电子测量仪器和自动测试系统的新概念和趋势
前言
进入21世纪以来，科学技术的发展已经难以用飞速的变化来形容。新工艺、新材料、新制造技术催生了新一代电子元器件，同时也催生了电子测量技术和电子测量仪器的新概念和新发展趋势。本文拟从现代电子测量仪器发展的三个明显特征入手，介绍下一代自动测试系统的概念和基本技术，并介绍合成仪器的概念，供读者参考。
现代电子测量仪器的发展趋势
更好的仪器性能
仪器性能更加优异，测量功能更加强大，仪器的测量精度、测试灵敏度、测量动态范围等都达到了前所未有的高度。例如，安捷伦PSA频谱分析仪的测量灵敏度高达-169dBm（接近物理世界的热噪声-174dBm），PNA网络分析仪的动态范围高达143dB，分辨率带宽为Agilent 83453A高分辨率光谱仪=0. 0001nm（亚皮米）（突破皮米分辨率带宽壁垒），Agilent 86107A精密时基参考模块，延迟小于100ns，抖动1.@ >7ps RMS（突破皮秒抖动瓶颈），DSO80000系列示波器
其单片A/D芯片具有20GSa/s的实时高采样率，使其成为世界上最快的采样示波器（40GSa/s实时采样率，13GHz带宽）。此外，赋予单台仪器更强大的测量功能，如Agilent 8960系列无线综合测试仪（集成手机和基站射频测试和协议测试）；ESG/PSG矢量信号源可灵活生成 包括连续波/调幅/调频/相位调制/脉冲调制，全标准通信协议（GSM/EDGE/WCDMA/TD2SCDMA/CDMAOne/CDMA2000/CDMA20001X2EV/Bluetooth/WLAN/PHS /PDC/NADC/DECT/TETRA 等），未来使用的任何波形和其他信号；MSO混合信号示波器（2/4模拟测量通道+16逻辑分析通道）使单台仪器同时具备示波器和逻辑分析仪的功能；Infiniium 示波器配备了 VSA 矢量信号分析软件，后来成为世界上测量分析带宽最宽的矢量信号分析仪。
仪表与计算机一体化
仪器和计算机技术的前所未有的整合。首先，越来越多的仪器使用Windows软件和Intel芯片为平台，使用Windows GUI和军用标准软件，将仪器内部操作软件替换为Windows软件，并且易于与MS办公应用软件连接，充分发挥其功效。例如，安捷伦的仪器可用于捕获Word语言的屏幕图像、Excel语言绘制的波形数据以及Excel语言捕获的测量数据。很容易从互联网上免费下载和升级最新的软件版本。使用Windows Help提高仪器操作学习的便利性；同时，触摸屏应用广泛自动测量设备，语音控制可以解决双手同时占用操作仪器的问题。仪器操作通过网络控制，测试自动化通过MS Windows和MS Visual Studio实现。此外，可以使用仪器内部的VBA软件有效帮助实现生产过程中的测试自动化
其次，由于计算机技术在仪器上的广泛应用，使仪器具有更先进的连接性。例如，安捷伦的大部分仪器都配备了USB接口、LAN接口和GPIB接口。同时，标准光标指示器（鼠标、轨迹球、触摸键、操纵杆等）和其他组件（键盘、CD RW 驱动器、直接连接打印机的并行接口、用于外接显示器的 VGA 输出、内置硬盘）安装）驱动器等）。特别值得一提的是，在军工等特殊行业，测试数据的安全保密要求尤为重要。为此，安捷伦在仪器（如 PNA 矢量网络分析仪和 Infiniium 示波器）上设计了可移动硬盘。),
测试和仿真软件广泛应用于仪器仪表
随着计算机计算速度和数据处理能力的不断提高，以及计算机仿真技术的广泛应用，仪器硬件、测试软件和仿真软件的结合越来越紧密。首先，硬件的模块化设计，可以让不同的硬件模块与不同的软件结合，形成不同功能、不同测试方案的仪器，比如安捷伦的DAC-J宽带示波器86100C，通过插入不同的模块，配备不同的软件，仪器可成为抖动分析仪、宽带示波器、数字通信分析仪、时域反射分析仪；此外，
其次，软件无线电的概念有了全新的诠释和实际应用。Agilent 89601A 矢量分析软件是实现这一概念的最好例子。它利用计算机强大的数学运算和数据处理能力来转换大量的数字信号。处理功能和数据分析功能在计算机软件中得到充分展现，结合不同的数据采集前端（如VXI结构矢量信号分析仪、频谱分析仪、Infiniium数字示波器）自动测量设备，将矢量信号分析与不同功能的仪器相结合。
