一種低成本高效測(cè)試方法――合成測(cè)試系統(tǒng)

如圖2所示，軟件無(wú)線電僅僅由一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理(DSP)引擎、一個(gè)通用發(fā)射機(jī)和接收機(jī)前端以及某種形式的發(fā)射天線組成。通用發(fā)射機(jī)和接收機(jī)前端在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與調(diào)制無(wú)線電波之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便進(jìn)行無(wú)線通信。這些部件之后是一個(gè)高速數(shù)字信號(hào)處理(DSP)單元，它提供無(wú)線電的大部分功能。在本質(zhì)上，這種組合提供了一個(gè)“通用”的無(wú)線電。設(shè)計(jì)人員通過(guò)軟件將無(wú)線電功能編程到DSP之中，他們編寫軟件算法和在DSP輸入輸出端產(chǎn)生或處理數(shù)字表示信號(hào)的控制模塊。如果通信協(xié)議或處理算法需要修改，或無(wú)線電必須作為一種不同的類型來(lái)進(jìn)行通信，設(shè)計(jì)人員只需修改軟件并將其下載到無(wú)線電即可。軟件無(wú)線電方法消除了傳統(tǒng)專用無(wú)線電設(shè)計(jì)方法所需的重新設(shè)計(jì)和加工新硬件的必要性。今天，在小型封裝中所能提供的處理速度和能力使軟件無(wú)線電的實(shí)現(xiàn)變得更加容易。

圖3所示的合成儀器方框圖與軟件無(wú)線電的方框圖看起來(lái)非常相似。主要區(qū)別是將天線換成了對(duì)被測(cè)產(chǎn)品的接口，增加了多級(jí)電路以支持更靈活的信號(hào)調(diào)理，還增加了允許對(duì)電路元件進(jìn)行重新配置或根據(jù)需要進(jìn)行旁路的信號(hào)路徑。這些簡(jiǎn)單的修改使合成儀器所蘊(yùn)藏的真正潛力能夠發(fā)揮出來(lái)。

本文將略過(guò)合成儀器的基礎(chǔ)知識(shí)，只介紹一下圖4中的激勵(lì)路徑。如果測(cè)試系統(tǒng)以許多信號(hào)產(chǎn)生儀器中常見(jiàn)的 “功能組成塊”電路為中心進(jìn)行模塊化，人們通常會(huì)發(fā)現(xiàn)某種用來(lái)創(chuàng)建信號(hào)波形的數(shù)字信號(hào)處理引擎，它后面緊跟著一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在射頻信號(hào)產(chǎn)生電路中，可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)上行轉(zhuǎn)換功能塊，它的主要用途是將基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)。在集成系統(tǒng)中，射頻輸出將通過(guò)電纜和開(kāi)關(guān)矩陣連接到被測(cè)單元。在一臺(tái)傳統(tǒng)儀器中，這些電路元件位于機(jī)箱內(nèi)部，并且是固定的，如果不破壞這個(gè)緊固儀器的完整性，根本無(wú)法訪問(wèn)中間的電路功能。在一臺(tái)合成儀器中，這些功能塊代表能訪問(wèn)輸入和輸出的獨(dú)立模塊。

這種“功能劃分”允許用戶在功能塊之間放置信號(hào)開(kāi)關(guān)，并且可以利用各個(gè)電路塊的基本功能。例如，如果依次順序連接所有的功能電路塊，就得到了一臺(tái)射頻與微波信號(hào)發(fā)生器。如果引出模數(shù)轉(zhuǎn)換器和上行轉(zhuǎn)換模塊之間的信號(hào)，就得到了一臺(tái)模擬信號(hào)發(fā)生器或函數(shù)發(fā)生器。如果直接從DSP進(jìn)行輸出，可以得到一個(gè)數(shù)字樣式發(fā)生器。通過(guò)組合不同的信號(hào)發(fā)生、捕獲和信號(hào)調(diào)理功能電路塊，合成測(cè)試系統(tǒng)可以對(duì)數(shù)字、模擬、功率、射頻、微波和許多其它信號(hào)類型進(jìn)行合成。

需要注意的是，合成儀器可能也會(huì)包含冗余或并行路徑，如圖5所示。例如，系統(tǒng)中可能有一個(gè)高分辨率的窄帶D/A轉(zhuǎn)換器功能塊，另外還有一個(gè)低分辨率高帶寬功能塊。合成儀器架構(gòu)主要是按照構(gòu)建所需激勵(lì)信號(hào)和測(cè)量分析的必要基本電路組成功能塊來(lái)劃分系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中可能包含需要的多種多樣的不同信號(hào)調(diào)理模塊。在需要多個(gè)同步信號(hào)的場(chǎng)合，同樣可以有多個(gè)數(shù)字處理功能塊，從而系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠提供所需的多個(gè)并行激勵(lì)或測(cè)量路徑。盡管如此，由于這一架構(gòu)支持高層次的復(fù)用，冗余部件仍然被降到了最低。

