無面板測試儀器或成未來發(fā)展趨勢

許多年來，工程師們一直在使用我們曾經(jīng)稱為“基于PC的測試儀器”，這些儀器需要配置外部計算機。事實上，基于計算機的儀器曾使用如今絕跡的并口作為通信總線。另外，多年來工程師們一直在為自動化測試系統(tǒng)開發(fā)定制的用戶接口，如今我們已經(jīng)有基于USB和以太網(wǎng)的示波器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、音頻分析儀和其它儀器，那么2014年為何還會如此引人注目呢?

2014年是“無面板”測試儀器正兒八經(jīng)從生產(chǎn)車間轉(zhuǎn)移到測試臺甚至工程師辦公室的一年，尤其是以頻譜分析儀和信號分析儀為代表的射頻測試設(shè)備。在2014年國際微波展會(IMS 2014)上，這種趨勢愈加明晰。包括安立、Copper Mountain、羅德與施瓦茨和Signal Hound在內(nèi)的諸多公司在展會上演示了頻譜分析儀和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)等儀器。來自是德科技和NI公司的基于PXI的射頻和無線測試儀也在IMS展會上露面。今年11月，泰克公司也攜手持式RSA306 USB頻譜分析儀加入了無面板射頻儀器俱樂部。今年發(fā)布上市的還有諸如NI公司的Audio Precision APx555音頻分析儀和VirtualBench等其它無面板儀器。

圖1：Pico Technology和Link Instruments等公司做USB示波器也有好多年了，但現(xiàn)在其它測試儀器也在走“無面板”路線。Pico Technology公司的這種4824八通道示波器是2014年2月推出的，它通過USB 3.0端口連接電腦。

為何會突然出現(xiàn)這么多測試儀器，尤其是射頻儀器呢?部分理由源自速度更快的數(shù)據(jù)管線和性能更強大的商用電腦。Signal Hound公司于今年6月份推出的BB60C頻譜分析儀以及泰克于11月份推出的RSA306都有USB 3.0端口，它們都需要這些商用電腦進(jìn)行界面展示。

“實時頻譜分析是一種需要高強度運算的應(yīng)用。”Signal Hound公司首席執(zhí)行官Bruce Devine表示，“現(xiàn)在計算機已經(jīng)發(fā)展到完全能夠做好這種高性能運算任務(wù)的地步，因此這種方法已經(jīng)沒有什么障礙。”

圖2：利用Signal Hound BB60C頻譜分析儀的持續(xù)模式顯示的調(diào)頻廣播頻段。注意中心靠左的脈沖式諧波序列。在普通頻譜分析儀上是看不清這些圖像的。

泰克的產(chǎn)品經(jīng)理Matt Maxwell支持Devine的觀點。“在USB 3.0發(fā)明之前，將實時信號信息以足夠快的速度傳輸?shù)焦P記本電腦或平板電腦上是不可能的。”Devin和Maxwell都介紹了Intel i5和i7處理器是如何幫助他們各自公司的產(chǎn)品成功商用的。這是因為使用實時快速傅里葉變換(FFT)的頻譜分析過程需要極強的運算能力。今天的電腦有能力執(zhí)行這些運算，儀器制造商不需要增加昂貴的DSP或FPGA到他們的儀器中去，從而降低了產(chǎn)品成本。這些儀器只需要模擬前端、數(shù)字化儀和總線接口。電腦主機完成剩余的其它任務(wù)。這與較早前的趨勢剛好相反，當(dāng)時儀器需要減輕主機的密集運算處理能力。

圖3：泰克RSA306使用自己公司開發(fā)的SignalVu-PC軟件產(chǎn)生高達(dá)6.2GHz的實時頻譜圖。

無面板儀器通常比帶前面板控制的傳統(tǒng)儀器要小。對生產(chǎn)測試機架來說這總是有好處的，因為這種場合下高度，特別是封裝是重要的一個考慮因素。但是，你的裝備了測試設(shè)備的平臺是否堆到天花板上了呢?無面板儀器可以減小高度或你的儀器堆疊尺寸。像Copper Mountain科技公司的S5048矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀就占很小的平臺空間。

圖4：Copper Mountain科技公司的S5048矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可以測量從20kHz至4.8GHz的S參數(shù)。

