解读推出LXI的思路和LXI的特点

摘要：本文依据有关LXI的一般性报道及测试技术和相关的科学技术现状，分析了推出LXI的思路及该平台的特点和应用前景。
关键词： LXI,ATE,自动测试系统,测试平台

Understanding the Ideas of Introducing LXI and the Features of LXI

Gao Ming

Abstract： This paper is an attempt to understand the ideas of introducing LXI,the features of LXI and its application prospect based on the general information about LXI and the current circumstances of test and measurement techniques as well as associated science and technology.
Keywords： LXI，ATE，automatic test system, test and measurement platform.
0引言
安捷伦科技公司和VXI Technology公司于2004年9月为自动测试系统推出一种基于LAN的模块化测试平台标准LXI（LAN eXtensions for Instrumentation）。他们充分利用了测量技术成果和PC标准I/O能力，组建一个灵活、可靠、高效、模块化的测试平台。对于 LXI，目前只有一些一般性的报道，还未见到它的标准技术规范。
从自动测试技术和微电子、计算机技术的发展情况来看，LXI的提出是开放式标准化测试系统发展中合乎逻辑的结果。下面试图分析一下推出LXI的一些思路以及LXI的特点。
1自动测试系统发展的基本准则
一般来说，一个测试系统主要由两大部分组成，即传感器和测量处理系统。传感器的任务就是感知表征研究对象的参数，将所感知的参数（可称为被测参数）转换为可测参数，再用可测参数来度量被测参数。能够直接测量的参数是很少的，一般都是用一定的传感媒质和方法将被测参数转换成可测参数进行测量，利用被测参数和可测参数之间的固定函数关系来测量被测参数。传感器的研究和设计是十分重要和复杂的，研究开发人员需要具备应用领域和测试技术两方面的知识，是测试系统十分重要的一部分。
测试系统的另一大部分是测量处理系统，它的任务是将传感器输出的可测参数进行测量、记录、分析、修正、处理，然后转换成我们所需要的被测参数，并以利于理解的方式记录和显示。整个测量处理系统，在分析处理之前，基本上由硬件承担，分析处理由软件承担。通常所说的测试系统主要是指这一部分。
测试系统的开发和组建，影响科研生产的发展。在科研生产飞速发展的今天，为加快进度，要求测试系统的开发组建时间越短越好。特别是现在，新产品投入市场后的生存寿命越来越短。要缩短新产品的开发时间，提高市场竞争力，就要求服务于研发新产品的测试系统的开发组建时间越短越好。一个测试系统由许多不同的功能部件组成，每一功能部件由两部分组成，一部分是测量功能，这是测量功能部件的主体，另一部分是输入输出部分，将测量信息和控制信息在各功能部件间互相传送。组建一个测试系统就是将所需的各种功能部件通过I/O部分将它们连接起来，完成既定的测试任务。为了缩短测试系统的组建时间，提高各功能部件的利用率，节约人力资源和成本，测试系统的开发一直遵循标准化、模块化、开放式、可重复使用的原则，以便能将不同厂商生产的标准化开放式可重复使用的各种功能模块迅速地组合在一起，做到即插即用，组建成所需要的测试系统。
2历史回顾
测试技术的发展受两方面因素的影响。科研生产的发展要求更先进的测试系统，各种新技术的应用提高了测试系统的性能。科研生产的发展和测试技术的发展是互相促进的。简单回顾一下自动测试系统的发展历史，对理解LXI的推出思路是很有帮助的。