通過(guò)最大程度地利用各個(gè)功能模塊并降低冗余度，合成儀器提供商可以推出性能更高的單元，滿足更嚴(yán)格的需求。由于用戶無(wú)須在許多不必要重復(fù)的功能單元上花費(fèi)，這使得在提高系統(tǒng)性能的同時(shí)降低整個(gè)系統(tǒng)的成本成為可能。例如，如果三臺(tái)不同的儀器都含有一個(gè)DSP、D/A轉(zhuǎn)換器、濾波器和衰減器電路功能塊，就可以將節(jié)省下來(lái)的部分經(jīng)費(fèi)用來(lái)采購(gòu)一組更高性能的部件。這些特點(diǎn)突出體現(xiàn)在圖6中。在測(cè)試設(shè)備中，這類精簡(jiǎn)除減少了支持測(cè)試系統(tǒng)所需的硬件數(shù)量之外，還起著縮小測(cè)試系統(tǒng)體積的作用。

訪問(wèn)低層電路組成功能塊對(duì)于校準(zhǔn)過(guò)程有著極大的幫助。圖7是一個(gè)增加了校準(zhǔn)和系統(tǒng)功能測(cè)試(STF)環(huán)路的基本合成儀器的方框圖。這個(gè)電路可以包含簡(jiǎn)單的回環(huán)切換路徑，以及標(biāo)定的傳感器和其它相關(guān)硬件。對(duì)于傳統(tǒng)儀器，用戶是不可能訪問(wèn)到其中間電路環(huán)節(jié)的，這使其校準(zhǔn)更為困難。更重要的是，這使得傳統(tǒng)儀器難以在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行有效的校準(zhǔn)，如果不是不可能的話。合成系統(tǒng)方法提供了對(duì)每個(gè)功能單元進(jìn)行校準(zhǔn)的能力，并允許調(diào)整校準(zhǔn)程序以適應(yīng)不同的測(cè)量類型。在大多數(shù)情況下，這會(huì)使系統(tǒng)的性能大大提高。

合成架構(gòu)也增強(qiáng)了系統(tǒng)地處理老化過(guò)時(shí)問(wèn)題和和升級(jí)測(cè)試系統(tǒng)的能力。當(dāng)需要升級(jí)或出現(xiàn)老化過(guò)時(shí)情況時(shí)，只需添置或替換直接受影響的功能模塊而不是整套儀器。這降低了處理老化過(guò)時(shí)儀器的成本，同時(shí)也減少了相關(guān)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

合成儀器概念看待硬件的方式與面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)看待軟件“模塊”的方式相同。因此，面向?qū)ο蟮能浖c合成儀器方法完全吻合。先進(jìn)的合成實(shí)現(xiàn)方法采用了與功能硬件模塊一一關(guān)聯(lián)的軟件對(duì)象，與實(shí)現(xiàn)軟件對(duì)象一樣實(shí)現(xiàn)激勵(lì)和測(cè)量算法。對(duì)功能硬件模塊全部所需信息的這種封裝，使得智能軟件很容易將模塊組合為不同的配置形式，并確定最終的激勵(lì)和測(cè)量能力。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，如果已知每個(gè)模塊的傳遞函數(shù)，就可以對(duì)它們進(jìn)行組合，以建立復(fù)雜的激勵(lì)和測(cè)量功能。由于模塊與對(duì)象一樣看待，也可以將一組或多組校準(zhǔn)系數(shù)駐留在對(duì)象之內(nèi)。這使集成商能以多種不同方式對(duì)模塊進(jìn)行組合，同時(shí)對(duì)于直到與被測(cè)部件接口的電路都能維持高精度的系統(tǒng)級(jí)校準(zhǔn)。

這種面向?qū)ο蠓椒◣?lái)的一個(gè)附加好處是能為測(cè)試系統(tǒng)和被測(cè)單元提供集成的診斷和故障預(yù)測(cè)能力。在采用順序編程技術(shù)的傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)中，很難執(zhí)行集成診斷。在面向?qū)ο蟮暮铣上到y(tǒng)方法中，智能軟件可以很容易地監(jiān)控工作狀態(tài)和硬件及軟件對(duì)象的狀況，以便提供實(shí)時(shí)診斷。系統(tǒng)性的增強(qiáng)也可以提供故障預(yù)測(cè)能力。