PXI技術(shù)面向Hi-Fi測(cè)試如何煥發(fā)新生機(jī)

傳統(tǒng)音頻測(cè)試方法遭遇瓶頸

對(duì)消費(fèi)電子進(jìn)行音頻測(cè)試必須通過專業(yè)的儀器設(shè)備來進(jìn)行，傳統(tǒng)上有兩種選擇：一是采用專業(yè)的音頻分析儀，但一臺(tái)功能完備的設(shè)備動(dòng)輒就要幾十萬，對(duì)于需要快速大量制造而且有多條生產(chǎn)線的制造商來說是個(gè)不小的成本負(fù)擔(dān)；另一種普遍被采用的測(cè)試方法則是以聲卡與PC連接來當(dāng)作測(cè)試儀器，這種解決方案可以對(duì)電聲組件的最大聲壓、頻率響應(yīng)、總諧波失真（THD）等項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試，而測(cè)試質(zhì)量的好壞則取決于聲卡的等級(jí)高低。隨著消費(fèi)電子逐漸向高性能、高質(zhì)量發(fā)展，這種以聲卡進(jìn)行音頻測(cè)試的做法暴露出了越來越多的弊端，例如：性能不足，難以進(jìn)行高精度測(cè)試；人工操作容易導(dǎo)致誤差；多條生產(chǎn)線同時(shí)測(cè)試時(shí)缺乏穩(wěn)定的測(cè)試結(jié)果；缺乏軟件支持，進(jìn)而增加了開發(fā)成本。

凌華科技量測(cè)與自動(dòng)化產(chǎn)品事業(yè)處產(chǎn)品經(jīng)理林耿賢解釋說：“以手機(jī)為例，早期僅有通話功能，只需進(jìn)行語音或信號(hào)有無的檢測(cè)，且測(cè)試組件只有一個(gè)麥克風(fēng)和一個(gè)聽筒，就算演進(jìn)到可簡(jiǎn)單播放音樂的3G手機(jī)，受測(cè)組件也只增加了一個(gè)揚(yáng)聲器，對(duì)聲音質(zhì)量的要求也不高，所以一般的聲卡成為制造廠商的主要測(cè)試方案。而最新一代的智能型手機(jī)因?yàn)橛辛藷o線網(wǎng)絡(luò)和觸控屏幕，除了有基本通話能力之外，影音娛樂更是其必備功能，不但受測(cè)組件變多，且聲音質(zhì)量的要求也越來越高，甚至還有重低音、Hi-Fi等高級(jí)音效的需求。如果仍以過去的低分辨率、低采樣頻率、失真/噪聲信號(hào)規(guī)格不高的聲卡來進(jìn)行音頻測(cè)試，勢(shì)必?zé)o法有效提升手機(jī)性能與質(zhì)量。”

PXI技術(shù)進(jìn)行Hi-Fi測(cè)試有何優(yōu)勢(shì)？

有鑒于此，凌華科技幾年前開始進(jìn)入音頻、噪聲與振動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域，并推出了多款高性價(jià)比的高分辨率動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)采集模塊（包括PXI-9527、PCI-9527與PCIe-9529等產(chǎn)品）。目前，多家消費(fèi)電子產(chǎn)品制造大廠已采用了這些產(chǎn)品，用以取代聲卡進(jìn)行電聲組件測(cè)試。從產(chǎn)品規(guī)格可以發(fā)現(xiàn)，凌華科技的信號(hào)采集模塊與一般聲卡有著明顯的性能差異，例如：24位高分辨率、高采樣頻率的PXI-9527，不但能獲取更精細(xì)的測(cè)量數(shù)值，以此來區(qū)分細(xì)節(jié)的音質(zhì)變化，平底噪聲（Noise Level）小于3uVrms、總諧波失真加噪聲（THD+N）小于‐100dB的特色，也使其能以高精度、低失真、低噪聲的音頻測(cè)量來精準(zhǔn)檢驗(yàn)受測(cè)物（DUT）的聲音系統(tǒng)，以此確保手機(jī)能達(dá)到原音重現(xiàn)的質(zhì)量。

其次，由于PXI-9527提供了兩個(gè)模擬輸入通道與兩個(gè)模擬輸出通道，所以可同時(shí)進(jìn)行信號(hào)的輸入輸出，因此不會(huì)有聲卡不同步與時(shí)間差等問題，而且不論在哪一臺(tái)PC上執(zhí)行、不論進(jìn)行多少次操作，被測(cè)物都能產(chǎn)生一致的測(cè)試結(jié)果。而其所整合的電子壓電（IEPE）傳感器還能讓用戶插上IEPE麥克風(fēng)傳感器后，即可直接進(jìn)行聲音測(cè)量，免除了額外供電的配置需求。

圖1，凌華科技PXI-9527與普通聲卡的對(duì)比

對(duì)于Hi-Fi手機(jī)而言，其音質(zhì)細(xì)節(jié)為普通手機(jī)的四倍，因此需要更高規(guī)格的信號(hào)采集模塊才能滿足需求。凌華科技針對(duì)提供Hi-Fi功能的手機(jī)所進(jìn)行的音頻測(cè)試如下圖，其主要的測(cè)試項(xiàng)目是量測(cè)平底噪聲與總諧波失真加噪聲。同樣以PXI-9527為例來說明測(cè)試架構(gòu)，使用者可通過卡上的兩個(gè)模擬輸入通道接上手機(jī)的左右聲道，在取得受測(cè)物的輸出信號(hào)后，測(cè)試系統(tǒng)就能將量測(cè)值與手機(jī)原始設(shè)計(jì)規(guī)格進(jìn)行比對(duì)，從而檢驗(yàn)出該受測(cè)物是否符合Hi-Fi設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

