电子测量仪器及自动测试系统的新概念和新趋势

前　言　　进入21 世纪以来，科学技术的发展已难以用日新月异来描述。新工艺、新材料、新的制造技术催生了新的一代电子元器件，同时也促使电子测量技术和电子测量仪器产生了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点入手，进而介绍下一代自动测试系统的概念和基本技术，引入合成仪器的概念，以供读者参考。
现代电子测量仪器的发展趋势
　　仪器性能更加优异
　　仪器的性能更加优异，测量功能更加强大，仪器的测量精度，测试灵敏度，测量的动态范围等都达到了前所未有的高度。例如，Agilent 公司的PSA 频谱分析仪的测量灵敏度高达—169dBm(接近物理界热噪声—174dBm) ， PNA 网络分析仪的动态范围高达143dB ， Agilent 83453A 高分辨率分光计分辨带宽=0.0001nm(亚皮米) (突破皮米分辨带宽的壁垒) ，Agilent 86107A 精密时基参考模块，对小于100ns 的时延，抖动为1.7ps RMS( 突破皮秒抖动瓶颈) ，DSO80000系列的示波器，其单一A/D 芯片具有20GSa/s 实时高采样率，使之成为世界上采样率最快的示波器(40GSa/s 实时采样率，13GHz 带宽) 。
另外，更多强大的测量功能被赋予单台仪表中，如Agilent 公司的8960系列无线综合测试仪(集移动手机和基站的射频测试与协议测试于一身) ； ESG/PSG矢量信号源可以灵活产生包括连续波/调幅/调频/调相/脉冲调制，全制式通信协议( GSM/EDGE/WCDMA/TD2SCDMA/CDMAOne/CDMA2000/CDMA20001X2EV/蓝牙/WLAN/PHS/PDC/NADC/DECT/TETRA等) ，任意波形及用于今后的其他信号；MSO 混合信号示波器(2/4 个模拟测量通道+16 个逻辑分析通道) 使单台仪器同时具备示波器和逻辑分析仪的功能； Infiniium示波器内装VSA 矢量信号分析软件后也成为世界上测量分析带宽最宽的矢量信号分析仪。
　　仪器与计算机融为一体
　　仪器和计算机技术的前所未有的融合。首先，越来越多的仪器选用以Windows 软件和Intel 芯片为平台，采用Windows GUI 和基于军用标准的软件，用Windows 软件代替仪器内部操作软件，并易于与MS办公室应用软件连接，充分发挥其效能，如Agilent公司的仪器可用Word 语言捕获屏幕图像，用Excel语言绘制的波形数据，用Excel 语言捕获测量数据，易于自由地从互联网下载和升级最新的软件版本，利用Windows Help 提高了仪器操作学习的方便性；同时，触摸屏被广泛利用，话音控制可解决双手同时被占用时操作仪器的问题，通过网络控制仪器操作，并用基于MS Windows 和MS Visual Studio 实现测试自动化；另外，仪器内部的VBA 软件可有效地帮助实现生产过程中的测试自动化
　　其次，由于计算机技术被大量应用到仪器之中，使得仪器具备了更加先进的连通性，如Agilent 公司的仪器大都具备采用了USB 接口，LAN 接口，GPIB 接口。同时，也安装了标准光标指示器(鼠标、跟踪球、触摸键、操纵杆等)和其他部件(键盘、CD RW 驱动器、直接连结打印机的并行接口，用于外部监视器的VGA 输出，内部硬盘驱动器等) 。特别值得一提的是，在军工等特殊行业，测试数据的安全性和保密性要求格外重要，为此，Agilent 公司在仪器上设计了可卸出的硬盘(如PNA 矢量网络分析仪和Infiniium 示波器) ，使工作人员在实验室完成测试任务后，卸出硬盘，单独运输仪器至测试现场(如战地) ，再由操作人员取出随身携带的硬盘装入仪器，再进行现场测量，从而保证了数据的安全性和保密性。
　　测试及仿真软件在仪器中广泛应用
　　随着计算机的运算速度和处理数据能力的不断增加，及计算机仿真技术的广泛应用，仪器的硬件和测试软件及仿真软件的结合越来越紧密。首先，硬件的模块化设计，使得通过不同的硬件模块组合配以不同的软件，从而形成不同功能的仪器和不同的测试解决方案，如Agilent 公司的DAC-J 宽带示波器86100C ，通过插入不同的模块并配以不同软件，该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，VXI 结构的测试仪器更加充分地解释了模块化结构仪器的灵活配置和应用。
　　其次，软件无线电的概念已有了全新的解释和现实的应用，Agilent 公司的89601A 矢量分析软件是实现这一理念的最好例证，它利用计算机强大的数学运算和数据处理能力将大量的数字信号处理功能和数据分析功能充分展现在计算机软件之中，通过与不同的数据采集前端(如VXI 结构的矢量信号分析仪，频谱分析仪， Infiniium 数字示波器) 相结合，组合出不同功能的矢量信号分析仪。

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