半导体

电子测量技术向更高精度更高智能化发展

作者:冯 健来源:中国电子报发布时间:2008-09-02 10:39我要评论


  在2008中国(西安)电子展期间,由陕西省信息产业厅、中国电子器材总公司、中国电子报社主办的第十届国际电子测试与测量专业研讨会成功举办,来自业界的专家及主要厂商代表在会上发表了精彩的演讲,我们特别刊载了部分嘉宾的精彩观点,希望能对读者了解最新的测试测量技术有所帮助。 

安捷伦科技有限公司(中国)工程师黄幸生

LXI成为下一代测试测量标准


安捷伦首先提出了LXI(基于以太网技术的仪器平台)概念,由于其先进的技术、高可靠的测试性能被业界广泛接受,迅速成为下一代的测试测量的标准。
测试测量技术发展到今天已经经过了几个时代,从最早期的HPIB到后来的VXI时代,随着测量测试速度的提高,我们将新一代的计算机接口LAN(局域网)引入到我们的设备当中,形成LXI的测试技术。
LXI设备有相关的协议标准:首先它必须支持网络;其次它必须支持一系列的软件接口。大家将会看到今后越来越多的仪器可能不像一个仪器而更像网络服务器,大家只需要在浏览器中输入IP地址即可访问整个仪器的配置。
LXI发展到现在已经3年,测试界的主流厂商基本都加入了LXI联盟。LXI联盟在中国已经拥有超过1100个联盟用户。去年的LXI联盟全球大会是在安捷伦北京总部成功举办的。
LXI设备基本上分成以下大类。第一个大类叫ClassC设备,这个设备用得最多、最广泛,这也是目前在市场上最广泛的设备。第二类设备叫ClassB的设备,在ClassC的设备基础上扩展了1588精确的时间。ClassC等级的设备是世界上最高端的触发总线的设备,可以保证整个系统的触发精度达到纳秒量级。
LXI的另一种优势就是它的速率。LAN接口大概在10年前就已经达到10/100兆了。以美国的波音公司研发的测试系统为例,它可能具有成百上千的测试点,同时对数据的同步能力要求非常高,LXI可以精确保证成千上万个点的同步能力达到微秒量级。
安捷伦发布了超过300种LXI相关的产品。安捷伦的策略是在2006年以后95%%的设备必须要支持LXI,基本上安捷伦所有的中高端设备都是LXI设备。

罗德与施瓦茨中国有限公司产品工程师李健开

信号源综合分析技术向高端发展


频率合成技术是雷达、通信等电子系统的关键技术之一,很多现代电子设备和系统的功能实现都依赖于所用的频率合成器的性能。通信的发展也同时要求现代电子系统从频率的精度、频率稳定度以及调制特性等一系列指标都提出更高的要求。频率合成器作为核心部分,对它的指标要求也相应地越来越高。同时,随着通信技术的发展,数字调制信号的应用越来越广泛。这些都对信号源的研发和设计带来更大的挑战。
为了满足现代信号源研发生产的测试需求,罗德与施瓦茨公司推出了一系列的高端频谱仪、矢量信号分析仪、智能功率探头、专业信号源分析、针对信号源计量应用的测量接收机。
如频谱仪系列,以R&SFSU为例,该型号单台测量频率覆盖高达67GHz,并有极低的本低噪声、优秀的相位噪声性能及多样的测量性能。
高端的矢量信号分析仪可以提供单台高达40GHz的测量频率、120MHz带宽的信号解调、实时数字IQ数据输出功能、卓越的射频性能、全频谱仪功能。最新推出的基于新一代仪表设计理念而设计生产的R&SFSV,有较高的性价比、极高的测量精度,完全兼容新一代移动通信标准,并有直观的视窗式和触摸屏式操作界面。
专业的信号源相位噪声测量要求信号源分析仪不仅具用传统信号源分析仪的相位噪声、压控振荡器(VCO)、瞬态特性的测量功能,同时具有完整的频谱仪功能和矢量信号分析功能。这些集各大仪器功能于一身的特点,为信号源的综合分析提供了极大的方便。这是信号源分析未来的技术发展方向,也就是更为集专业性与多功能性于一身。

