，系統(tǒng)集成商根本無法接觸到這個層面。

在許多情況下，產(chǎn)品中的信號波形或數(shù)據(jù)協(xié)議將隨時(shí)間發(fā)生變化，這可能導(dǎo)致需要改變測試系統(tǒng)中的一臺甚至所有儀器。圖1所示的傳統(tǒng)射頻測試系統(tǒng)就體現(xiàn)了這一點(diǎn)。如果原來的產(chǎn)品或被測單元(UUT)工作頻率在3GHz以下，測試系統(tǒng)集成商通常將選擇覆蓋這一頻率范圍的頻譜分析儀、合成器、信號發(fā)生器或矢量信號分析儀，以降低初始采購成本，在測試系統(tǒng)競標(biāo)中尤其如此。如果下一代產(chǎn)品的工作頻率改到了6GHz范圍或更高，就需要對只能覆蓋3GHz頻率范圍的所有儀器進(jìn)行重新購置和集成，盡管它們的處理能力和瞬時(shí)帶寬或許仍然足夠應(yīng)付升級產(chǎn)品的測試工作。這導(dǎo)致了巨大的一次性成本，并使針對特定單一產(chǎn)品的測試系統(tǒng)泛濫成災(zāi)。

所有這些問題都影響了軍事、航天和商業(yè)領(lǐng)域的測試系統(tǒng)應(yīng)用，但儀器老化過時(shí)問題給軍事應(yīng)用帶來的挑戰(zhàn)最為嚴(yán)重。因?yàn)檐娪迷O(shè)備的工作年限很長，軍用測試系統(tǒng)的使用期限常常在20年以上。系統(tǒng)老化過時(shí)的原因大多是由于測試軟件是圍繞儀器特定的硬件能力而編寫的，而且軟件驅(qū)動程序相對特殊，使得改進(jìn)提高還不如徹底地重新設(shè)計(jì)。替換老化過時(shí)設(shè)備時(shí)也可能遇到?jīng)]有功能等效設(shè)備的情況。有時(shí)候，系統(tǒng)集成商必須用幾臺儀器來替換一臺儀器以取得等價(jià)功能，而傳統(tǒng)架構(gòu)的測試軟件也使這項(xiàng)工作變得更加困難。

最后，就一個測試系統(tǒng)的總體成本而言，系統(tǒng)校準(zhǔn)和自測試正變得越來越重要。機(jī)架堆疊式方法中所用的儀器主要是為單獨(dú)工作和校準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的。在許多情況下，當(dāng)這些儀器被集成到一個系統(tǒng)中時(shí)，校準(zhǔn)和功能測試便變得難于執(zhí)行，有時(shí)甚至無法執(zhí)行。今天，產(chǎn)品的性能水平已要求在集成系統(tǒng)一級運(yùn)行校準(zhǔn)程序。為了盡可能地滿足測試系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)4:1或10:1性能要求，這種方法是必需的。

作為一個行業(yè)，測試和測量供應(yīng)商面臨著提供能夠解決這些問題的靈活、可伸縮和高效測試解決方案的挑戰(zhàn)。這個挑戰(zhàn)實(shí)際上也就是開發(fā)出一種既能經(jīng)濟(jì)地滿足今天的要求，又能保護(hù)未來投資的方法。

合成測試直面挑戰(zhàn)

今天，測試行業(yè)中有進(jìn)取心的公司正努力迎接挑戰(zhàn)，合成儀器已成為許多公司的選擇方案。通過將軟件算法和基于核心儀器電路組成模塊的硬件相結(jié)合，合成儀器“合成”了傳統(tǒng)儀器中的激勵和測量功能。合成儀器的概念來源于當(dāng)前設(shè)計(jì)和使用的軟件無線電、移動電話和其它通信系統(tǒng)背后的一些廣為接受的技術(shù)與技巧。為了更好地描述和定義合成儀器的概念，對軟件無線電(SDR)作一個概略的介紹將會有所幫助。