同时，捕获的信号和数据分析结果可作为EDA仿真软件（如安捷伦的ADS高级设计仿真软件）的数据输入源，驱动ADS高级设计仿真软件进行元器件级和系统级仿真；并且，ADS 可以将高级设计仿真软件的仿真结果发送到安捷伦的 ESG/PSG 矢量信号源，生成由 VSA 矢量信号分析仪捕获和分析的信号。反过来，可以进行产品设计和实际产品之间的数据验证。设计、仿真、测量和验证的有机结合。以安捷伦ADS高级设计仿真软件为代表的EDA软件，通过与安捷伦的测试设备（包括：频谱分析仪、网络分析仪、信号源、
自动测试系统的发展历程及现状
随着测量仪器功能的不断改进和完善，
相关自动化测试系统（尤其是军用ATS测试系统）的建立和发展也经历了从台式仪器ATS系统到卡式仪器ATS系统，从卡式仪器ATS系统到卡式仪器和台式仪器混合ATS系统的发展过程。至此，VXI结构的仪器（主要针对大通道数字信号测量）和GPIB标准台式仪器（主要针对射频/微波信号测量的严格性能要求）组合形成ATS测试系统，已成为军用ATS测试系统一般遵循主流原则和模型。这与1990年代以美国为代表的军事用户所倡导的使用COTS（Commercial Off-the-Shelf）流行的商业仪器构建军用ATS测试系统有很大关系。可以大大减少整个测试系统的形成和开发。、维护、更换和升级费用。
但是，由于军工行业的系统开发周期和认证周期比较长，系统维护和支持的周期通常为10到20年，民用技术的发展日新月异。流行的商用仪器的更新速度越来越快。一些COTS产品在完全用于军工工业之前就被报废和停产。最终确定的测试系统的维护和支持已成为军事客户面临的最大问题，尤其是基于特定硬件开发的测试软件（TPS）。维护、支持和更新更具挑战性。这一点在中国客户群中也遇到了同样的问题。如何实现硬件的互换性和软件的互操作性，成为保证整个系统生命周期和生命周期的关键。同时，军用ATS测试系统必须满足其可靠性、移动性和灵活性要求，尽可能降低开发和维护成本，节省人力资源，提高硬件更换效率和维修中心更换效率。完善武器系统，快速响应地区和全球保障的战略要求。并提高硬件更换效率和维修中心更换效率。完善武器系统，快速响应地区和全球保障的战略要求。并提高硬件更换效率和维修中心更换效率。完善武器系统，快速响应地区和全球保障的战略要求。
下一代自动测试系统
下一代测试技术和测试系统标准
在过去的一年里，以美国为首的用户和仪器制造商提出了新的测试仪器概念和技术，以解决COTS仪器带来的问题，满足未来测试系统的发展需求。这种技术叫做NxTest，是一种基于LAN（Synthetic Instrument）的模块化合成仪器。Agilent Technologies 和 VXI Technology 于 2004 年 9 月推出了用于自动化测试系统的下一代基于 LAN 的模块化平台标准化 LXI。
LXI（Instrument LAN Expansion）不仅提供了机架式和可堆叠式仪器的嵌入式测量技术和PC标准I/O连接能力，而且实现了基于插入式仪器的系统模块化特性，减小了体积。对于为航空航天/国防、汽车、工业、医疗和消费电子市场开发电子产品的研发和制造工程师而言，LXI 紧凑灵活的封装、高速输入/输出和可靠的测量功能有效地满足了他们的需求。VXI 总线为所有高密度和高速应用提供了理想的标准，而 LXI 同时结合了 VXI 和以太网的优点，为用户提供良好的高性能仪器平台，满足VXI通常无法满足的应用需求。例如，LXI 基于 LAN 的结构为在航空航天和国防工业中实现长寿命仪器奠定了基础。LXI 没有带宽、软件或计算机背板结构限制。它可以利用不断增长的以太网吞吐量，为面临下一代自动化测试系统挑战的工程师提供理想的解决方案。
LXI 标准将由 LXI 协会管理。LXI 协会是一个由主要测试和测量公司组成的非盈利组织。该小组的目标是开发、支持和推广 LXI 标准。安捷伦科技和 VXI 科技利用其长期以来的模块化仪器设计推出了 LXI 平台，这是开发用于测试系统的开放标准仪器的必然且可行的一步。由于几乎每台计算机都内置了以太网（LAN），因此以太网已成为业界广泛认可的通信接口。Internet 硬件价格在下降，速度在提高，局域网提供了其他点对点接口标准中没有提供的对等通信。测试和测量工程师越来越意识到使用高速局域网替代专有测试和测量接口（例如 GPIB）的好处。行业需要更低的成本、更高的带宽和更快的数据传输速率，这对专有测试和测量接口提出了挑战。.
