测试领域新技术的发展及应用

摘  要：随着测试需求的提高，在测试领域中新的技术得到了快速的发展，追踪研究这些新技术，对于我国研制新的先进的测试系统具有一定的借鉴作用。本文首先详细介绍了近年来在测试领域中出现的新技术，包括测试仪器及先进的测试总线技术，自动化测试及综合测试技术和故障诊断及综合保障技术的发展状况及其应用。着重介绍了合成仪器技术，LXI总线技术，柔性测试技术和智能测试诊断技术。最后指出测试新技术为我国测试领域的发展带来了机遇和挑战，为测试系统的发展指明了新的方向。　　

关键词： 合成仪器  LXI  柔性测试  机内测试　　

中图分类号： TB 336    文献标识码：A　　

Advances in and application of new test technologies 　　

(1. .Department of Electronic Engineering of NAEI, Yantai 26400；1.92 NO.92601 Troops of PLA, Zhanjiang 52400)　　

Abstract: With the increasing of the testing requirement, the new technology in testing domain has got fast developing. Following and studying these new technologies is of some reference effect for our country developing new advanced test system. The paper detailed introduces the advances and application of the new technologies that have appeared in the testing domain in recent years firstly, including test instrument & advanced test bus technique, the automatic test & synthetical testing technique and fault diagnosis & integrated support technique, focusing on the synthetic instrument technology, LXI technology, flexible testing technique and intelligent diagnosis test technology. At last it pointed that the new test technology brings opportunity and challenge to the development of testing domain, and shows the new direction of test system for our country. 　　

Key words:  Synthetic Instrument   LXI   Flexible Test   Built-in Test　　

1 引言　　

随着科学技术的飞速发展，现代电子设备已广泛运用了分布处理的系统结构、智能化信息处理、大规模和超大规模集成电路器件，以及高性能计算机等先进技术。这些突出的变化使得对电子设备的测试测量难度加大，从而对传统测试系统提出了更高、更严的要求。为了适应不断提高的测试需求，近年来在测试领域中新的技术得到了快速的发展：如各种新型的仪器总线的相继推出和应用，小型化、合成化和综合化的仪器不断涌现，综合的、通用化的自动化测试系统和测试与诊断一体化系统的蓬勃发展，远程测试与维修诊断技术、内装自测试技术、综合测试与诊断软件平台技术等在不断地完善和应用[1]。追踪研究这些新技术，对于我国研制新的先进的测试系统具有一定的借鉴作用。　　

2测试仪器及先进的测试总线技术　　

2.1 合成仪器的基本概念　　

测试仪器及由各种测试仪器组成的测试系统则是测试技术的最终体现。测试测量仪器历经了模拟、数字、智能化、虚拟仪器等形式。

在过去60年内研制出针对商业和军事市场测试测量信号的各种各样的COTS(Commercial Off-The-Shelf Equipment)仪器。但由COTS构建的自动测试系统ATS(Automatic Test System)，由于测试需求不同，彼此互不兼容，也没有互操作性；同时由于军工行业系统研制周期和认证周期相对较长，系统维护和需要支持的周期通常在10年至20年，而民用科技的发展日新月异，流行商用仪器的更新速度越来越快，一些COTS产品在军工行业被大规模全面使用之前就已废型和停产，对于已定型的测试系统的维护和支持成为军工客户面临的最大问题。为此美国国防部下一代自动测量系统(NxTest)综合生产小组(IPT) 考虑利用先进的军用民用测试技术来开发一种新的仪器结构框架，达到自动测试能够在各军兵种中具有互操作性，合成仪器SI(Synthetic Instrument)概念从而提出[2]。合成仪器是通过标准化的接口将一系列基本的硬件和软件部件进行连接的重复配置系统，利用数字处理技术来产生信号和进行测量。其核心思想是将传统仪器分割成为一些基本功能模块，通过外部处理器及软件的聚合和标准接口连接，取代专用高端仪器并实现标定、校正等功能，完成不同的测量任务。合成仪器目标是试图通过分析仪器的基本功能要素，出一个通用的仪器结构[4]。　　

2.2 合成仪器的特点　　

在传统仪器中，除了这些仪器前端的通用性外，很难看到激励/测量技术的再用。硬件的上层是嵌入式软件层(通常连接到原来设计的目标嵌入式控制器)，嵌入式软件的上层是应用软件，其大多数的部分功能如同图像用户接口(GUI)或已定标/换算/转换数据的显示。SI的结构则恰好与之相反，合成硬件结构由标准硬件(信号调理、上变频器、下变频器、DAC、ADC)组成，标准硬件与不受限制的DSP软件结合工作。这种硬件减少，使系统定标的要求和成本最小，系统定标容易受SI激励和测量通路中每个功能块所具有的检查方法和控制性的影响，。　　

