電子測(cè)量?jī)x器的發(fā)展趨勢(shì)：儀器性能更加優(yōu)異

　　進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已難以用日新月異來(lái)描述。新工藝、新材料、新的制造技術(shù)催生了新的一代電子元器件，同時(shí)也促使電子測(cè)量技術(shù)和電子測(cè)量?jī)x器產(chǎn)生了新概念和新發(fā)展趨勢(shì)。本文擬從現(xiàn)代電子測(cè)量?jī)x器發(fā)展的三個(gè)明顯特點(diǎn)入手，進(jìn)而介紹下一代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的概念和基本技術(shù)，引入合成儀器的概念，以供讀者參考。

　　現(xiàn)代電子測(cè)量?jī)x器的發(fā)展趨勢(shì)

　　儀器性能更加優(yōu)異

　　儀器的性能更加優(yōu)異，測(cè)量功能更加強(qiáng)大，儀器的測(cè)量精度，測(cè)試靈敏度，測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍等都達(dá)到了前所未有的高度。例如，Agilent公司的PSA頻譜分析儀的測(cè)量靈敏度高達(dá)—169dBm（接近物理界熱噪聲—174dBm），PNA網(wǎng)絡(luò)分析儀的動(dòng)態(tài)范圍高達(dá)143dB，Agilent83453A高分辨率分光計(jì)分辨帶寬=0.0001nm（亞皮米）（突破皮米分辨帶寬的壁壘），Agilent86107A精密時(shí)基參考模塊，對(duì)小于100ns的時(shí)延，抖動(dòng)為1.7psRMS（突破皮秒抖動(dòng)瓶頸），DSO80000系列的示波器，其單一A/D芯片具有20GSa/s實(shí)時(shí)高采樣率，使之成為世界上采樣率最快的示波器（40GSa/s實(shí)時(shí)采樣率，13GHz帶寬）。另外，更多強(qiáng)大的測(cè)量功能被賦予單臺(tái)儀表中，如Agilent公司的8960系列無(wú)線綜合測(cè)試儀 （集移動(dòng)手機(jī)和基站的射頻測(cè)試與協(xié)議測(cè)試于一身）;ESG/PSG矢量信號(hào)源可以靈活產(chǎn)生包括連續(xù)波/調(diào)幅/調(diào)頻/調(diào)相/脈沖調(diào)制，全制式通信協(xié)議（GSM/EDGE/WCDMA /TD2SCDMA/CDMAOne/CDMA2000/CDMA20001X2EV/藍(lán)牙/WLAN/PHS/PDC/NADC/DECT/TETRA 等），任意波形及用于今后的其他信號(hào);MSO混合信號(hào)示波器（2/4個(gè)模擬測(cè)量通道 16個(gè)邏輯分析通道）使單臺(tái)儀器同時(shí)具備示波器和邏輯分析儀的功能;Infiniium示波器內(nèi)裝VSA矢量信號(hào)分析軟件后也成為世界上測(cè)量分析帶寬最寬的矢量信號(hào)分析儀。

　　儀器與計(jì)算機(jī)融為一體

　　儀器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的前所未有的融合。首先，越來(lái)越多的儀器選用以Windows軟件和Intel芯片為平臺(tái)，采用WindowsGUI和基于軍用標(biāo)準(zhǔn)的軟件，用Windows軟件代替儀器內(nèi)部操作軟件，并易于與MS辦公室應(yīng)用軟件連接，充分發(fā)揮其效能，如Agilent公司的儀器可用Word語(yǔ)言捕獲屏幕圖像，用Excel語(yǔ)言繪制的波形數(shù)據(jù)，用Excel語(yǔ)言捕獲測(cè)量數(shù)據(jù)，易于自由地從互聯(lián)網(wǎng)下載和升級(jí)最新的軟件版本，利用WindowsHelp提高了儀器操作學(xué)習(xí)的方便性;同時(shí)，觸摸屏被廣泛利用，話音控制可解決雙手同時(shí)被占用時(shí)操作儀器的問(wèn)題，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制儀器操作，并用基于MSWindows和MSVisualStudio實(shí)現(xiàn)測(cè)試自動(dòng)化;另外，儀器內(nèi)部的VBA軟件可有效地幫助實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的測(cè)試自動(dòng)化

　　其次，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)被大量應(yīng)用到儀器之中，使得儀器具備了更加先進(jìn)的連通性，如Agilent公司的儀器大都具備采用了USB接口，LAN接口，GPIB接口。同時(shí)，也安裝了標(biāo)準(zhǔn)光標(biāo)指示器（鼠標(biāo)、跟蹤球、觸摸鍵、操縱桿等）和其他部件（鍵盤、CDRW驅(qū)動(dòng)器、直接連結(jié)打印機(jī)的并行接口，用于外部監(jiān)視器的VGA輸出，內(nèi)部硬盤驅(qū)動(dòng)器等）。特別值得一提的是，在軍工等特殊行業(yè)，測(cè)試數(shù)據(jù)的安全性和保密性要求格外重要，為此，Agilent公司在儀器上設(shè)計(jì)了可卸出的硬盤（如PNA矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和Infiniium示波器），使工作人員在實(shí)驗(yàn)室完成測(cè)試任務(wù)后，卸出硬盤，單獨(dú)運(yùn)輸儀器至測(cè)試現(xiàn)場(chǎng) （如戰(zhàn)地），再由操作人員取出隨身攜帶的硬盤裝入儀器，再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，從而保證了數(shù)據(jù)的安全性和保密性。