美国福禄克公司精密测量仪器部(中国区)技术支持高级经理刘国琨

自动校准是计量校准发展必然趋势


现代计量离不开自动校准,因为现在的仪器功能越来越多,工作量越来越大,手动校准忙不过来。还有许多仪器必须用自动校准程序来调整,因此自动校准是计量校准发展的必然。还有一个更重要的原因,只有自动校准才能保证校准质量,因为它是用计算机控制,可以避免我们在校准中产生的疏忽误差。用自动校准程序后可以推广更先进的校准方法,许多新的校准技术往往在校准程序中体现出来,而人工实现要费很大力气。另外在自动校准程序中可以逐点报告测量不确定度,可以免去大量人工的计算。许多标准的自动校准软件都包含了对计量管理的功能。
Guardbinding是校准判断待定区的保证技术。它是福禄克公司非常关注的一项技术。在计量校准的时候我们往往遇到一个问题,要根据测量的结果而判断仪器是否合格,有些时候判断是很容易的,比如说测量值,它非常靠近标准,误差很小,我们可以马上判断合格,但是如果我们测量的值处于边缘,考虑到测量标准的不确定度,这个判断就很难做出,这种情况下就产生了校准判断待定区的保证技术。我们在测试的时候要自己来确定到底根据什么条件确定它合格,什么条件下不合格,在我们设定的待定区期限根据校准标准的不确定会出现一个待定区。如何选定待定区,如何对待定区的数据进行判别,不仅要有一定的技术,而且要形成一个制度,这样才有章可循。

西安四通测量设备有限公司应用工程师王昊

新型波形简化分析技术解决信息搜索难题


数字示波器给我们带来了一些新的问题,比如说取样和内插算法等。单说一下采样率的问题。每个示波器的最高采样率是固定的。这并不意味着在所有情况下都能以最高采样率来进行采集。因为每个示波器的存储深度,也就是记录长度是有限的。而我们在测试中需要的记录时间是变化的。记录时间=记录长度/采样率。
从以上公式可以看出:我们在采样率不变的情况下,如果希望看到更长的记录时间必须提高示波器的记录长度。从20世纪80年代数字示波器诞生时的500点,到今天普通的示波器可以做到10M点,示波器的记录长度增长了2万倍。
这样的快速增长不仅满足了我们测试的需要,同时它也带来了另一个问题,那就是怎样在如此长的记录中找到我们需要的内容呢?这就需要增加一个搜索的内容,就像我们看书有目录,上网我们用谷歌和百度一样。泰克的WaveIn-spector就是这样的工具。首先它可以提供对信号局部放大的功能,以便我们深入分析研究;还可以像录像机一样播放我们所捕获的所有信号内容。而它最强大最有力的功能是搜索,只要我们给示波器输入搜索条件就像给谷歌输入关键字一样,它就会迅速地寻找到所有满足条件的波形。这也是示波器为人们所用的真正原因。我们使用示波器首先是它能捕捉到信号,然后找到需要的部分,最后了解这个部分的详细信息。

北京中科泛华测控技术有限公司销售工程师秦炼

构建下一代测试测量系统


虚拟仪器技术是可以由用户自定义,基于计算机技术的测试测量以及控制系统的技术。
传统仪器由生产厂商定制功能,主要依靠硬件性能,而虚拟仪器可以由用户通过软件编程自定义功能,它依托于计算机技术、总线技术和数字技术的发展,使用灵活,是计算机技术与仪器技术的深层次结合。
软件部分是虚拟仪器技术的软件架构,最底层的是硬件I/O,在其之上的是测量与控制服务程序,用于在软件开发平台与硬件I/O之间搭建一个桥梁,也就是常说的驱动程序。在测量与控制服务程序之上是开发平台,如NI公司推出的图形化开发平台LabVIEW。LabVIEW作为测试测量领域的先进开发平台,为客户提供了从采集,分析到显示的整个流程中的解决方案。
模块化I/O是具体实施单元,NI公司提供了超过1000种硬件产品。比如多功能数据采集卡M系列、S系列,高端模块化仪器,示波器卡等。
第三部分是平台,从计算机技术引入到测试测量行业以来,仪器总线技术在带宽、坚固性、同步等性能上都有了长足的发展。高效的软件及模块化硬件只有在高性能的平台上使用才可以发挥最佳的效能。
现代测试的新挑战,需要综合的测试技术,提供开放的数据接口以及系统结构等。泛华基于这种需求,提出了“柔性测试”技术的概念。“柔性测试”技术是以多种相关技术为基础,可满足复杂、多样化的测试测量需求的系统化技术。(本版内容根据研讨会演讲内容整理)