各种传感器输出的参数多为模拟量。电子管时代，每一功能部件为一单台仪器，将各种功能的单台仪器堆叠装在标准的仪器架上，用电缆和导线将这些功能部件连接起来，采用组合逻辑控制方式组成自动测试系统。这时许多仪器的开发研制就已遵循标准化、模块化、开放式的原则。当时的标准主要是两方面，即电气标准和机械标准。电气标准主要是规定仪器的输入/输出参数和连接方式，以便能将各种仪器连接在一起。机械标准规定仪器的尺寸，主要为仪器的宽度和高度，以便将各种功能的仪器堆叠安装在标准机架上。标准机架的宽度为19英寸。半导体器件，特别是集成电路出现以后，功能部件的体积大大缩小，单台仪器的功能可以缩小成一个插入式模块来完成，出现了插卡式仪器系统。一个19英寸的机箱上有多个插槽和插座，由机箱统一提供电源，每一个插卡是一个功能模块，相互传递的信息基本上还是模拟量，在核科学领域中使用的NIM(Nuclear Instrument Module)系统是其代表。随着模数变换技术和计算机技术的发展，许多测量信息转换成数字量形式，在各功能模块间传送。上世纪60年代末70年代初出现了HPIB（后演变为 GPIB、IEEE488）和CAMAC系统，将各功能模块组合在一起形成系统，在计算机控制下运行。前者由惠普公司推出，功能部件为台式仪器，装有IEEE488接口，通过IEEE488接口，将各种功能的台式仪器连接起来形成系统。各台式仪器带有电源，可单独使用。后者由欧洲核电子学标准（ESONE）委员会推出，其功部件则为插卡式模块，各模块通过机箱背板总线连接起来，所需电源也由机箱统一提供。微机出现以后，利用微机的扩展槽，将功能模块做成插卡，形成PC仪器。若微机扩展槽不够，也可将多个功能插卡模块插在一个机箱中。微机和仪器设备的连接方式采用RS?232或IEEE488。插卡的接口随着PC机的发展而改变。早期为ISA插卡，后来发展为PCI插卡。 VXI和 PXI是插卡式系统的代表，它们的接口都是在微机接口的基础上发展起来的。以太网、 USB总线出现以后，许多测量功能模块又装备了以太网接口、USB接口作为I/O接口与计算机相连。随着科学技术的进步，功能部分在较小的空间中功能愈来愈强。I/O部分的数据传输率愈来愈快，这也是科研生产发展的需要。目前的情况是在一块功能插卡中可集成有放大器、滤波器、多路复用器、A/D变换器、数字I/O、D/A变换器、计数器、计时器、存贮器等，相当于一台功能强大的仪器。许多单台仪器中装有内嵌式处理器，既可控制本仪器运行，又可控制外接功能模块。以太网的传输率已达1Gbps，并向10Gbps发展。
3LXI的推出思路
到目前为止，利用测量功能部件组建自动测试系统主要有两种方式。一种是独立仪器方式，以IEEE488为代表，它的特点是自带电源，对测量功能部分不做什么限制，可以单独作为一台仪器使用，也可通过I/O接口与其他仪器组合成一个系统，缺点是体积较大。另一种方式是模块插卡式，以VXI、PXI为代表，电源由机箱提供，必须插在机箱中才能使用，信息传递部分的安排设计必须符合机箱背板总线的规定，优点是结构紧凑、体积较小。安捷伦公司和VXI Technology公司选择了独立仪器方式，I/O接口选用了以太网接口，这样选择有很多优点。回顾一下历史，IEEE488从推出到现在已经有30年，至今使用还比较普遍，生命期较长。除了价格低廉以外，性能要求严格的功能部件多采用台式仪器形式。这种功能部件都自带电源，可单独使用，也可组成系统，适应性较强，保护了既往的投资，这也是它至今还在普遍使用的原因。至于体积较大的缺点，由于微电子技术的发展，ASIC的使用，使其体积大大缩小。由于没有背板总线插头的限制，空间的限制不那么严格。功能部分内部的各种子功能部件的安排限制较少，比较灵活，有利于保留使用已开发的核心技术，性能改进时，许多老的技术和子部件都可沿用，既加快了更新换代的速度，又节约了成本。在通风散热、电磁兼容等方面的设计也比较简单。
