PXI技術面向Hi-Fi測試如何煥發新生機

傳統音頻測試方法遭遇瓶頸

對消費電子進行音頻測試必須通過專業的儀器設備來進行，傳統上有兩種選擇：一是采用專業的音頻分析儀，但一臺功能完備的設備動輒就要幾十萬，對于需要快速大量制造而且有多條生產線的制造商來說是個不小的成本負擔；另一種普遍被采用的測試方法則是以聲卡與PC連接來當作測試儀器，這種解決方案可以對電聲組件的最大聲壓、頻率響應、總諧波失真（THD）等項目進行測試，而測試質量的好壞則取決于聲卡的等級高低。隨著消費電子逐漸向高性能、高質量發展，這種以聲卡進行音頻測試的做法暴露出了越來越多的弊端，例如：性能不足，難以進行高精度測試；人工操作容易導致誤差；多條生產線同時測試時缺乏穩定的測試結果；缺乏軟件支持，進而增加了開發成本。

凌華科技量測與自動化產品事業處產品經理林耿賢解釋說：“以手機為例，早期僅有通話功能，只需進行語音或信號有無的檢測，且測試組件只有一個麥克風和一個聽筒，就算演進到可簡單播放音樂的3G手機，受測組件也只增加了一個揚聲器，對聲音質量的要求也不高，所以一般的聲卡成為制造廠商的主要測試方案。而最新一代的智能型手機因為有了無線網絡和觸控屏幕，除了有基本通話能力之外，影音娛樂更是其必備功能，不但受測組件變多，且聲音質量的要求也越來越高，甚至還有重低音、Hi-Fi等高級音效的需求。如果仍以過去的低分辨率、低采樣頻率、失真/噪聲信號規格不高的聲卡來進行音頻測試，勢必無法有效提升手機性能與質量。”

PXI技術進行Hi-Fi測試有何優勢？

有鑒于此，凌華科技幾年前開始進入音頻、噪聲與振動檢測領域，并推出了多款高性價比的高分辨率動態范圍信號采集模塊（包括PXI-9527、PCI-9527與PCIe-9529等產品）。目前，多家消費電子產品制造大廠已采用了這些產品，用以取代聲卡進行電聲組件測試。從產品規格可以發現，凌華科技的信號采集模塊與一般聲卡有著明顯的性能差異，例如：24位高分辨率、高采樣頻率的PXI-9527，不但能獲取更精細的測量數值，以此來區分細節的音質變化，平底噪聲（Noise Level）小于3uVrms、總諧波失真加噪聲（THD+N）小于‐100dB的特色，也使其能以高精度、低失真、低噪聲的音頻測量來精準檢驗受測物（DUT）的聲音系統，以此確保手機能達到原音重現的質量。

其次，由于PXI-9527提供了兩個模擬輸入通道與兩個模擬輸出通道，所以可同時進行信號的輸入輸出，因此不會有聲卡不同步與時間差等問題，而且不論在哪一臺PC上執行、不論進行多少次操作，被測物都能產生一致的測試結果。而其所整合的電子壓電（IEPE）傳感器還能讓用戶插上IEPE麥克風傳感器后，即可直接進行聲音測量，免除了額外供電的配置需求。

圖1，凌華科技PXI-9527與普通聲卡的對比

對于Hi-Fi手機而言，其音質細節為普通手機的四倍，因此需要更高規格的信號采集模塊才能滿足需求。凌華科技針對提供Hi-Fi功能的手機所進行的音頻測試如下圖，其主要的測試項目是量測平底噪聲與總諧波失真加噪聲。同樣以PXI-9527為例來說明測試架構，使用者可通過卡上的兩個模擬輸入通道接上手機的左右聲道，在取得受測物的輸出信號后，測試系統就能將量測值與手機原始設計規格進行比對，從而檢驗出該受測物是否符合Hi-Fi設計標準。

圖2，Hi-Fi手機音質細節為普通手機的四倍，需要更高規格的信號采集模塊

將PXI-9527與一般聲卡進行比較后發現，后者總諧波失真最高只能測到-70dB或-80dB，因此不但無法確認受測物是否能精準表達每一個聲音細節，在噪聲方面也因為適配卡本身的平底噪聲就高達100uVrms，所以難以滿足手機3~10uVrms的要求。

在對智能手機進行音頻測試時，凌華科技的獨到之處還在于能夠通過PXI系統構建音頻回路測試方案。首先，為了精確地測試產品的聲音質量，受測物必須放于隔音箱內以隔絕環境噪音的干擾，并以麥克風傳感器對應被測物的揚聲器、以人工嘴或喇叭對應被測物的麥克風，另外通過PXI-9527的模擬輸入通道與模擬輸出通道與隔音箱內的音頻輸入與音頻輸出對接并形成回路后，再根據人耳聽覺范圍，從20Hz逐步遞增至20KHz，以此來對受測物進行自動化測試。而該信號采集模塊所發出的測試信號會經過回路再回傳給模塊，所得到的響應信號在完成傅立葉變換（FFT）運算后即能獲得受測物的頻率響應曲線與失真結果，由此檢驗受測物的音頻質量是否符合產品原有的設計。

圖3，凌華科技音頻回路測試解決方案架構圖。

從上圖可見，該被測手機需要檢測的音頻輸入與音頻輸出分別有頭戴式耳機孔、頭戴式麥克風、揚聲器、麥克風，而PXI-9527可提供兩個模擬輸入通道與兩個模擬輸出通道的特性正好能夠滿足此類需求。此外，其方便擴展的特性，還能讓使用者在不需要重新設計測試系統下就能快速完成新的測試配置，比如被測物需要檢驗的電聲組件項目更多時，只需在同樣的架構下加裝切換器或多加一片PXI-9527即能滿足新需求。

PXI技術已切入前沿領域

林耿賢先生表示，測試測量儀器是生產力工具，穩定、可靠及完善的服務是其性能的總體保障。凌華科技作為PXI系統聯盟董事會及最高等級會員，在PXI模塊化儀器的研發和標準的推進方面有多年的經驗。PXI儀器與傳統儀器相比，實用性強，更易擴展，凌華科技還可保證產品的全生命周期成本更低，即購買成本、學習成本、維護成本的總體投入長遠看要遠遠小于傳統儀器。特別是近年來，CPU的更新頻率加快，PXI儀器僅更換CPU模塊即可，可最大程度地保證了客戶的硬件投入。此外，凌華科技更是強調其系統優勢，即板卡+平臺+服務的全方位優勢，在提供有品質的產品的同時，還提供客制化的服務和本地化的支持。

PXI標準自1997年推出并于2003年進入主流市場，經過近20年的發展，已經形成了足夠的技術成熟度和一定的市場規模。凌華科技中國區量測與自動化產品業務拓展經理王小龍先生認為，PXI占據模塊化儀器市場約70%左右，甚至在中低頻通用測試領域已經覆蓋了90%的市場，例如背板供電、散熱、信號定義等方面。而隨著PCI Express總線的成熟，PXI在2005年迎來了向PXIe的大升級。王小龍先生表示，PXIe一定會是未來主流趨勢的發展方向，目前凌華科技致力于在產品中提供PXIe的向下兼容性，例如通過混合插槽降低系統升級的復雜性和成本。目前，PXI已經切入到最前沿的技術應用領域中，例如5G的研發等。

在PXI未來的發展中，帶寬的提升使PXIe系統成為適合高帶寬應用的理想平臺，例如高頻率和高分辨率中頻/射頻（IF/RF）系統、高速數字接口以及高密度數據采集和高速圖像采集環境。目前凌華科技已使用該系列的儀器進行了風洞實驗等應用。