關(guān)于網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的測(cè)試新技術(shù)

1、前言

1.1現(xiàn)有測(cè)試技術(shù)方案存在的問(wèn)題

GPIB成本太高，需要昂貴的I/0卡和線纜；速度太慢；只能最多接14臺(tái)儀器。

VXl 整個(gè)架構(gòu)太貴，起步成本太高；非標(biāo)準(zhǔn)的I/O(MXI)；模塊數(shù)量受到限制；射頻和微波應(yīng)用受到限制；插卡的應(yīng)用必須受限于機(jī)箱。

PXI尺寸/功率/EMI限制了儀器的性能和指標(biāo)；昂貴的起步成本和非標(biāo)準(zhǔn)I/O(MXI)；射頻和微波應(yīng)用受到限制；支持的供應(yīng)商太少；插卡的應(yīng)用必須受限于機(jī)箱。

以上的方案都無(wú)法很好解決實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的編程、控制、測(cè)試、測(cè)量、故障診斷、獲得數(shù)據(jù)等需求。

1.2嶄新的LXI總線應(yīng)運(yùn)而生

2005年9月26日測(cè)試系統(tǒng)的一項(xiàng)新標(biāo)準(zhǔn)：LXI(LAN extensions for lnstrumentation)總線己宣告問(wèn)世.它致力于增加系統(tǒng)速度、降低系統(tǒng)成本、減小系統(tǒng)尺寸、縮短系統(tǒng)設(shè)置時(shí)間，以及改進(jìn)軟件的通用性。它把Ethernet(1EEE802.3)作為主要通信媒介：并借用計(jì)算機(jī)行業(yè)已獲得的眾多成果。利用現(xiàn)有Ethernet標(biāo)準(zhǔn)、Internet工具、LAN協(xié)議、IEC物理尺寸和IVI驅(qū)動(dòng)程序的各方優(yōu)點(diǎn)，從而使測(cè)試系統(tǒng)的互連平臺(tái)了轉(zhuǎn)向更高速的PC標(biāo)準(zhǔn)的IO，而不需要機(jī)箱和昂貴的電纜，并可使用標(biāo)準(zhǔn)的軟件。真可謂找到了能比計(jì)算機(jī)背板持續(xù)遠(yuǎn)久的體系結(jié)構(gòu)。那末LXI究竟采用何種結(jié)構(gòu)形式？

2、LXI采用的結(jié)構(gòu)形式

所設(shè)計(jì)的LXI具有無(wú)限的靈活性。標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)帶有前面板的臺(tái)式儀器，能容易放在機(jī)架中的無(wú)面板模塊，以及可放在夾具中，掛在墻上，或附在某些設(shè)備上的小型裝置。與VXI和PXI受限于特定模塊尺寸不同，LXI的尺寸能完全符合應(yīng)用的需要。

對(duì)于那些打算裝在測(cè)試架上的儀器，LXI規(guī)范推薦儀器尺寸遵從IEC規(guī)范，即采用全機(jī)架或半機(jī)架尺寸寬度，高度為若干機(jī)架單位高度的整倍數(shù)(一個(gè)機(jī)架高度單位=1.75")。IEC規(guī)范覆蓋的半機(jī)架寬度儀器為2U(機(jī)架高度單位)或更高。LXI聯(lián)盟己定義新的1U、1/2機(jī)架寬度的模塊，預(yù)期這是對(duì)測(cè)試系統(tǒng)建造者很有吸引力的尺寸。這些模塊有提供高質(zhì)量?jī)x器所需的足夠印制電路板空間，也能很好放在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架中一而不需要機(jī)箱(見(jiàn)圖1所示)。

LXI模塊不同于VXI和PXI，因?yàn)樗鼈兪亲苑庋b的。LXI模塊提供自己的電源、冷卻。觸發(fā)、EMI屏蔽和Ethernet通信。它可用世界各地的交流電源供電(100Vac-240Vac和47-66Hz)，也可使用隔離48V作直流供電。并且允許Ethernet供電。