LXI模块自带处理器、LAN连接、电源和触发输入，不像VXI和PXI模块那样，需要一个昂贵的带有电源、背板、控制器及MXI卡的机箱和电缆。LXI模块的信号输入和输出位于前面板上，LAN连接器、AC电源位于后面板上。LXI模块的高度可采用一个或两个标准机架单位高度，宽度可采用半机架或全机架宽度。这样的设计使LXI模块可以方便地安装在标准机架上，既有模块化的优点，可方便地集成到既往的各种系统中使用，又可作为单独仪器使用。它的发展不受I/O接口发展的限制，新的I/O接口技术出现以后，模块只需要更换I/O接口部分，测试功能部分可以完全不动。不像ISA、PCI插卡，尽管当前开发出的PCI仪器插卡的功能很强，可包括数据采集功能的全部，然而，一旦计算机采用新的接口总线，不再支持PCI，或者缩减其扩展插槽的数量，现有的PCI插卡投资就将受到损失。
至于I/O接口为什么选用以太网接口，也是和以太网技术现状、发展前景及其功能有关。以太网在计算机网络中广泛使用，被普遍接受，几乎每台计算机都内置有以太网接口。以太网的速度快、频带宽，并在不断发展，从以太网到10Base?T,100Base?T，它们是100%向后兼容，使用10/100/1000以太网开关，即可转换，有关的设备和相关的集成电路非常普遍，价格低廉，很容易获得，对以太网技术熟悉了解的人比较多。局域网连接使模块可以装在世界上的任何地方，可以从世界上任何地方访问。LAN提供其他点到点接口，标准中没有提供对等通信（peer?to?peer），即计算机之间可作为伙伴对等连接，共同处理数据和控制程序，可相互存取文件，访问外围设备。选用了以太网这种比较成熟的技术作为I/O接口，以太网的各种功能LXI都可以享受。
LXI模块由计算机控制，不像传统仪器那样需要显示装置、按键和旋钮，利用标准的网络浏览器查找问题，IVI-COM驱动器通信，简化了系统的集成。LXI不受带宽、软件或计算机背板结构的限制，利用以太网日益增长的吞吐量，为测试工程师所面临的下一代自动测试系统的挑战提供理想的解决方案。LXI平台的这种结构方式使它的生命期较长，用户投资能得到保护。LXI测试平台的推出是测试系统合乎逻辑的发展结果。它的推出使得测试设备的研究开发工程师不必再为I/O接口问题过度费心，可以把他们的主要精力集中在测试功能的开发和改进上。
4LXI的特点及应用
LXI平台有下列一些特点：
· LXI模块既能单独使用，又有模块化特点，可组成功能强大复杂的测试系统。
· LXI模块有利于保留使用已开发的核心技术，功能改进升级比较方便。
· LXI模块可以与老的平台集成在一起，安装在标准机架上。
· LXI模块可以方便地取代老系统的一些落后的模块。
· LXI模块可以分布在世界任何地方，从任何地方访问。
· LXI规模可大可小，小到一个模块，大到分布到世界各地，十分灵活。
· LXI平台提供对等连接。
·测试项目改变时，LXI在LAN上的连接不必改变，从而缩短了测试系统的组建时间。
·连在LAN上的LXI模块可以采取分时方式工作，同时服务于不同的测试项目。
·那些功能强大、结构复杂、价格昂贵的LXI模块，可供多个测试项目共享，提高这类模块的利用率，降低成本。
·提供分布式测试方式，可充分发挥测试系统中各模块的特点和优势。
· LXI模块的通风散热、电磁兼容等方面的设计比较简单。
· LXI平台的生命周期长，用户投资有保证。用户可以长期获得开发生产部门的技术支持，不致担心技术过时而被淘汰。
·采用LXI平台后，测试系统开发工程师可以把他们的主要精力集中在测试功能的开发和改进上。
基于上述特点，LXI有着广阔的发展前景和竞争潜力，适合于各种规模的用户，既可用于小用户，又可用于规模庞大复杂的用户，满足各方面科研开发、生产的需要，尤其适用于分布在世界各地的研发机构和多个单位合作研究开发生产的项目，例如，航天航空、国防军事、能源、汽车、化工等各种工业项目、各领域的科学研究、医药卫生、环保、气象以至消费电子等项目。

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