一種低成本高效測(cè)試方法――合成測(cè)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?yàn)橛布蛙浖K之間的接口也與插件對(duì)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(gè)非常強(qiáng)大的系統(tǒng)架構(gòu)。

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

每臺(tái)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(cuò)。不過，由于測(cè)試過程中使用了兩臺(tái)儀器，不容易研究所有的工作區(qū)域。任何試圖覆蓋整個(gè)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(jìn)行多次測(cè)試，同時(shí)還不可避免地要無數(shù)次地重復(fù)測(cè)試許多數(shù)據(jù)點(diǎn)。單域測(cè)試常常會(huì)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(gè)測(cè)試范圍，但并不十分有效。采用傳統(tǒng)儀器時(shí)所牽涉的大量設(shè)計(jì)和測(cè)試時(shí)間開銷也是必須考慮的。

相比之下，一臺(tái)合成儀器就能執(zhí)行更為復(fù)雜的測(cè)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(cè)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(duì)有關(guān)的區(qū)域進(jìn)行重復(fù)測(cè)試，如果需要，還可以定義附加的通過/失敗準(zhǔn)則作為響應(yīng)表面的坡度。測(cè)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(cè)試方法可以輕松地對(duì)這些復(fù)雜的測(cè)試腳本進(jìn)行控制，在減少測(cè)試次數(shù)和增加被測(cè)單元涵蓋范圍方面，合成測(cè)試所帶來的好處只受到測(cè)試設(shè)計(jì)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(cè)試和測(cè)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(cè)試等各個(gè)領(lǐng)域的市場(chǎng)。

目前，美國(guó)國(guó)防部正積極采購(gòu)新的測(cè)試系統(tǒng)和以合成架構(gòu)為基礎(chǔ)升級(jí)老的測(cè)試系統(tǒng)。這一點(diǎn)絲毫不值得奇怪，因?yàn)闇y(cè)試測(cè)量行業(yè)的許多技術(shù)進(jìn)步都脫胎于軍事與航天測(cè)試應(yīng)用。合成測(cè)試系統(tǒng)將為國(guó)防部提供它所需要的靈活性以及更便攜、經(jīng)濟(jì)和免于老化過時(shí)的測(cè)試方案，并具有在戰(zhàn)場(chǎng)上提供多兵種支持的能力。

在最近的伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)期間，人們發(fā)現(xiàn)在許多場(chǎng)合美軍士兵嚴(yán)重喪失了后勤支持。合成測(cè)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(duì)提供更多的測(cè)試功能，以及為多兵種的設(shè)備提供測(cè)試的能力。運(yùn)行多種不同測(cè)試算法和提供多種接口支持了合成測(cè)試系統(tǒng)的多兵種測(cè)試能力，而便攜能力的增強(qiáng)將使士兵們?cè)趹?zhàn)場(chǎng)上受益。

合成儀器在軍事與航天測(cè)試中最吸引人的潛力在于它無需任何修改便可運(yùn)行原有的測(cè)試程序。美國(guó)海軍的CASS測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行著3000多個(gè)測(cè)試程序組(TPS)，但它面臨著嚴(yán)重的儀器老化過時(shí)問題。在Autotestcon 2002會(huì)議上，Aeroflex和洛克西德-馬丁公司進(jìn)行了一次聯(lián)合演示，它們利用一個(gè)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(yùn)行了未經(jīng)修改的有代表性的CASS測(cè)試程序，包括與被測(cè)單元的軟硬件接口。考慮到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(shí)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(jí)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(cè)試所花費(fèi)的時(shí)間，包括從部件級(jí)測(cè)試到整個(gè)衛(wèi)星的測(cè)試。從最初將各個(gè)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(jí)，該公司都要對(duì)有效載荷進(jìn)行測(cè)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(cè)試系統(tǒng)的方框圖。這個(gè)案例提供了一個(gè)對(duì)合成測(cè)試的有關(guān)性能與投資回報(bào)潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)的絕佳途徑，因?yàn)樽罱K用戶有一個(gè)可用來進(jìn)行直接比較的老系統(tǒng)。

在進(jìn)行比較時(shí)，最終用戶在新舊兩個(gè)系統(tǒng)上運(yùn)行了同樣的測(cè)試過程，用的是相同的測(cè)試序列軟件。測(cè)試得到的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)顯示，合成測(cè)試系統(tǒng)具有突出的性能優(yōu)勢(shì)。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(cè)試的速度提高了幾乎10倍，這一點(diǎn)尤為重要，因?yàn)閷?duì)于每顆衛(wèi)星，這項(xiàng)測(cè)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(zhǔn)時(shí)間也有相似程度的減少，這使端對(duì)端測(cè)試的周期時(shí)間和成本都有顯著降低。

本文小結(jié)

對(duì)于商業(yè)無線電和通信測(cè)試，合成方法也能產(chǎn)生類似的效果。今天，瞬時(shí)帶寬能達(dá)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(shí)現(xiàn)軟件定義的測(cè)試系統(tǒng)。在本質(zhì)上，這些測(cè)試系統(tǒng)組成了一個(gè)儀器品質(zhì)的SDR，能測(cè)試?yán)鲜綗o線電和軟件無線電。軟件定義的靈活性使獲得的測(cè)試系統(tǒng)可以對(duì)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(jìn)行測(cè)試。顯而易見，組建一個(gè)基于合成儀器的測(cè)試系統(tǒng)有著相當(dāng)大的好處。如果你或你的公司需要一個(gè)新的或改進(jìn)的測(cè)試系統(tǒng)，建議鄭重考慮一下合成測(cè)試系統(tǒng)解決方案。