　　測(cè)試及仿真軟件在儀器中廣泛應(yīng)用

　　隨著計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和處理數(shù)據(jù)能力的不斷增加，及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用，儀器的硬件和測(cè)試軟件及仿真軟件的結(jié)合越來(lái)越緊密。首先，硬件的模塊化設(shè)計(jì)，使得通過(guò)不同的硬件模塊組合配以不同的軟件，從而形成不同功能的儀器和不同的測(cè)試解決方案，如Agilent公司的DAC-J寬帶示波器 86100C，通過(guò)插入不同的模塊并配以不同軟件，該儀器可成為抖動(dòng)分析儀，寬帶示波器，數(shù)字通信分析儀，時(shí)域反射分析儀;此外，VXI結(jié)構(gòu)的測(cè)試儀器更加充分地解釋了模塊化結(jié)構(gòu)儀器的靈活配置和應(yīng)用。

　　其次，軟件無(wú)線電的概念已有了全新的解釋和現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用，Agilent公司的89601A矢量分析軟件是實(shí)現(xiàn)這一理念的最好例證，它利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理能力將大量的數(shù)字信號(hào)處理功能和數(shù)據(jù)分析功能充分展現(xiàn)在計(jì)算機(jī)軟件之中，通過(guò)與不同的數(shù)據(jù)采集前端（如VXI結(jié)構(gòu)的矢量信號(hào)分析儀，頻譜分析儀，Infiniium數(shù)字示波器）相結(jié)合，組合出不同功能的矢量信號(hào)分析儀。

　　同時(shí)，其捕獲的信號(hào)和數(shù)據(jù)分析的結(jié)果可以作為EDA仿真軟件（如Agilent公司的ADS高級(jí)設(shè)計(jì)仿真軟件）的數(shù)據(jù)輸入來(lái)源，用于驅(qū)動(dòng)ADS高級(jí)設(shè)計(jì)仿真軟件進(jìn)行部件及系統(tǒng)級(jí)仿真;并且，ADS高級(jí)設(shè)計(jì)仿真軟件的仿真結(jié)果可送入Agilent公司的ESG/PSG矢量信號(hào)源產(chǎn)生出信號(hào)通過(guò)VSA矢量信號(hào)分析儀的捕獲和分析，反過(guò)來(lái)可進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與真實(shí)產(chǎn)品之間的數(shù)據(jù)驗(yàn)證，即實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、仿真、測(cè)量和驗(yàn)證的有機(jī)結(jié)合。以AgilentADS高級(jí)設(shè)計(jì)仿真軟件為代表的EDA軟件，通過(guò)與Agilent公司測(cè)試儀器（包括：頻譜分析儀，網(wǎng)絡(luò)分析儀，信號(hào)源，示波器，邏輯分析儀等）的動(dòng)態(tài)鏈接，從而實(shí)現(xiàn)了測(cè)量域與仿真域的有機(jī)結(jié)合，在設(shè)計(jì)、仿真和驗(yàn)證之間架起了橋梁，從而加速設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，完善系統(tǒng)及部件的半實(shí)物仿真手段，達(dá)到迅速拓展?jié)M足需要的測(cè)量解決方案的目的。

　　自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀

　　隨著測(cè)量?jī)x器功能的不斷提高和完善，與其相關(guān)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（特別是軍用ATS測(cè)試系統(tǒng)）的組建與發(fā)展也經(jīng)歷了從臺(tái)式儀器ATS系統(tǒng)到卡式儀器ATS系統(tǒng)，從卡式儀器ATS系統(tǒng)到卡式儀器與臺(tái)式儀器混合的ATS系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程。到目前為止，VXI結(jié)構(gòu)的儀器（主要對(duì)于大通道數(shù)的數(shù)字信號(hào)測(cè)量）與GPIB標(biāo)準(zhǔn)的臺(tái)式儀器（主要對(duì)于性能要求嚴(yán)格的射頻 /微波信號(hào)測(cè)量）相結(jié)合組建ATS測(cè)試系統(tǒng)已成為軍用ATS測(cè)試系統(tǒng)普遍遵從的主流原則和典范。這與以美國(guó)為代表的軍工用戶在90年代提倡的采用 COTS（CommercialOff-the-Shelf）流行商用儀器來(lái)構(gòu)建軍用ATS測(cè)試系統(tǒng)有很大關(guān)系，它可以極大地降低整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的組建、開(kāi)發(fā)、維護(hù)、替換和升級(jí)的成本。

　　但是，由于軍工行業(yè)系統(tǒng)研制周期和認(rèn)證周期相對(duì)較長(zhǎng)，系統(tǒng)維護(hù)和需要支持的周期通常在10 年至20年，而民用科技的發(fā)展日新月異，流行商用儀器的更新速度越來(lái)越快，一些COTS產(chǎn)品在軍工行業(yè)被大規(guī)模全面使用之前就已廢型和停產(chǎn)，對(duì)于已定型的測(cè)試系統(tǒng)的維護(hù)和支持成為軍工客戶面臨的最大問(wèn)題，特別是那些基于特定硬件而開(kāi)發(fā)的測(cè)試軟件（TPS）的維護(hù)、支持和更新更是面臨巨大的挑戰(zhàn)。這一點(diǎn)在中國(guó)的客戶群中也遇到了同樣的問(wèn)題。如何實(shí)現(xiàn)硬件的可互換性和軟件的可互操作性成為保證整個(gè)系統(tǒng)生命力和生命周期的關(guān)鍵。與此同時(shí)，軍用ATS測(cè)試系統(tǒng)還要滿足其可靠性、機(jī)動(dòng)性和靈活性的要求，并盡可能地降低開(kāi)發(fā)、維護(hù)的成本，節(jié)省人力資源，改進(jìn)硬件的現(xiàn)場(chǎng)替換效率和維修中心替換效率，改進(jìn)武器系統(tǒng)快速應(yīng)對(duì)地區(qū)乃至全球支持的戰(zhàn)略要求。