使用LXI加強汽車電子測試

汽車行業(yè)競爭激烈，整個行業(yè)一直面臨著提升質量同時降低成本的壓力。因此，諸如電子功能測試之類有益且高要求的行為經(jīng)常被視為“必不可少的麻煩”，此類投資必須提供高回報。

我們將介紹基于LAN接口的儀器擴展(LXI)，這是為下一代測試系統(tǒng)提供的解決方案。首先，LXI是一種基于經(jīng)過驗證、并廣泛使用的標準的測試系統(tǒng)結構，如以太網(wǎng)標準。這些標準經(jīng)過時間檢驗，為實現(xiàn)高效測量提供“恰好”的冷卻、電源、屏蔽和物理尺寸，又不會降低性能，同時采用模塊化設計和傳統(tǒng)外型。LXI概念用于臺式儀器中，進一步提升了LXI的吸引力，這些儀器的銷售量一直要遠遠高于卡槽儀器，同時以極具競爭力的價格提供了很好的性能。

由于這些優(yōu)勢，負責測試汽車電子器件的系統(tǒng)設計人員可以使用LXI最大限度地提高性能，最大限度地降低成本，并面向未來作好規(guī)劃。正如2006年4月份LXI Connexion雜志中所說，考慮使用LXI的充分理由至少有10個。這些理由同時適用于當前測試系統(tǒng)和未來測試系統(tǒng)：

1. 易用性

2. 性能

3. 成本

4. 擴充能力

5. 使用壽命

6. 靈活性

7. 機架空間

8. 分布式系統(tǒng)

9. IEEE-1588同步

10. 合成儀器

更深入地理解這10個理由，將有助于說明LXI測試系統(tǒng)對汽車行業(yè)的價值。

易用性

由于新車型每年都在變化，汽車電子制造商必須在非常短的時間內把新產品推向市場。任何阻礙迅速開發(fā)測試系統(tǒng)或降低生產運行時間的東西都是不能容忍的。因此，迅速建立系統(tǒng)依賴于盡快連接儀器及使系統(tǒng)投入運行。這不僅可以節(jié)約時間，還可以使制造商把重點放在更重要的任務上，即模塊和子組件的功能驗證。

目前，許多系統(tǒng)是使用基于VXI或基于PXI的硬件建立的。由于必須使用嵌入式PC或通過接口卡和電纜連接的獨立式PC控制這些系統(tǒng)，因此開發(fā)人員面臨著四個主要問題，而LXI則解決了這些問題：

接口：LXI采用的不是MXI或GPIB 接口，而是計算機領域長期來的標準接口―以太網(wǎng)。因此，用戶不需要在PC中安裝額外的接口卡，不需要安裝專用電纜，也不需要安裝專用軟件。僅憑這一點，就可以讓系統(tǒng)在幾分鐘內、而不是幾小時內投入運行。

PC配置：由于PXI 卡槽是PC背板的擴展，因此每次插拔卡時都必須重新引導整個系統(tǒng)。而LXI則不需要這樣做：它采用局域網(wǎng)連接，在連接或斷開儀器時不必重新啟動PC。此外，某些模塊化LXI儀器，如安捷倫34980A多功能開關/測量單元，支持“熱插拔”或在電源打開時插拔卡。

驅動程序：在PXI系統(tǒng)重新引導時，PC通過設備查找流程，識別新連接的設備，這通常要求下載和安裝設備驅動程序。驅動程序的局限性可能會導致問題，耗費大量時間，如后文所述。LXI標準規(guī)定使用IVI-COM驅動程序，可以更簡便地在各種開發(fā)環(huán)境中工作。但是，在要求更高的功能或性能時，可以直接通過標準程控儀器命令(SCPI)直接對某些LXI儀器編程。(SCPI是一種既定的標準，可以通過簡單的VISA功能在任何計算機語言下使用。)

用戶接口：由于沒有前面板，因此有時很難使用基于PC的軟件，診斷PXI和VXI設備中的問題。在開發(fā)人員第一次學習新設備的功能時，通常要求全面閱讀產品手冊。在臺式LXI儀器中，前面板使用戶能夠簡便對儀器進行操作，了解其工作方式。當然，大多數(shù)模塊化LXI儀器沒有前面板，但其內置web界面使得用戶只需簡單地在連接的PC上打開網(wǎng)絡瀏覽器，就可以學習儀器功能。由于瀏覽器功能，用戶還可以更簡便地查看世界上任何地方的設備上發(fā)生的情況，簡化系統(tǒng)支持，幫助保證更高的系統(tǒng)可用性。如圖1所示。

圖1：許多安捷倫LXI儀器包括前面板，因此其操作學習和調試起來非常簡便，而不需連接計算機。

性能

汽車電子器件測試涉及各個方面，從要求數(shù)千項測試的復雜的傳動系統(tǒng)控制模塊，到可能要求傳送大量數(shù)據(jù)的簡單的安全氣囊模塊。這些測試要求高，通常會挑戰(zhàn)GPIB的傳輸速度，GPIB的最大數(shù)據(jù)速率約為1 MB/s。在局域網(wǎng)中，I/O傳送速度不再是一個問題，因為1Gbit/s連接正變得日益常見，10Gbit已經(jīng)開始出現(xiàn)?！　?