相对传统仪器，合成仪器(Synthetic Instrument)具有以下五大特点：(1)非常长的产品和系统支持周期，应用软件将不再依赖于特定的硬件。(2)很小的系统体积，仪器不包含多余的显示、输入和其它美学设计部分。(3)应用清晰明确，仪器界面一致，升级快捷方便。(4)系统生命周期与产品生命周期保持一致。(5)供应商独立，测量硬件与测量技术没有直接联系。　　

合成仪器与软件定义无线电有相似之处，但是后者也只有合成功能，欠缺测量和分析能力[5-7]。合成仪器与虚拟仪器更为相近(实质上虚拟仪器属于合成仪器的超集)，前者比后者的内容更完善。所有合成仪器都是虚拟仪器，同样具有虚拟面板，由软件映射和扩展硬件的功能，由PC管理数据流、分析和表现结果。但是虚拟仪器的硬件来自自然仪器，而合成仪器的硬件来自基本仪器模块，软件起着更大的作用。　　

2.3 LXI总线概念及特点　　

测试系统的组成离不开测试总线，总线本身亦成为测试系统的主要组成部分，根据总线结构功能和性质的不同可以将测试总线分成内部总线和外部总线。业内流行的内部测试总线主要有VXI和PXI两种总线，它们分别在VME和PCI两种计算机总线的基础上发展起来。外部总线有GPIB、USB、1394等。　　

采用以上几种总线的COTS构建测试系统可以极大地降低整个系统的组建、开发、维护、替换和升级的成本，但是有2个问题摆在测试工程师面前：一是异地测试系统间的通信；二是GPIB和VXI是测试领域专用接口总线，计算机是通用的工业产品，而通用的计算机发展快，价格低，测试专用总线发展慢，成本高，在发展上两者无法匹配。为此， Agilent公司和VXI公司总结装架式和堆叠式仪器的测量技术经验，整合GPIB和VXI的成果，基于著名的工业标准以太网(Ethernet)技术，扩展了仪器需要的语言、命令和协议等内容，构成了一种适用于自动测试系统的新一代模块化仪器平台标准LXI (LAN extensions for Instrumentation)，被认为是第一款真正意义上的外部仪器总线，它分为A、B、C三个级别，A级别要求最高，可以满足精确时钟同步和同步触发的功能要求，在分布式和大规模的测试系统中有独到的应用空间，为测试技术的应用开辟了另一片天地[7-8]。　　

相对先前总线仪器，LXI总线仪器具有以下5个特点：　　

(1)开放式工业标准：LAN和AC电源是业界性能最稳定和生命周期最长的开放式工业标准；　　

(2)向后兼容性：因为LAN模块只占l/2的标准机柜宽度，体积比大型卡式(VXI/PXI)仪器更小。同时，升级现有的ATS不需重新配置，并允许扩展为VXI/PXI系统；　　

(3)成本低廉：在满足军用和民用客户要求的同时，保持现存台式仪器的核心技术，结合最新科技，保证新的LAN模块成本低于相应的台式仪器和VXI/PXI仪器；　　

(4)互操作性：作为综合仪器(SI)系统模块，只需30～40种左右的通用模块即可解决军用客户的主要测试需求。如此相对较少的模块种类，提高了系统的机动性和灵活性；　　

(5)新技术及时方便地引入：这些模块具备完备的I/O定义文档(由军标定义)。　　

NxTest计划中的SI总线，需要定义硬件和软件模块之间的接口、定时同步、编程语言、机箱尺寸、模块尺寸、电磁干扰和环境条件等；同时要考虑到尽量降低系统的支持经费，模块的热插拔，系统能够容易升级，具有30年的使用寿命等等。目前流行的ATS总线都不能满足SI总线制定的目标要求，使得SI总线的制定迟迟未能完成。Agilent公司作为国防部/工业界联合工作组的副组长，一直推介新一代的仪器接口LXI作为SI总线的最佳候选对象。Agilent公司对以太网的数据传送引入IEEEI588网络定时协议，提高了LXI总线的时钟同步能力，增大了LXI总线在SI总线选型中的比重。　　

2.4 合成仪器与LXI总线的应用　　

目前，合成仪器主要用户是国防/航天部门，设备主要是微波/RF频段的自动测试系统(SI-ATS)，由于起点比较高，能够供应这些设备的测试测量仪器公司还不多。主要有三种代表性的合成仪器ATS系统，第一是安捷伦(Agilent)公司的SI仪器系列，如N　8201A　数字下变频器SI模块，N　8211A　模拟上变频器SI模块，N　8212A　矢量上变频器SI模块，N　8221A　中频数字化仪SI模块，N　8241A　任意波形发生器SI模块，N　8242A　任意波形发生器SI模块等等。第二是艾法斯(Aeroflet)公司

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