3、LXI是什么?儀器基于以太網(wǎng)的拓展

基于以太網(wǎng)的技術(shù)；利用IVI driers –適合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；提供網(wǎng)絡(luò)界面；遵循以太網(wǎng)的物理標(biāo)準(zhǔn)；可選擇的觸發(fā)方式(LAN，IEEEl588,Trigger bus)

圖2為未來(lái)的自動(dòng)測(cè)平臺(tái)圖示意。

3.1為什么要利用以太網(wǎng)的技術(shù)

從圖3的GPIB、VXI、PXI及LAN發(fā)展時(shí)間軸可以看出為什么儀器基于以太網(wǎng)的拓展，那是：

PC的背板(VME．ISA．ElSA，PCI，PCI-X，PCI-express)對(duì)測(cè)試工業(yè)來(lái)講變化太快。
測(cè)試工業(yè)的總線技術(shù)正在從特殊的接口(GPIB，MXI，etc．)向標(biāo)準(zhǔn)的PC I/O(LAN，USB)發(fā)展。
經(jīng)歷史證明，只有LAN是長(zhǎng)壽命的總線技術(shù),其速度已經(jīng)超過(guò)GPIB。
計(jì)算機(jī)工業(yè)還在持續(xù)發(fā)展LAN，以提高其性能和加強(qiáng)產(chǎn)協(xié)議。

3.2 LXI對(duì)Ethernet有何要求?

所有LXI必須實(shí)現(xiàn)IEEE 802.3Ethernet標(biāo)準(zhǔn)接口(推薦RJ-45連接器)。它們必須至少使用TCP/IP協(xié)議IPv4版，支持IP(Internet協(xié)議)、TCP(傳輸控制協(xié)議)和UDP信息。LXI標(biāo)準(zhǔn)推薦Gigabit Ethernet(雖然也允許10和100 Megabit LAN)。它使用自動(dòng)握手，因此網(wǎng)絡(luò)上的裝置默認(rèn)一個(gè)公共速度。裝置必須實(shí)現(xiàn)Auto-MDIX(自動(dòng)感知LAN電纜極性)，在過(guò)渡期間，裝置上可放置說(shuō)明支持電纜極性的標(biāo)記。

在尋址方面，每一LXI必須有一個(gè)不可改變的MAC地址，以及可通過(guò)DHCP(動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議)、自動(dòng)IP和手動(dòng)IP改變的P(Internet協(xié)議)地址。LXI裝置支持動(dòng)態(tài)主名注冊(cè)，此時(shí)裝置，IP地址由網(wǎng)絡(luò)主機(jī)映射到多個(gè)用戶友好名稱。這一尋址規(guī)則保證了LXI儀器在網(wǎng)絡(luò)中的共存，而不要求用戶作許多工作。

3.3連接-硬件-可支持的設(shè)備數(shù)量

LAN—理論上最多可支持2 臺(tái)儀器(見(jiàn)圖4所示)，但實(shí)際使用中通常用不到。

4、LXI的儀器可以是多種類型的

圖5所示為一流的臺(tái)式儀器；緊湊型，無(wú)前面板,上架的儀器；遠(yuǎn)端的儀器。

4.1 IXI的分級(jí)(見(jiàn)圖6所示)

4.11Class C

C類LXl設(shè)備是基本類型。所有各類型都需滿足這些要求。C類設(shè)備必須符合物理要求，Ethernet協(xié)議和LXI接口標(biāo)準(zhǔn)。

用LAN很好地替代GPIB
LANl00BaseT或更高速度的接口，LANdiscovery，IVI-COM driver，前面板指示器和儀器的網(wǎng)絡(luò)操作界面

4.12 CIass B

B類LXl設(shè)備除C類要求外，還要加上基于LAN的觸發(fā)和IEEEl588定時(shí)同步協(xié)議。能很好地用于分布式測(cè)試系統(tǒng)可能是儀器或更小的沒(méi)有前面板的部件CIassC十1EEE -1588時(shí)間同步標(biāo)準(zhǔn).1EEE –1588通過(guò)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)同步。