Copper Mountain科技公司的業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)Michael Kujawa也指出，將信號處理部分從儀器中拿走可以減少來自儀器設(shè)計的內(nèi)部干擾問題。“通過去除內(nèi)部計算機和相關(guān)的前面板功能可以降低靠近敏感的微波收發(fā)功能部件的EMI/EMC輻射，因而能顯著改善許多領(lǐng)域中的測量性能。”

S5048矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀是一種小型的雙端口儀器，不過Copper Mountain公司也生產(chǎn)更大一些的四端口無面板儀器。當(dāng)你需要更多的端口但仍然希望是無面板的儀器時，可以考慮羅德與施瓦茨的ZNBT矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。雖然基礎(chǔ)型號是四端口的，但你可以通過增加模塊實現(xiàn)24端口。在IMS 2014展會上，羅德與施瓦茨還展示了FPS無面板信號頻譜分析儀。

圖5：羅德與施瓦茨的ZNBT矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可以從4端口擴(kuò)展到24端口。

安立是攜Shockline系列矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀登上IMS 2014無面板射頻測試展臺的。Shockline矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀有4GHz、8GHz、14GHz、20GHz、30GHz和40GHz多種型號。目標(biāo)應(yīng)用為制造性測試的Shockline系列專注于基本的射頻測試，信號處理部分由嵌入式PC完成，因此不需要主機。

圖6：安立的Shockline系列矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，有些是雙端口和四端口型號。

并不是所有2014年推出的無面板儀器都是與射頻相關(guān)的。在今年7月份，NI公司推出的VirtualBench是在一個盒子里裝有6個模塊的儀器，其中包含示波器、萬用表、函數(shù)發(fā)生器、邏輯分析儀、數(shù)字I/O端口和電源。它提供USB 2.0端口，可在Windows XP電腦上運行。它可以對數(shù)字化數(shù)據(jù)執(zhí)行FFT，處理功能在盒子內(nèi)部。它也能將軟件加載進(jìn)你的PC機中。

圖7：NI的VirtualBench在單個PC控制的盒子中包含了6臺測試儀器。

Audio Precision公司(簡稱AP)已經(jīng)生產(chǎn)PC機控制的音頻分析儀許多年了，它們是通過GPIB鏈路連接在一起的。雖然AP公司的音頻分析儀是為自動化測試臺設(shè)計的，但工程師通常可以將該公司提供的軟件用于測試平臺應(yīng)用。近年來，AP公司針對測試平臺和產(chǎn)品測試開發(fā)了USB連接的音頻分析儀。2014年，該公司推出了APx555。AP公司的工程技術(shù)副總裁Tom Kite認(rèn)為無面板測試設(shè)備的興起有兩大理由：

“工程師需要提高數(shù)據(jù)顯示、分析、存儲和共享的能力，因為他們要應(yīng)付設(shè)計和待測設(shè)備中日益增加的復(fù)雜性。另外，計算機技術(shù)的演進(jìn)(如處理能力，顯示器尺寸，存儲器等)支持無面板儀器性能以接近摩爾定律的速率發(fā)展。”Kite還指出，“越來越多將測試設(shè)備用于設(shè)計、調(diào)試、確認(rèn)和表征的工程師桌面上都已經(jīng)有一個強大的計算機和2至3個大屏幕監(jiān)視器。”

圖8：Audio Precision APx555用戶界面為工程師提供了多個屏幕用于測試模擬和數(shù)字音頻流。

其實，封閉盒子不是唯一無面板的儀器。在2013年年末，是德科技推出了EXM無線測試裝置;2014年9月，又為毫微微蜂窩測試推出了EXF無線測試裝置(如圖9)。每臺測試儀器都可以捆綁用于專業(yè)測試的軟件，如CDMA、GSM/EDGE、WiMax或頻譜分析。

圖9：是德科技公司的EXF無線測試裝置具有多種特殊應(yīng)用軟件包。

是德科技公司和NI公司都開發(fā)出了基于PXI的微波產(chǎn)品，如矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、矢量信號分析儀和信號源。兩家公司采用不同的軟件路線。例如是德科技提供矢量信號分析軟件，而NI公司提供LabVIEW代碼實例以便開發(fā)定制應(yīng)用。

圖10：2014年基于PXI的射頻/微波測試系統(tǒng)，例如NI公司的這個系統(tǒng)，包括了矢量信號分析儀和微波信號源。