在同時要求交互程控及傳送大量數(shù)據(jù)的典型汽車應用中，I/O性能對LXI設備不應該是一個問題。很明顯，在傳送大塊數(shù)據(jù)時，如數(shù)字化儀捕獲的波形，局域網(wǎng)的速度優(yōu)勢會顯現(xiàn)出來。在交互程控中，有一個人們已經(jīng)非常了解的局域網(wǎng)中的時延問題。計算機行業(yè)正在針對這個問題尋找解決方案，因為這對存儲網(wǎng)絡也是一個問題。儀器廠商還正通過在LXI設備中預存指令，來減少所需的通信周期數(shù)量。

成本

最大限度地降低整體測試成本要求以盡可能低的價格進行快速可靠的測試。某些商業(yè)刊物聲稱，功能測試不增加任何價值：因為它處在制造流程的后期階段，制造商已經(jīng)檢測了進入這個階段的部件，執(zhí)行了X射線檢測，完成了在線測試。事實上，這些步驟確實改善了產品質量，但并不能消除對功能測試的需求，因為它們不能檢測器件前期缺陷、設計錯誤(如確定容限)和不可達節(jié)點(通常是因為沒有進行可測性設計引起的)而產生的問題。

汽車制造商似乎矛盾的要求使這一切進一步復雜化，他們可能會由于發(fā)貨延遲及缺陷率高而受到處罰。為解決這個問題，要求儀器使用有限的資金提供最優(yōu)的功能和性能(圖2)。它還要求認真考慮硬件購置成本和后續(xù)成本，如備件、保修、當?shù)鼐S修或回廠維修、能否提供租賃設備等等。在許多情況下，逐臺儀器比較價格表明，LXI的硬件成本最多要比PXI低40%。

圖2：34980A LXI多功能開關/測量單元是一種低成本8插槽主機，并可以選配內置DMM，使其成為經(jīng)濟的開關子系統(tǒng)備選方案。

還應考慮卡槽儀器與LXI相比的學習曲線成本?？ú蹆x器要求對每個開發(fā)環(huán)境使用不同的軟件驅動程序，如LabVIEW、Visual Basic、C++等等。LXI儀器通常提供了一個選項，允許使用驅動程序或SCPI。對熟悉SCPI的開發(fā)人員，儀器的學習曲線一般非常短。當然，.NET環(huán)境的IntelliSense幫助功能和聯(lián)機文檔有助于簡化使用驅動程序進行的編程工作。

擴充能力

圖3是使用LXI設備建立的典型的汽車電子功能測試系統(tǒng)：可擴展的干簧繼電器矩陣，多個電樞繼電器負載開關，多條任意波形輸出通道，多條數(shù)模轉換通道。

圖3：在汽車測試系統(tǒng)中，LXI實現(xiàn)了更高的擴充能力和靈活性，可以滿足當前和未來需求。

使用壽命

惠普公司測試測量部(現(xiàn)在的安捷倫科技)在20世紀70年代中期發(fā)明了GPIB，這一接口目前仍是行業(yè)標準。局域網(wǎng)自20世紀70年代出現(xiàn)，最初是阿帕網(wǎng)。圖4比較了過去30多年中出現(xiàn)的各種接口。最值得一提的是，局域網(wǎng)的性能正在不斷提高，同時保持向下兼容能力。局域網(wǎng)的廣泛使用表明，在長期內，它將繼續(xù)作為計算機行業(yè)的主導力量。

圖4: LAN一直在演變，并保持向下兼容能力，其它接口則是不停變更。

LXI標準中設計的擴展功能保證了它將在長期內滿足測試測量行業(yè)的需求。汽車電子行業(yè)必須能夠為汽車修理提供積極支持，保持產品的長使用壽命，這就必然對使用壽命提出很高的要求。LXI正是為這一環(huán)境提供穩(wěn)定的、使用壽命長的測試環(huán)境而設計的。

靈活性

基于卡槽的解決方案限制了儀器在測試機架中的最佳位置。例如，最好把開關儀器放在一個低成本子系統(tǒng)中，把激勵/測量儀器放在另一個子系統(tǒng)，這可以簡化服務，同時不會低效率地使用高成本、高性能背板來控制低速繼電器(這種情況通常發(fā)生在PXI或VXI 卡槽中)。

