合成儀器自動測試系統的結構特點

　　SMARTE5000系統在總體設計方案中著重解決的硬件和軟件問題包括：

　　· 專用的合成機柜——不但能夠安裝商業現貨的LXI模塊儀器，而且能夠安裝不同供應商和不同工業標準的臺面或模塊儀器(GPIB、PCI、PXI等)。以便構成容納多種接口標準的混合系統平臺，便于選擇性能價格比最高的商業現貨儀器，構成可用性最高的合成系統硬件。

　　· 系統級軟件環境——柔性軟件和工業標準軟件至關重要，故采用包括Windows、C/C++和國家儀器公司的Test Stand編程軟件，還有高效率的測試程序庫，內置具有個人特征的專用測試程序等。它們保證系統級的標準、驗證、診斷和應用可獲得快速升級和達到整體指標。

　　· 系統級硬件和系統級軟件的緊密結合——SMARTE5000的開放式結構，便于由用戶、系統集成商實現多功能擴展和自適應重新配置，對任何應用都能夠提供最佳測試狀態。目前SMARTE5000達到如下指標：

　　◇ 系統的兩個激勵和測量通道的最高頻率達到40GHz，另外可擴展成為多通道的并行激勵和并行測量，或者使用非合成儀器通道。

　　◇ 高度可配置的基帶、窄帶和寬帶響應能力，快速調諧的本地振蕩器，AM、FM、PM和任意波形的載波調制。

　　◇ 標準功率輸出和測量程是-90dBm至+10dBm，分辨率優于0.1dB，采用功率放大器選項可擴大量程。

　　◇ 提供連續波和脈沖調制波的包絡、平均、峰值、頻譜功率測量，S參數和網絡參數測量，具有高吞吐率和高測量速度。

　　◇ 為衛星、雷達、電子對抗相控陣收/發器、ATS平臺提供專用子系統和交鑰匙工程。

PXI/PXIExpress合成儀器系列

　　在測試測量儀器業界的四種儀器總線標準中，GPIB總線將由LXI總線取代，VXI總線將由PXI總線接替。如果今后幾年內沒有新的儀器總線標準出現，則LXI和PXI兩種儀器總線必然是合成儀器首選的接口。安捷倫公司是開發LXI總線的主要機構，并領先其它對手推出完整的基于 LXI總線的合成儀器ATS系統，已經交付美國海軍使用。2007年底，艾法斯公司也完成基于LXI總線的Smarte5000合成儀器ATS系統。國家儀器公司是PXI總線的原創機構，早期目標是中小型ATS系統，以國家儀器為首的PXI系統聯盟雖然擁有1400多種模塊，但使用頻段集中在3GHz以下，不能滿足國防/航天應用的微波/RF頻段。2007年PXI系統聯盟采取三種有效辦法，促進PXI總線模塊儀器向微波/RF頻段和大型ATS系統發展。首先擴大機箱和板卡尺寸，由2U增加至3U，其次是PXI總線升級至PXIExpress總線，還有，采用PXIExpress電纜作為機箱-機箱，機箱-計算機主機之間的連接電纜。這些辦法為PXI儀器進入大型ATS系統，亦即為實現合成儀器的ATS系統掃清障礙。目前，國家儀器公司聯手相位矩陣(Phase Matrix)公司和BAE Systems(英國航空航天系統)公司共同開發基于PXI/PXIExpress模塊儀器的合成儀器ATS系統。

　　國家儀器公司的實力在于LabVIEW等圖形編程軟件和數字化儀、PXI總線控制器等硬件，而且擁有多種多樣的PXI模塊儀器。相位矩陣公司在開發頻率合成器，以及開發VXI和PXI的上、下變頻器方面具有豐富經驗，曾經制成以VXI/PXI模塊為主的合成儀器樣機。BAE系統公司更是名列全球第二國防防務公司，為宇航和海陸空三軍提供系統集成服務，年營業額超過500億美元。它們三家公司都有向合成儀器ATS系統市場進軍的要求，2007年簽訂合作協議，開發最高頻率26.5GHz的微波/RF頻段，以PXI/PXIExpress模塊儀器作平臺的合成儀器ATS系統，將在2008年底完成原型機。三家公司的具體分工如下：

　　· BAE系統承擔合成儀器子系統，DSP軟件編程，全系統的校正，以及系統集成。
　　· 相位矩陣承擔25.6GHz的上/下變頻器，微波/RF開關和任意波形發生器。
　　· 國家儀器承擔LabVIEW/labWindows編程軟件，PXI平臺，高速I/O卡和數字化儀。

　　合成儀器ATS系統的組成框圖如圖2所示，圖中上面部分稱為激勵(SHE)子系統，下面部分是測量(MHE)子系統，中間是被測單元(UUT)，左邊是作為系統控制器的PC主機。測量系統采用國家儀器公司的PXI-1045機箱，除了嵌入式控制器占用插槽1之外，還有插槽2~17可供其它PXI模塊儀器使用。

圖2 合成儀器ATS系統的框圖

　　應該注意，RF輸入的最高頻率是25.6GHz，根據混頻器性能的不同，MHE測量子系統還可輸入高至50GHz的mm波頻率。現今，數字化儀的取樣率通常在1GS/s以上，使用PXI接口和多芯電纜，已無法滿足分辨率8位、2GS/s取樣率的數據在SHE激勵子系統與MHE測量子系統之間傳輸。這類高速數據需要實時處理和極短延時，并行傳輸的PXI接口不能滿足要求。為此相位矩陣公司準備使用電纜式PXIExpress(即Cabled PXIe)接口，它的數據由一根單芯細電纜作串行傳輸，每通道可傳輸2.5Gb/s，有效流量達到800Mb/s，一個電纜式PXIe接口支持4通道。雖然目前還未公布電纜式PXIe標準，但是國家儀器公司已可提供樣品。第二代傳輸速度更高的電纜式PXIe接口，每通道可傳輸5Gb/s，有效流量達到1.6Gb/s，每個接口支持4通道，國家儀器公司可提供實驗樣品。為了實現SHE激勵子系統與MHE測量子系統的高速數字鏈路，需要每個子系統分別安裝一個16通道的第一代電纜式PXIe接口，或者8通道的第二代電纜式PXIe接口。

　　與現今最流行的PC通用串行外設USB接口的傳輸速度480Mb/s，或者LXI接口的串行傳輸速度10/100Gb/s相比，電纜式PXIe接口的串行傳輸速度10Gb/s(第一代)和20Gb/s(第二代)屬于相當先進產品。因為LXI接口的以太網采用銅纜時傳輸速度是10Gb/s，要采用光纖才達到100Gb/s。此外，基于PXI/PXIe的合成儀器ATS系統只用兩個2U尺寸的18插槽機箱，其體積、重量和功耗都比基于LXI模塊的合成儀器ATS系統更勝一籌。如果整體電學性能可與LXI模塊儀器相比擬，則PXI/PXIe模塊儀器將在合成儀器占有一席之地。

結語

　　本文簡介三種不同平臺的微波/RF合成儀器自動測試系統，即基于LXI接口平臺、混合接口平臺和PXI接口平臺和模塊組成的SI-ATS系統的設計構思和特性，由此可以了解到合成儀器和系統的最新進展。

參考文獻：

　　1  Agilent synthetic instruments, Application note, Agilent 2007.
　　2  Aeroflex SMARTE true synthetic test environment transforms synthetic test from dream to reality, Aeroflex News Sept 2007.
　　3  RF/MW dwon convertor development in a PXI form factor,Phase Matrix Sept 2007