DIY方式自力更生構(gòu)建測(cè)量裝置(06-100)

　　集成電路自1960年代研發(fā)成功，經(jīng)過(guò)幾十年的經(jīng)驗(yàn)積累，它的發(fā)展軌跡由摩爾定律作出總結(jié)，集成度每18個(gè)月增加一倍。與此相對(duì)應(yīng)，表現(xiàn)為邏輯電路的時(shí)鐘頻率每?jī)赡晏岣咭槐丁?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/測(cè)量?jī)x器">測(cè)量?jī)x器作為電路開發(fā)工具，必須與時(shí)共進(jìn)，不斷擴(kuò)展頻率，帶寬也要每?jī)赡晏岣咭槐丁８鶕?jù)統(tǒng)計(jì)，數(shù)字示波器表現(xiàn)出色，帶寬從1GHz提高到16GHz只用去六年時(shí)間。示波器是電路開發(fā)中最常用的測(cè)量工具，測(cè)量?jī)x器供給商可用高投入來(lái)獲得高回報(bào)。目前帶寬1GHz的產(chǎn)品售價(jià)約1萬(wàn)美元，帶寬10GHz的產(chǎn)品售價(jià)在5萬(wàn)美元，這樣的價(jià)位只有高級(jí)實(shí)驗(yàn)室才能用得起，一般實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)車間只能望而卻步。

　　信息技術(shù)、數(shù)字通信、光纖網(wǎng)絡(luò)、消費(fèi)電子推動(dòng)集成電路的迅猛發(fā)展，特別是溝通數(shù)字域和模擬域之間的A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、處理RF前端的信號(hào)調(diào)理器、RF數(shù)字變頻器等芯片變?yōu)榕可a(chǎn)。十年前頻率1GHz以上的芯片絕大部分屬專用產(chǎn)品，現(xiàn)在頻率5GHz以下的芯片紛紛走上貨架，頻率10GHz的某些芯片也接受訂貨。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和電子產(chǎn)品的互操作性，通信協(xié)議和接口標(biāo)準(zhǔn)從專用走向開放，測(cè)量?jī)x器就有IEEE488、VXI、PXI、LXI等多種標(biāo)準(zhǔn)接口可供選用。此外，射頻用的同軸接插頭、接插件、同軸電纜、高頻探頭、多芯纜線均有現(xiàn)貨供應(yīng)。計(jì)算技術(shù)的發(fā)展使CPU芯片的時(shí)鐘頻率提高到5GHz，DSP芯片的時(shí)鐘頻率達(dá)到1GHz，而且還有配套的快速存儲(chǔ)器、外圍芯片、I/O接口和編程工具。這些硬件和軟件條件都為自行構(gòu)建測(cè)量?jī)x器提供良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。

　　經(jīng)過(guò)幾十年的實(shí)踐，測(cè)量?jī)x器設(shè)計(jì)人員已經(jīng)總結(jié)一套可在二十一世紀(jì)持續(xù)發(fā)展的路線圖。值得介紹的是美國(guó)國(guó)防部制訂的新一代測(cè)試規(guī)劃，目標(biāo)是將各軍種兵種的不同結(jié)構(gòu)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，用統(tǒng)一合成的儀器所取代。合成儀器主要由上變頻器、下變頻器、數(shù)字化器和高速I/O四種模塊組成硬件，再由軟件平臺(tái)構(gòu)建成用戶定義的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。合成儀器的四大模塊的內(nèi)容和接口尚未定型，一種合成儀器的方框圖如圖1所示，它是根據(jù)信號(hào)發(fā)生器、頻譜分析儀、頻率計(jì)數(shù)器、網(wǎng)絡(luò)分析儀、數(shù)字示波器等通用測(cè)量?jī)x器綜合而成。顯然易見(jiàn)，這些模塊最終將由片上系統(tǒng)(SoC)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。從2000年開始，美國(guó)測(cè)量業(yè)界的著名公司已開發(fā)出一些合成儀器的原型機(jī)，以便在制訂合成儀器標(biāo)準(zhǔn)時(shí)獲得更大的發(fā)言權(quán)。

　　如果我們從合成儀器的概念出發(fā)，在市售的集成電路中選擇集成度高、性能優(yōu)異的產(chǎn)品，從而自力更生構(gòu)建適用、經(jīng)濟(jì)的專用測(cè)量?jī)x器，用來(lái)代替特性全面，售價(jià)昂貴的通用測(cè)量?jī)x器?；仡櫆y(cè)量?jī)x器的發(fā)展過(guò)程可知，早期的電子應(yīng)如果我們從合成儀器的概念出發(fā)，在市售的集成電路中選擇集成度高、性能優(yōu)異的產(chǎn)品，從而自力更生構(gòu)建適用、經(jīng)濟(jì)的專用測(cè)量?jī)x器，用來(lái)代替特性全面，售價(jià)昂貴的通用測(cè)量?jī)x器?；仡櫆y(cè)量?jī)x器的發(fā)展過(guò)程可知，早期的電子應(yīng)用比較簡(jiǎn)單，電路設(shè)計(jì)者借助數(shù)量不多的電子元器件的測(cè)量工具。后來(lái)，電子應(yīng)用越來(lái)越復(fù)雜，電路設(shè)計(jì)者專注于產(chǎn)品，測(cè)量?jī)x器衍生成獨(dú)立的專業(yè)。到了集成電路階段，測(cè)量?jī)x器業(yè)界興旺，自成體系，人才專業(yè)化，元器件專用化，第三方很難參與競(jìng)爭(zhēng)。