LXI 测试和测量模块经过优化，可用于设计检验或制造测试系统。连接到局域网的能力允许每个模块安装在世界任何地方，并从世界任何地方访问该模块。与使用昂贵电源、背板、控制器和 MXI 卡和电缆的模块化组件不同，LXI 模块带有自己的处理器、LAN 连接、电源和触发器输入。LXI模块可以是全宽或半宽，高度为一个机架单元或两个机架单元，实现了非常简单的混音功能。信号输入和输出在前面，LAN和输入交流电源在每个LXI模块的背面。LXI 模块由计算机控制，不需要显示器、按钮、以及传统机架和堆叠仪器的拨号设备。LXI 模块使用标准的网络浏览器诊断问题，并使用 IVI-COM 驱动程序进行通信，简化了系统集成。
LXI仪器的特点
LXI仪器具有以下五个特点：
(1) 开放行业标准
LAN和AC电源是业界最稳定、生命周期最长的开放行业标准。由于开发成本低，制造商可以轻松地将他们现有的仪器产品迁移到基于 LAN 的仪器平台。
过来。
(2) 向后兼容性
由于 LAN-Based 模块仅占标准机柜宽度的 1/2，因此体积比可扩展 (VXI/PXI) 仪器小。同时，升级现有的 ATS 不需要重新配置，并允许扩展为大型盒式仪器 (VXI/PXI) 系统。
(3) 低成本
在满足军用和民用客户需求的同时，还保持现有台式仪器的核心技术，结合最新技术，确保新的基于局域网的模块成本低于相应的台式仪器和VXI/PXI仪器。
(4) 互操作性
作为合成仪器（Synthetic Instruments）模块，只需要30-40种左右的通用模块即可解决军用客户的主要测试需求。这样相对较少的模块可以高效灵活地组合成各种面向目标服务的测试单元，从而彻底减少ATS系统的体积，提高系统的移动性和灵活性。
(5) 及时方便地引入新技术
因为这些模块有完整的I/O定义文档（军用标准定义），模块和系统的升级只需要验证新技术是否涵盖了其替代产品的所有功能。这样，Synthetic Systems 将实现以下五个目标： ① 非常长的产品和系统支持周期，应用软件将不再依赖于特定的硬件。②系统体积小，仪器不含多余的显示、输入等美观设计部件。③应用清晰明了，仪器界面一致，升级快捷方便。④系统生命周期与产品生命周期一致。⑤供应商是独立的，测量硬件和测量技术没有直接联系。
展望未来
综上所述，随着芯片技术和DSP技术的发展，21世纪的电子测量仪器将实现前所未有的高性能。随着计算机技术与仪器的进一步融合，仪器的操作简便性、升级能力、测量能力等数据处理和分析能力都得到了极大的提高。同时，软件无线电越来越多地应用于各个领域，仿真技术将为用户提供更强大、更便捷的设计和验证工具。自动测试系统经历了从GPIB系统到VXI系统，从VXI系统到VXI和GPIB混合系统的发展过程。
