一種低成本高效測試方法――合成測試系統

如圖2所示，軟件無線電僅僅由一個數字信號處理(DSP)引擎、一個通用發射機和接收機前端以及某種形式的發射天線組成。通用發射機和接收機前端在數字數據與調制無線電波之間進行轉換，以便進行無線通信。這些部件之后是一個高速數字信號處理(DSP)單元，它提供無線電的大部分功能。在本質上，這種組合提供了一個“通用”的無線電。設計人員通過軟件將無線電功能編程到DSP之中，他們編寫軟件算法和在DSP輸入輸出端產生或處理數字表示信號的控制模塊。如果通信協議或處理算法需要修改，或無線電必須作為一種不同的類型來進行通信，設計人員只需修改軟件并將其下載到無線電即可。軟件無線電方法消除了傳統專用無線電設計方法所需的重新設計和加工新硬件的必要性。今天，在小型封裝中所能提供的處理速度和能力使軟件無線電的實現變得更加容易。

圖3所示的合成儀器方框圖與軟件無線電的方框圖看起來非常相似。主要區別是將天線換成了對被測產品的接口，增加了多級電路以支持更靈活的信號調理，還增加了允許對電路元件進行重新配置或根據需要進行旁路的信號路徑。這些簡單的修改使合成儀器所蘊藏的真正潛力能夠發揮出來。

本文將略過合成儀器的基礎知識，只介紹一下圖4中的激勵路徑。如果測試系統以許多信號產生儀器中常見的 “功能組成塊”電路為中心進行模塊化，人們通常會發現某種用來創建信號波形的數字信號處理引擎，它后面緊跟著一個模數轉換器。在射頻信號產生電路中，可以發現一個上行轉換功能塊，它的主要用途是將基帶信號轉換為射頻信號。在集成系統中，射頻輸出將通過電纜和開關矩陣連接到被測單元。在一臺傳統儀器中，這些電路元件位于機箱內部，并且是固定的，如果不破壞這個緊固儀器的完整性，根本無法訪問中間的電路功能。在一臺合成儀器中，這些功能塊代表能訪問輸入和輸出的獨立模塊。

這種“功能劃分”允許用戶在功能塊之間放置信號開關，并且可以利用各個電路塊的基本功能。例如，如果依次順序連接所有的功能電路塊，就得到了一臺射頻與微波信號發生器。如果引出模數轉換器和上行轉換模塊之間的信號，就得到了一臺模擬信號發生器或函數發生器。如果直接從DSP進行輸出，可以得到一個數字樣式發生器。通過組合不同的信號發生、捕獲和信號調理功能電路塊，合成測試系統可以對數字、模擬、功率、射頻、微波和許多其它信號類型進行合成。

需要注意的是，合成儀器可能也會包含冗余或并行路徑，如圖5所示。例如，系統中可能有一個高分辨率的窄帶D/A轉換器功能塊，另外還有一個低分辨率高帶寬功能塊。合成儀器架構主要是按照構建所需激勵信號和測量分析的必要基本電路組成功能塊來劃分系統。設計中可能包含需要的多種多樣的不同信號調理模塊。在需要多個同步信號的場合，同樣可以有多個數字處理功能塊，從而系統設計人員能夠提供所需的多個并行激勵或測量路徑。盡管如此，由于這一架構支持高層次的復用，冗余部件仍然被降到了最低。

通過最大程度地利用各個功能模塊并降低冗余度，合成儀器提供商可以推出性能更高的單元，滿足更嚴格的需求。由于用戶無須在許多不必要重復的功能單元上花費，這使得在提高系統性能的同時降低整個系統的成本成為可能。例如，如果三臺不同的儀器都含有一個DSP、D/A轉換器、濾波器和衰減器電路功能塊，就可以將節省下來的部分經費用來采購一組更高性能的部件。這些特點突出體現在圖6中。在測試設備中，這類精簡除減少了支持測試系統所需的硬件數量之外，還起著縮小測試系統體積的作用。

訪問低層電路組成功能塊對于校準過程有著極大的幫助。圖7是一個增加了校準和系統功能測試(STF)環路的基本合成儀器的方框圖。這個電路可以包含簡單的回環切換路徑，以及標定的傳感器和其它相關硬件。對于傳統儀器，用戶是不可能訪問到其中間電路環節的，這使其校準更為困難。更重要的是，這使得傳統儀器難以在運行時進行有效的校準，如果不是不可能的話。合成系統方法提供了對每個功能單元進行校準的能力，并允許調整校準程序以適應不同的測量類型。在大多數情況下，這會使系統的性能大大提高。

合成架構也增強了系統地處理老化過時問題和和升級測試系統的能力。當需要升級或出現老化過時情況時，只需添置或替換直接受影響的功能模塊而不是整套儀器。這降低了處理老化過時儀器的成本，同時也減少了相關的技術風險。

合成儀器概念看待硬件的方式與面向對象編程技術看待軟件“模塊”的方式相同。因此，面向對象的軟件與合成儀器方法完全吻合。先進的合成實現方法采用了與功能硬件模塊一一關聯的軟件對象，與實現軟件對象一樣實現激勵和測量算法。對功能硬件模塊全部所需信息的這種封裝，使得智能軟件很容易將模塊組合為不同的配置形式，并確定最終的激勵和測量能力。舉個簡單的例子，如果已知每個模塊的傳遞函數，就可以對它們進行組合，以建立復雜的激勵和測量功能。由于模塊與對象一樣看待，也可以將一組或多組校準系數駐留在對象之內。這使集成商能以多種不同方式對模塊進行組合，同時對于直到與被測部件接口的電路都能維持高精度的系統級校準。

這種面向對象方法帶來的一個附加好處是能為測試系統和被測單元提供集成的診斷和故障預測能力。在采用順序編程技術的傳統測試系統中，很難執行集成診斷。在面向對象的合成系統方法中，智能軟件可以很容易地監控工作狀態和硬件及軟件對象的狀況，以便提供實時診斷。系統性的增強也可以提供故障預測能力。