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        儀表知識

        現代電子測量儀器的發展趨勢

        進入21世紀以來,科學技術的發展已難以用日新月異來描述。新工藝、新材料、新的制造技術催生了新的一代電子元器件,同時也促使電子測量技術和電子測量儀器產生了新概念和新發展趨勢。本文擬從現代電子測量儀器發展的三個明顯特點入手,進而介紹下一代自動測試系統的概念和基本技術,引入合成儀器的概念,以供讀者參考。

          現代電子測量儀器的發展趨勢

          儀器性能更加優異

          儀器的性能更加優異,測量功能更加強大,儀器的測量精度,測試靈敏度,測量的動態范圍等都達到了前所未有的高度。例如,Agilent公司的PSA頻譜分析儀的測量靈敏度高達169dBm(接近物理界熱噪聲174dBm),PNA網絡分析儀的動態范圍高達143dB,Agilent83453A高分辨率分光計分辨帶寬=0.0001nm(亞皮米)(突破皮米分辨帶寬的壁壘),Agilent86107A精密時基參考模塊,對小于100ns的時延,抖動為1.7psRMS(突破皮秒抖動瓶頸),DSO80000系列的示波

          器,其單一A/D芯片具有20GSa/s實時高采樣率,使之成為世界上采樣率最快的示波器(40GSa/s實時采樣率,13GHz帶寬)。另外,更多強大的測量功能被賦予單臺儀表中,如Agilent公司的8960系列無線綜合測試儀(集移動手機和基站的射頻測試與協議測試于一身);ESG/PSG矢量信號源可以靈活產生包括連續波/調幅/調頻/調相/脈沖調制,全制式通信協議(GSM/EDGE/WCDMA/TD2SCDMA/CDMAOne/CDMA2000/CDMA20001X2EV/藍牙/WLAN/PHS/PDC/NADC/DECT/TETRA等),任意波形及用于今后的其他信號;MSO混合信號示波器(2/4個模擬測量通道16個邏輯分析通道)使單臺儀器同時具備示波器和邏輯分析儀的功能;Infiniium示波器內裝VSA矢量信號分析軟件后也成為世界上測量分析帶寬最寬的矢量信號分析儀。

          儀器與計算機融為一體

          儀器和計算機技術的前所未有的融合。首先,越來越多的儀器選用以Windows軟件和Intel芯片為平臺,采用WindowsGUI和基于軍用標準的軟件,用Windows軟件代替儀器內部操作軟件,并易于與MS辦公室應用軟件連接,充分發揮其效能,如Agilent公司的儀器可用Word語言捕獲屏幕圖像,用Excel語言繪制的波形數據,用Excel語言捕獲測量數據,易于自由地從互聯網下載和升級最新的軟件版本,利用WindowsHelp提高了儀器操作學習的方便性;同時,觸摸屏被廣泛利用,話音控制可解決雙手同時被占用時操作儀器的問題,通過網絡控制儀器操作,并用基于MSWindows和MSVisualStudio實現測試自動化;另外,儀器內部的VBA軟件可有效地幫助實現生產過程中的測試自動化

          其次,由于計算機技術被大量應用到儀器之中,使得儀器具備了更加先進的連通性,如Agilent公司的儀器大都具備采用了USB接口,LAN接口,GPIB接口。同時,也安裝了標準光標指示器(鼠標、跟蹤球、觸摸鍵、操縱桿等)和其他部件(鍵盤、CDRW驅動器、直接連結打印機的并行接口,用于外部監視器的VGA輸出,內部硬盤驅動器等)。特別值得一提的是,在軍工等特殊行業,測試數據的安全性和保密性要求格外重要,為此,Agilent公司在儀器上設計了可卸出的硬盤(如PNA矢量網絡分析儀和Infiniium示波器),使工作人員在實驗室完成測試任務后,卸出硬盤,單獨運輸儀器至測試現場(如戰地),再由操作人員取出隨身攜帶的硬盤裝入儀器,再進行現場測量,從而保證了數據的安全性和保密性。

          測試及仿真軟件在儀器中廣泛應用

          隨著計算機的運算速度和處理數據能力的不斷增加,及計算機仿真技術的廣泛應用,儀器的硬件和測試軟件及仿真軟件的結合越來越緊密。首先,硬件的模塊化設計,使得通過不同的硬件模塊組合配以不同的軟件,從而形成不同功能的儀器和不同的測試解決方案,如Agilent公司的DAC-J寬帶示波器86100C,通過插入不同的模塊并配以不同軟件,該儀器可成為抖動分析儀,寬帶示波器,數字通信分析儀,時域反射分析儀;此外,VXI結構的測試儀器更加充分地解釋了模塊化結構儀器的靈活配置和應用。

          其次,軟件無線電的概念已有了全新的解釋和現實的應用,Agilent公司的89601A矢量分析軟件是實現這一理念的最好例證,它利用計算機強大的數學運算和數據處理能力將大量的數字信號處理功能和數據分析功能充分展現在計算機軟件之中,通過與不同的數據采集前端(如VXI結構的矢量信號分析儀,頻譜分析儀,Infiniium數字示波器)相結合,組合出不同功能的矢量信號分析儀。

          同時,其捕獲的信號和數據分析的結果可以作為EDA仿真軟件(如Agilent公司的ADS高級設計仿真軟件)的數據輸入來源,用于驅動ADS高級設計仿真軟件進行部件及系統級仿真;并且,ADS高級設計仿真軟件的仿真結果可送入Agilent公司的ESG/PSG矢量信號源產生出信號通過VSA矢量信號分析儀的捕獲和分析,反過來可進行產品設計與真實產品之間的數據驗證,即實現設計、仿真、測量和驗證的有機結合。以AgilentADS高級設計仿真軟件為代表的EDA軟件,通過與Agilent公司測試儀器(包括:頻譜分析儀,網絡分析儀,信號源,示波器,邏輯分析儀等)的動態鏈接,從而實現了測量域與仿真域的有機結合,在設計、仿真和驗證之間架起了橋梁,從而加速設計,提高設計質量,完善系統及部件的半實物仿真手段,達到迅速拓展滿足需要的測量解決方案的目的。


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