圖2，Hi-Fi手機(jī)音質(zhì)細(xì)節(jié)為普通手機(jī)的四倍，需要更高規(guī)格的信號(hào)采集模塊

將PXI-9527與一般聲卡進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，后者總諧波失真最高只能測(cè)到-70dB或-80dB，因此不但無法確認(rèn)受測(cè)物是否能精準(zhǔn)表達(dá)每一個(gè)聲音細(xì)節(jié)，在噪聲方面也因?yàn)檫m配卡本身的平底噪聲就高達(dá)100uVrms，所以難以滿足手機(jī)3~10uVrms的要求。

在對(duì)智能手機(jī)進(jìn)行音頻測(cè)試時(shí)，凌華科技的獨(dú)到之處還在于能夠通過PXI系統(tǒng)構(gòu)建音頻回路測(cè)試方案。首先，為了精確地測(cè)試產(chǎn)品的聲音質(zhì)量，受測(cè)物必須放于隔音箱內(nèi)以隔絕環(huán)境噪音的干擾，并以麥克風(fēng)傳感器對(duì)應(yīng)被測(cè)物的揚(yáng)聲器、以人工嘴或喇叭對(duì)應(yīng)被測(cè)物的麥克風(fēng)，另外通過PXI-9527的模擬輸入通道與模擬輸出通道與隔音箱內(nèi)的音頻輸入與音頻輸出對(duì)接并形成回路后，再根據(jù)人耳聽覺范圍，從20Hz逐步遞增至20KHz，以此來對(duì)受測(cè)物進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試。而該信號(hào)采集模塊所發(fā)出的測(cè)試信號(hào)會(huì)經(jīng)過回路再回傳給模塊，所得到的響應(yīng)信號(hào)在完成傅立葉變換（FFT）運(yùn)算后即能獲得受測(cè)物的頻率響應(yīng)曲線與失真結(jié)果，由此檢驗(yàn)受測(cè)物的音頻質(zhì)量是否符合產(chǎn)品原有的設(shè)計(jì)。

圖3，凌華科技音頻回路測(cè)試解決方案架構(gòu)圖。

從上圖可見，該被測(cè)手機(jī)需要檢測(cè)的音頻輸入與音頻輸出分別有頭戴式耳機(jī)孔、頭戴式麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)，而PXI-9527可提供兩個(gè)模擬輸入通道與兩個(gè)模擬輸出通道的特性正好能夠滿足此類需求。此外，其方便擴(kuò)展的特性，還能讓使用者在不需要重新設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)下就能快速完成新的測(cè)試配置，比如被測(cè)物需要檢驗(yàn)的電聲組件項(xiàng)目更多時(shí)，只需在同樣的架構(gòu)下加裝切換器或多加一片PXI-9527即能滿足新需求。

PXI技術(shù)已切入前沿領(lǐng)域

林耿賢先生表示，測(cè)試測(cè)量儀器是生產(chǎn)力工具，穩(wěn)定、可靠及完善的服務(wù)是其性能的總體保障。凌華科技作為PXI系統(tǒng)聯(lián)盟董事會(huì)及最高等級(jí)會(huì)員，在PXI模塊化儀器的研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)的推進(jìn)方面有多年的經(jīng)驗(yàn)。PXI儀器與傳統(tǒng)儀器相比，實(shí)用性強(qiáng)，更易擴(kuò)展，凌華科技還可保證產(chǎn)品的全生命周期成本更低，即購買成本、學(xué)習(xí)成本、維護(hù)成本的總體投入長遠(yuǎn)看要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)儀器。特別是近年來，CPU的更新頻率加快，PXI儀器僅更換CPU模塊即可，可最大程度地保證了客戶的硬件投入。此外，凌華科技更是強(qiáng)調(diào)其系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，即板卡+平臺(tái)+服務(wù)的全方位優(yōu)勢(shì)，在提供有品質(zhì)的產(chǎn)品的同時(shí)，還提供客制化的服務(wù)和本地化的支持。

PXI標(biāo)準(zhǔn)自1997年推出并于2003年進(jìn)入主流市場(chǎng)，經(jīng)過近20年的發(fā)展，已經(jīng)形成了足夠的技術(shù)成熟度和一定的市場(chǎng)規(guī)模。凌華科技中國區(qū)量測(cè)與自動(dòng)化產(chǎn)品業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理王小龍先生認(rèn)為，PXI占據(jù)模塊化儀器市場(chǎng)約70%左右，甚至在中低頻通用測(cè)試領(lǐng)域已經(jīng)覆蓋了90%的市場(chǎng)，例如背板供電、散熱、信號(hào)定義等方面。而隨著PCI Express總線的成熟，PXI在2005年迎來了向PXIe的大升級(jí)。王小龍先生表示，PXIe一定會(huì)是未來主流趨勢(shì)的發(fā)展方向，目前凌華科技致力于在產(chǎn)品中提供PXIe的向下兼容性，例如通過混合插槽降低系統(tǒng)升級(jí)的復(fù)雜性和成本。目前，PXI已經(jīng)切入到最前沿的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中，例如5G的研發(fā)等。

在PXI未來的發(fā)展中，帶寬的提升使PXIe系統(tǒng)成為適合高帶寬應(yīng)用的理想平臺(tái)，例如高頻率和高分辨率中頻/射頻（IF/RF）系統(tǒng)、高速數(shù)字接口以及高密度數(shù)據(jù)采集和高速圖像采集環(huán)境。目前凌華科技已使用該系列的儀器進(jìn)行了風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)等應(yīng)用。