4.13 CIassA

A類LXI設(shè)備除C類和B類要求外，再加上硬件觸發(fā)總線。

能很好地用于合成儀器
典型的模塊化結(jié)構(gòu)：1Utall,-rack wide
CIassB+快速觸發(fā)總線

由于1EEE- 1588是隱身LXI其后的關(guān)鍵促成技術(shù)之一。故應(yīng)對(duì)何為1EEE- 1588作說(shuō)明。

4.3 1EEE- 1588及其應(yīng)用領(lǐng)域

1EEE—1588(Ethernet裝置的時(shí)間同步)是Agilent實(shí)驗(yàn)室十幾年前開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)。IEEE-1588協(xié)議把一個(gè)裝置指定為主時(shí)鐘，用以與網(wǎng)絡(luò)上其它裝置的時(shí)鐘同步(見(jiàn)圖6)。在幾秒時(shí)間內(nèi)，主時(shí)鐘和從設(shè)備的時(shí)鐘可達(dá)到100ns，甚至更高精度的同步，這取決于時(shí)鐘的精度。設(shè)備的觸發(fā)是通過(guò)告訴各設(shè)備何時(shí)開(kāi)始測(cè)量或信號(hào)輸出活動(dòng)執(zhí)行。LAN傳遞和反應(yīng)時(shí)間則與被觸發(fā)設(shè)備無(wú)關(guān)，因?yàn)樗鼈冮_(kāi)始活動(dòng)是依據(jù)時(shí)間，而不是依據(jù)何時(shí)接到LAN上的命令。

IEEE-1588是測(cè)試和測(cè)量的一種全新模式。過(guò)去在定時(shí)同步是關(guān)鍵要求時(shí)，用戶要通過(guò)線纜，或在儀器間的背板上發(fā)送觸發(fā)。只有儀器相隔很近時(shí)才能實(shí)現(xiàn)同步。有了IEEE-1588,由于觸發(fā)是通過(guò)時(shí)間設(shè)置，因此并不需要觸發(fā)線。這種方法開(kāi)辟了若干不在一起的儀器同步測(cè)量的可能性，提供幾臺(tái)儀器非常精密的相關(guān)測(cè)量。這些優(yōu)點(diǎn)使它成為要求精密信號(hào)和測(cè)量相關(guān)應(yīng)用的一項(xiàng)事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

IEEE-l588可在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；工業(yè)自動(dòng)化；能源工業(yè)(渦輪發(fā)電機(jī)的監(jiān)控)；國(guó)防工業(yè)(航空器，飛機(jī)的測(cè)試；電信工業(yè)；測(cè)試和測(cè)量等領(lǐng)域應(yīng)用。

4.4關(guān)于觸發(fā)總線

基于A類產(chǎn)品的LXI觸發(fā)總線是8通道的多點(diǎn)LVDS信號(hào)系統(tǒng)，可把LXI模塊配置為觸發(fā)信號(hào)源和/或接收者。接口也可作線或配置。每個(gè)模塊上都有一個(gè)輸入和輸出連接器，允許設(shè)備作菊花鏈鏈接(圖7)。觸發(fā)總線的作用很像VXI和PXI中的背板觸發(fā)。它們可作為串行總線，或作星形配置。對(duì)于相距很近的LXI儀器和模塊，觸發(fā)總線是一種好的解決方案。觸發(fā)總線為L(zhǎng)XI系統(tǒng)帶來(lái)卡箱式系統(tǒng)觸發(fā)的好處，而不需要機(jī)箱。

5、LXI的應(yīng)用與舉例

5.1 LXI的應(yīng)用

LXI的成功設(shè)計(jì)把臺(tái)式儀器和卡箱式儀器的各自優(yōu)點(diǎn)融入到一種體系結(jié)構(gòu)中。因此LXI必將廣泛應(yīng)用在各式各樣的測(cè)試系統(tǒng)中。

