用于自動化測試的模塊化儀器系統(tǒng)

歡迎使用《設(shè)計(jì)下一代測試系統(tǒng)的開發(fā)者指南》。該指南收集了許多與測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)的白皮書，可以幫助您在開發(fā)測試系統(tǒng)時降低成本、提高測試吞吐量并擴(kuò)展對未來需求的支持。本書提供了一個關(guān)于構(gòu)建模塊化、軟件定義RF平臺的案例研究。如欲閱讀完整的開發(fā)者指南，您可以：下載PDF版本（共90多頁）或者查看《設(shè)計(jì)下一代測試系統(tǒng)的開發(fā)者指南》的電子版本。
目錄：
? 模塊化儀器——靈活的自定義軟件和可擴(kuò)展硬件
? 支持系統(tǒng)擴(kuò)展的模塊化硬件
? 模塊化降低了成本與外形尺寸，提高了吞吐量，并延長了生命周期
? 靈活的自定義測量軟件
? 模塊化儀器——滿足自動化測試的需求
? NI相關(guān)產(chǎn)品和白皮書
模塊化儀器——靈活的自定義軟件和可擴(kuò)展硬件
設(shè)備的日趨復(fù)雜和技術(shù)的漸進(jìn)融合迫使測試系統(tǒng)變得更加靈活。盡管成本的壓力要求系統(tǒng)具有更長的生命周期，測試系統(tǒng)仍須適應(yīng)設(shè)備隨時間變化而帶來的各種變化。而實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的唯一途徑便是采用一種軟件定義的模塊化架構(gòu)。本文將通過使用虛擬儀器來解釋軟件定義的概念，為硬件平臺和軟件實(shí)現(xiàn)提供多種選擇，并討論模塊化系統(tǒng)是如何滿足理想ATE的需求。
目前就本質(zhì)而言，有兩種類型的儀器應(yīng)用，虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器。圖1描述了這兩種類型儀器的架構(gòu)。
兩種類型儀器的相似之處。兩者都具有測量硬件、一個機(jī)箱、一個電源、一根總線、一個處理器、一個操作系統(tǒng)和一個用戶界面。由于這兩類儀器使用相同的基本組件，所以從純硬件的角度來看，兩者間最明顯的區(qū)別在于如何將這些組件進(jìn)行封裝。一個傳統(tǒng)的（或獨(dú)立的）儀器會將所有的組件放在同一個盒子（這個盒子適用于任何一個獨(dú)立儀器）中。通過GPIB、USB或LAN/局域網(wǎng)控制的手動儀器便是這類獨(dú)立儀器的一個范例。這些儀器是作為獨(dú)立實(shí)體設(shè)計(jì)的，其主要設(shè)計(jì)目的并不是系統(tǒng)應(yīng)用。雖然傳統(tǒng)儀器數(shù)量眾多，但就儀器本身而言，其軟件處理和用戶界面都是固定的，僅當(dāng)廠商選擇更新時才可以被更新，而且如何更新也取決于廠商的選擇（例如，通過固件升級）。因此，用戶要想進(jìn)行傳統(tǒng)儀器功能列表中未包括的測量是不可能的，而且，對于一個傳統(tǒng)儀器，根據(jù)新的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量，或者根據(jù)需求的變化調(diào)整原系統(tǒng)，都是極具挑戰(zhàn)的。
相比之下，一個通過軟件定義的虛擬儀器使得用戶可以訪問來自硬件的原始數(shù)據(jù)，以便自定義測量和用戶界面。通過這種軟件定義的方式，用戶可以進(jìn)行定制測量，根據(jù)新的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量，或者根據(jù)需求變化調(diào)整系統(tǒng)（例如增加儀器、通道或測量）。盡管用戶定義軟件可用于獨(dú)立的、特殊應(yīng)用的硬件，但其理想的搭配還是通用的模塊化硬件，它能使測量軟件的靈活性和性能得到充分發(fā)揮。這種靈活的自定義軟件與可擴(kuò)展硬件的組合，便是模塊化儀器的核心所在。
支持系統(tǒng)擴(kuò)展的模塊化硬件
模塊化儀器可以采取多種形式。在一個設(shè)計(jì)良好的模塊化儀器系統(tǒng)中，許多組件，例如機(jī)箱和電源，都為多個儀器模塊所共用，而不是為某一儀器功能重復(fù)配置這些組件。這些儀器模塊也可以包含不同類型的硬件，包括示波器、函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字化儀與RF等。在某些情形下（如圖2所示），測量硬件僅僅是一個安裝于主機(jī)的某個外設(shè)端口或外設(shè)插槽的外設(shè)。在此情形下，主機(jī)PC提供用以完成軟件測量的處理器，以及用于電源供應(yīng)和I/O的機(jī)箱。
在另一些情形下，例如PXI（PCI的儀器拓展）——一個用于測試、測量和控制的穩(wěn)固平臺，并由超過70個成員公司所支持——測量硬件被安裝于一個工業(yè)機(jī)箱（如圖3所示）。
在一個PXI系統(tǒng)中，主機(jī)可以嵌入機(jī)箱（如圖3所示），或者是通過線纜接口控制測量硬件的獨(dú)立的便攜機(jī)、臺式機(jī)或服務(wù)器。由于一個PXI系統(tǒng)使用與PC內(nèi)部相同的總線（PCI和PCI Express）和現(xiàn)有的PC組件來實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的控制，因此，無論是使用PXI系統(tǒng)還是PC，相同的模塊化儀器概念均可等同應(yīng)用。（然而，PXI確實(shí)為模塊化儀器提供了一些此處未展現(xiàn)的其它優(yōu)點(diǎn)，如更高的通道數(shù)、便攜性和穩(wěn)固性（了解關(guān)于PXI的更多信息，請?jiān)L問ni.com/china/pxi）。)不論系統(tǒng)使用PXI、帶有內(nèi)插式模塊的臺式機(jī)或是帶有外設(shè)I/O模塊的臺式機(jī)，這種共享機(jī)箱和控制器的方式都大大降低了成本，同時也使用戶能夠?qū)y量與分析軟件進(jìn)行控制。雖然模塊化儀器存在多種配置選擇，但該類型儀器與傳統(tǒng)儀器的區(qū)別之處在于，其軟件是開放的，因此當(dāng)測試需求發(fā)生變化或傳統(tǒng)儀器無法完成測量時，用戶可以自定制測量。