西安电子科技大学副教授任获荣

电子测量面临宽带化软件化挑战


电子测量仪器经历了从模拟仪器到数字仪器、智能仪器,再到目前的虚拟仪器的发展历程。推动电子测量仪器发展的动力,是微电子技术和计算机技术的迅猛发展。
国内电子测量仪器近年来也取得了高速的发展,在“时域”、“频域”、“数域”、“阻抗域”、“调制域”都有产品涌现。
电子技术飞速发展,使得电子测量仪器正面临巨大的挑战。例如,微波毫米波技术发展,电子系统日益复杂,新标准、新技术不断涌现等,而在设计、生产和维护的各阶段都需要有适度超前的电子测量仪器作为基本保障。
电子测量仪器面临的一个挑战就是宽带化。为了实现宽带化,必须降低电路复杂度,减少连接,即需要实现电子电路与同轴、波导组件的集成技术,高速数据采集技术,高速、深度存储技术,需要国内在电子电路技术以及集成电路技术上寻求突破。
软件化是电子测量仪器面临的另外一个挑战。随着数字调制解调技术、数字中频技术以及软件无线通信架构的广泛应用,电子测量仪器中也必然利用软件实现相应的功能。需要对软件无线电技术进行深入研究。
软件功能日益强大、灵活,软件本身也越来越庞大,需要软件平台进行管理并方便新仪器的开发。软件平台需要有数据统计、分析,信号处理,驱动程序管理,显示与报告等等功能。国外的Matlab与ADS软件已经向硬件管理与控制渗透,具备强大软件平台的基础,其对电子测量仪器行业的影响,需要进一步观察。国内电子测量仪器行业需要研究大型软件平台技术,并进行推广和产业化工作。
电子测量仪器是技术密集型、知识密集型的产业。例如要测一个通信设备,需要熟悉通信标准,要有合适的测量系统硬件,才能够进行测试测量。而标准往往是制约电子测量仪器行业的一个瓶颈。TD—SCDMA(时分同步码分多址)是具有完全自主知识产权的通信标准,国产TD—SCDMA的终端测试系统就得以快速研制出来,恰恰说明了这个问题。令人欣慰的是,对最新的LXI总线技术标准,国内已有100多家企业加入了LXI联盟。尽快掌握LXI标准,开发出符合标准的接口芯片,并将已有设备移植到LXI产品中,是电子测量仪器行业的机遇。
电子测量仪器广泛采用计算机技术作为核心平台,也因此更多地受益于计算机技术的飞速发展。国内的电子测量仪器行业,需要在低端产品上夯实基础,提高稳定性和可靠性;在标准制定、通用软件平台开发等具有共性的问题上,进行强强联合,拓展市场;在具体应用领域,展开充分竞争,在竞争中共同发展。

美国吉时利仪器公司中国区业务拓展总监王中武

数据采集新技术满足高精度高速度高密度需求


元器件、部件及整机产品的老化测试与监控,温度监控与温度记录等,需要更精准的数据采集,常规的12/16bit往往不够,要求到6位半(22bit)或更高的数字表测量精度( 采用新一代数据采集系统技术的3700系列,集成了分辨率高达七位半的数字多用表,具有快速、低噪声的测量能力,13种内置测量功能,其测量范围可扩展到1欧姆的低电阻量程和10微安的低电流量程。TSP技术突破传统测试仪器的局限,将类似于PC机的功能引入测试仪器中。例如,用户可创建嵌入并执行在测试仪中的脚本。这些测试脚本可包含完整的测试例程,包括复杂的判断和仪器控制功能,从而使得仪器独立自主地运行。在不关心产能和时间同步问题的应用场合,TSP可如同普通仪器执行单行命令,为用户提供灵活选择。


责任编辑:电子信息产业网
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