一種低成本高效測試方法――合成測試系統(tǒng)

在合成環(huán)境中，接口的選擇沒有什么影響。方案提供商可以混合采用PXI、VXI、GPIB、Ethernet、USB、PCI、PCI-X或包括交換結(jié)構(gòu)在內(nèi)的任何其它通信總線，因為硬件和軟件模塊之間的接口也與插件對象一樣看待。硬件配置是從軟件部件和模塊中抽象出來的，這提供了一個非常強大的系統(tǒng)架構(gòu)。

合成儀器的最大好處之一是它的測試能力不是受到測試儀器特性的約束，而是代表被測單元的工作特性。這方面的一個簡單例子是測試衰減器組的特性。常規(guī)的方法可能是先用一個功率計進行輸出幅度測試，然后再用一個頻譜分析儀來進行頻率響應(yīng)測試，測試在工作參考設(shè)置條件下進行。

每臺儀器所做的單次掃描結(jié)果如圖8(增益)和圖9(頻率響應(yīng))所示。圖8中的特性曲線看來是線性的，沒有什么明顯問題。圖9中的特性曲線似乎線性度也不錯。不過，由于測試過程中使用了兩臺儀器，不容易研究所有的工作區(qū)域。任何試圖覆蓋整個工作范圍的努力都需要在不同的功率水平、頻率和衰減設(shè)置上進行多次測試，同時還不可避免地要無數(shù)次地重復(fù)測試許多數(shù)據(jù)點。單域測試常常會隱藏一些工作區(qū)域中不良的非線性特性，而且雖然傳統(tǒng)儀器可被配置和用來涵蓋整個測試范圍，但并不十分有效。采用傳統(tǒng)儀器時所牽涉的大量設(shè)計和測試時間開銷也是必須考慮的。

相比之下，一臺合成儀器就能執(zhí)行更為復(fù)雜的測試，象三維表面一樣刻劃出衰減器組的幅度和頻率響應(yīng)。測試結(jié)果如圖10所示。圖中曲線顯示，衰減器組在某些工作區(qū)域有一些不好的非線性特性，很可能涉及衰減器組中某些特定的衰減器。經(jīng)過校正，很容易就可以僅僅針對有關(guān)的區(qū)域進行重復(fù)測試，如果需要，還可以定義附加的通過/失敗準則作為響應(yīng)表面的坡度。測試維數(shù)也可以增加到包括相位響應(yīng)或其它因素。合成測試方法可以輕松地對這些復(fù)雜的測試腳本進行控制，在減少測試次數(shù)和增加被測單元涵蓋范圍方面，合成測試所帶來的好處只受到測試設(shè)計人員創(chuàng)造力的限制。

合成解決方案

由于合成儀器方法所帶來的廣泛好處，它可以支持許多測試和測量應(yīng)用。已在使用或正在開發(fā)中的合成解決方案涵蓋了軍事、航天和商業(yè)測試等各個領(lǐng)域的市場。

目前，美國國防部正積極采購新的測試系統(tǒng)和以合成架構(gòu)為基礎(chǔ)升級老的測試系統(tǒng)。這一點絲毫不值得奇怪，因為測試測量行業(yè)的許多技術(shù)進步都脫胎于軍事與航天測試應(yīng)用。合成測試系統(tǒng)將為國防部提供它所需要的靈活性以及更便攜、經(jīng)濟和免于老化過時的測試方案，并具有在戰(zhàn)場上提供多兵種支持的能力。

在最近的伊拉克戰(zhàn)爭期間，人們發(fā)現(xiàn)在許多場合美軍士兵嚴重喪失了后勤支持。合成測試系統(tǒng)的靈活性和更小的體積使它能以更少的設(shè)備為軍隊提供更多的測試功能，以及為多兵種的設(shè)備提供測試的能力。運行多種不同測試算法和提供多種接口支持了合成測試系統(tǒng)的多兵種測試能力，而便攜能力的增強將使士兵們在戰(zhàn)場上受益。

合成儀器在軍事與航天測試中最吸引人的潛力在于它無需任何修改便可運行原有的測試程序。美國海軍的CASS測試系統(tǒng)運行著3000多個測試程序組(TPS)，但它面臨著嚴重的儀器老化過時問題。在Autotestcon 2002會議上，Aeroflex和洛克西德-馬丁公司進行了一次聯(lián)合演示，它們利用一個合成射頻子系統(tǒng)來替換一套傳統(tǒng)的射頻儀器。演示系統(tǒng)運行了未經(jīng)修改的有代表性的CASS測試程序，包括與被測單元的軟硬件接口?？紤]到600多套在用的CASS系統(tǒng)和數(shù)十億美元的TPS投資，在處理大規(guī)模老化過時問題上，合成儀器方法可以極大地降低成本和復(fù)雜性。

一家頂級商業(yè)衛(wèi)星制造商希望大幅削減衛(wèi)星通信有效載荷測試所花費的時間，包括從部件級測試到整個衛(wèi)星的測試。從最初將各個部件安裝到面板，到完整組裝的有效載荷，最后到全部組裝好的衛(wèi)星一級，該公司都要對有效載荷進行測試。圖11是該公司基于儀器的老系統(tǒng)的方框圖，圖12是替換它的合成測試系統(tǒng)的方框圖。這個案例提供了一個對合成測試的有關(guān)性能與投資回報潛力進行評價的絕佳途徑，因為最終用戶有一個可用來進行直接比較的老系統(tǒng)。

在進行比較時，最終用戶在新舊兩個系統(tǒng)上運行了同樣的測試過程，用的是相同的測試序列軟件。測試得到的基準數(shù)據(jù)顯示，合成測試系統(tǒng)具有突出的性能優(yōu)勢。表2給出了比較結(jié)果，可見速度平均提高近2.5倍。線性頻率響應(yīng)測試的速度提高了幾乎10倍，這一點尤為重要，因為對于每顆衛(wèi)星，這項測試都要執(zhí)行幾千次。這些結(jié)果只反映了部分的節(jié)省情況。系統(tǒng)設(shè)置和校準時間也有相似程度的減少，這使端對端測試的周期時間和成本都有顯著降低。

本文小結(jié)

對于商業(yè)無線電和通信測試，合成方法也能產(chǎn)生類似的效果。今天，瞬時帶寬能達到數(shù)百兆赫茲的模數(shù)或數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊已不少見。這些部件與接收器前端和高性能射頻上下行轉(zhuǎn)換模塊相結(jié)合，可以實現(xiàn)軟件定義的測試系統(tǒng)。在本質(zhì)上，這些測試系統(tǒng)組成了一個儀器品質(zhì)的SDR，能測試老式無線電和軟件無線電。軟件定義的靈活性使獲得的測試系統(tǒng)可以對具有不同頻率、調(diào)制方式、數(shù)據(jù)協(xié)議甚至跳頻能力的多種類型無線電進行測試。顯而易見，組建一個基于合成儀器的測試系統(tǒng)有著相當大的好處。如果你或你的公司需要一個新的或改進的測試系統(tǒng)，建議鄭重考慮一下合成測試系統(tǒng)解決方案。