在不久的將來(lái)，臺(tái)式儀器很可能從GPIB轉(zhuǎn)到LAN。例如Agilent承諾推出的新產(chǎn)品將把LAN作為其接口之一。產(chǎn)品上仍會(huì)有顯示器和按鈕，但由于增加了LAN，儀器將更容易在所放置的內(nèi)部網(wǎng)上共享。這些儀器至少要滿足C類要求。

B類LXI產(chǎn)品將會(huì)在遠(yuǎn)程或高度分散的應(yīng)用中被采用，這里的儀器在空間上是分散放置的。許多數(shù)據(jù)采集應(yīng)用將用,IEEE-1588的定時(shí)同步不同位置的測(cè)量和輸出信號(hào)。例如在風(fēng)洞中表征飛機(jī)機(jī)翼的偏差可能要沿機(jī)翼布放多臺(tái)數(shù)據(jù)采集設(shè)備。IEEE-1588給數(shù)據(jù)施加的時(shí)戳可達(dá)到亞微秒級(jí)的精度，從而有可能分析來(lái)自多個(gè)源的數(shù)據(jù)，得到機(jī)翼運(yùn)動(dòng)的真實(shí)圖景。

A類LXI產(chǎn)品將為測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提供最大的靈活性。當(dāng)儀器彼此相隔很近時(shí)，觸發(fā)總線可幫助同步它們的活動(dòng)。在數(shù)據(jù)需要時(shí)戳?xí)r可使用IEEE-1588。合成儀器把高性能儀器(如頻譜分析儀)拆分成類似A類的部件(下變頻器和數(shù)字化器)。

LXI無(wú)面板模塊(可以是上述三類中的任何類型)很可能在可以最大程度上減少空間占用。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和便攜式軍用測(cè)試系統(tǒng)已開(kāi)始使用LXI合成儀器，作為對(duì)空間和重量約束的最佳解決方案。

LXI的其它應(yīng)用

除電氣測(cè)試外,工業(yè)控制和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集將是LXI兩個(gè)非常有潛力的市場(chǎng)。它們包括污水處理廠、泵站、水電站、風(fēng)力發(fā)電農(nóng)場(chǎng)、氣象站、HVAC系統(tǒng)和過(guò)程控制的監(jiān)視和控制。這些應(yīng)用需要在很遠(yuǎn)的地方收集數(shù)據(jù)，使用LXI B類裝置的時(shí)戳和時(shí)間同步。IEEEl588已成為工業(yè)自動(dòng)化和機(jī)器人的重要部分；LXI可能成為這些裝置內(nèi)控制系統(tǒng)合乎邏輯的下一步。

5.2 LXI儀器在電子產(chǎn)品老化試驗(yàn)中的應(yīng)用-基于LXI C類儀器的解決方案

5.21傳統(tǒng)老化臺(tái)存在的問(wèn)題

眾所周知,電子產(chǎn)品的長(zhǎng)時(shí)間通電老化試驗(yàn)屬于電應(yīng)力篩選試驗(yàn)。電應(yīng)力篩選試驗(yàn)主要用于電路系統(tǒng)的篩選，它與其他的篩選試驗(yàn)一起增加篩選的有效性。對(duì)于電子產(chǎn)品的生產(chǎn)而言，電子產(chǎn)品的長(zhǎng)時(shí)間通電老化是一個(gè)較易完成的篩選試驗(yàn)。

但傳統(tǒng)老化臺(tái)存在如下的問(wèn)題：目前存在的實(shí)際情況是，針對(duì)不同的產(chǎn)品，通常會(huì)有幾十臺(tái)至幾百臺(tái)產(chǎn)品同時(shí)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間通電老化試驗(yàn).傳統(tǒng)的做法是設(shè)計(jì)若干個(gè)人工老化臺(tái)，完成對(duì)產(chǎn)品的供電。在周期性加電的間隙，再采用人工方式對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試；或?qū)y(cè)試儀表接至產(chǎn)品上，人工記錄。由此帶來(lái)的問(wèn)題是：老化加電和產(chǎn)品測(cè)試分離，需人工參與，工作量大；數(shù)據(jù)采用人工記錄，不利于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。

要改變以上的狀況，采用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備來(lái)完成長(zhǎng)時(shí)間通電老化試驗(yàn)是必然的。但由子長(zhǎng)時(shí)間通電老化試驗(yàn)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的通道數(shù)量要求大，而測(cè)試參數(shù)和測(cè)試功能相對(duì)簡(jiǎn)單，若采用GPIB和VXI儀器，費(fèi)用會(huì)非常昂貴。然而，有了LXI C類產(chǎn)品Agilent34980A，情況就大不一樣了。

5.22基于LXI C類儀器的解決方案

針對(duì)應(yīng)使用要求，基于Agilent 的LXIC類儀器的解決方案完全解決了上述問(wèn)題，在不增加設(shè)備成本的基礎(chǔ)上，大大地提高了生產(chǎn)效率，完全替換了原有的試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方式。LXI老化試驗(yàn)系統(tǒng)基本構(gòu)成見(jiàn)原理圖8。

在LXI老化試驗(yàn)系統(tǒng)中，Agilent 5700A具有1500W的供電能力，由計(jì)算機(jī)通過(guò)Agilent 34970A進(jìn)行供電輸出控制，并根據(jù)要求改變輸出電壓大小。根據(jù)功能要求，Agilent34980A中配備相應(yīng)的測(cè)量模塊，完成老化過(guò)程中的自動(dòng)測(cè)試。

測(cè)試數(shù)據(jù)在測(cè)試計(jì)算機(jī)上顯示，對(duì)于超限值進(jìn)行報(bào)警，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析工作。

5.221 LXI老化試驗(yàn)系統(tǒng)的基本配置如下。
*計(jì)算機(jī)
*服務(wù)器
*LXI： Agilent 34980A-C類測(cè)量/開(kāi)關(guān)組合；Agilent 34922A70通道繼電器多路轉(zhuǎn)換器；Agilent 34937A-32通道繼電器開(kāi)關(guān)；Agilent 34950A-4通道隔離D/A；Acery 34961X-時(shí)序測(cè)量模塊；Agilent N5700A-系統(tǒng)電源
*測(cè)試軟件：是基于Microsoft Visual Studio.net、Agilent TM Toolkit和SQL Server完成的。
*自檢設(shè)備
*測(cè)試電纜
*測(cè)試接口：測(cè)試接口是根據(jù)產(chǎn)品的測(cè)試要求專門設(shè)計(jì)的，可根據(jù)被試品的多少靈活地進(jìn)行調(diào)整，
*標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜

5.222結(jié)果：使老化試驗(yàn)更輕松

用性價(jià)作高的LXI儀器Agilent 34980A和N5700A，完整地替換了傳統(tǒng)老化臺(tái)的功能，擴(kuò)展性非常好，試驗(yàn)效率也有了大幅度的提高，并使老化試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析更加快捷。

6、結(jié)束語(yǔ)-LXI儀器的未來(lái)

LXl的妙處在它的開(kāi)放性。它不僅能容納基于LAN的設(shè)備，還能通過(guò)轉(zhuǎn)換器容納GPtB、VXl和PXl設(shè)備。雖然GPIB儀器已經(jīng)為測(cè)試和測(cè)量很好地服務(wù)了30多年，但LXI無(wú)疑將會(huì)成為測(cè)試和測(cè)量的下一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。C類儀器會(huì)代替GPIB成為新的臺(tái)式儀器標(biāo)準(zhǔn)。B類儀器將在遠(yuǎn)程測(cè)量的同步中開(kāi)辟新的可能性。而A類LXl將成為合成儀器和無(wú)面板模塊的標(biāo)準(zhǔn).LXl將被工業(yè)界廣泛采用，開(kāi)創(chuàng)出測(cè)試和測(cè)量新的紀(jì)元。