LXI儀器實現(xiàn)了一種較好的方法。安捷倫34980A帶有內置DMM及多種可供選擇的開關卡，為創(chuàng)建開關子系統(tǒng)提供了一種低成本專用方式。也可以把基于LXI的儀器子系統(tǒng)放在別的地方。

功能性可能也是一個問題：在基于卡槽的電源中，幾乎沒有哪個電源能夠滿足汽車電子的當前要求。這就需要使用基于不同結構的外部電源。一個較好的備選方案是最新的、恰好滿足LXI標準的電源。例如，安捷倫已經(jīng)更新了經(jīng)過驗證的設計，以滿足LXI標準，同時增加了其它改進功能，如快速向上/向下編程、建立和監(jiān)測帶有功率的波形及緊湊的機箱，如安捷倫N6700模塊化電源和N5700系列高功率電源(圖5)。

圖5: 某些LXI電源的尺寸和功能要優(yōu)于GPIB和PXI電源。

機架空間

在汽車應用中，基于LXI的功能測試系統(tǒng)可以組裝在高度只有400毫米的機架中(圖6)。之所以實現(xiàn)了這么高的空間利用率，在一定程度上是由于其采用基于LXI的設備，如1U 安捷倫N6700B模塊化電源系統(tǒng)和集成DMM的8插槽安捷倫34980A。

圖6：在LXI中，功能測試系統(tǒng)可以裝在高度只有400毫米的機架中。

為實現(xiàn)最大密度，系統(tǒng)開發(fā)人員通常使用基于卡槽的儀器。在VXI中，一個C型卡槽可以在大約6U中容納最多12部高性能儀器，但這種解決方案的成本通常會很高。PXI也實現(xiàn)了高密度，但其緊湊的4U尺寸有四個主要缺點：　　

卡的尺寸：由于PXI卡的尺寸，有時必需使用一個以上的插槽，才能實現(xiàn)所需的功能。

而LXI儀器可以使用各種尺寸創(chuàng)建，保證滿足預計用途。

屏蔽：PXI卡會受到各種干擾問題的影響。例如，發(fā)出高磁性干擾的SCXI電源可能會降低相鄰PXI DMM的性能，可能會使DMM的分辨率降低整整一位。VXI避免了這些問題，因為它要求所有卡都有屏蔽機箱。類似的，LXI設備本身帶有屏蔽，因為它們完全是獨立式設備。

冷卻和功率：卡槽必須提供足夠的冷卻和電源容量以同時處理最大數(shù)量的儀器或繼電器。在高要求系統(tǒng)中，可能必須升級到一臺或多臺成本更高的、能夠提供所需冷卻和功率的機箱。此外，汽車電子中應用要求的儀器輸出電壓經(jīng)常超出許多PXI主機的電壓能力。一般來說，LXI儀器是為目標應用提供所需的功率、電壓和冷卻而設計的。

分布式系統(tǒng)

汽車生產測試系統(tǒng)一般把所有儀器共放在一起。但是，能夠把LXI儀器放在需要進行測量的地方，將為耐用性測試系統(tǒng)、研發(fā)測試系統(tǒng)和生產檢驗系統(tǒng)帶來許多好處。比如，可以把LXI儀器放在環(huán)境艙旁邊，通過一條無線局域網(wǎng)鏈路連接到測試工程師桌面上的PC。

生產測試系統(tǒng)還可以從遠程測試頭中受益。通過使用暢銷的LXI開關模塊，可以創(chuàng)建測試夾具，比如自動適應線路上的任何引擎控制模塊，而不論采用哪種針腳輸出。它可以安裝在機箱內部，并連接自動機械成品測試箱內部。

只有LXI能夠把激勵儀器和測量儀器放在所需的地方，使回連到系統(tǒng)核心的線纜達到最少，甚至不需要使用線纜。安捷倫L4400A系列(1U高度、沒有前面板)模塊就是為這類遠程應用或分布式應用設計的(圖7)。

圖7：安捷倫L4400A系列LXI開關模塊可以建立強大的遠程測試系統(tǒng)

另一個有利于LXI的因素是遠程調試和診斷。擁有遠程接入權限的服務技術人員只需使用網(wǎng)絡瀏覽器，就可以從世界上幾乎任何地方診斷測試系統(tǒng)。如果在系統(tǒng)中增加一部連接局域網(wǎng)的網(wǎng)絡攝像機，那么遠程技術人員在其它地方診斷系統(tǒng)時，還可以看到系統(tǒng)中正在發(fā)生的情況。

IEEE-1588同步

在大批量生產線中，每個模塊的測試時間降低短短一秒的時間都會帶來幾千美元的收益。在這種情況下，導致測試執(zhí)行時間延長的任何硬件或軟件變化在整體上都是不能接受的?！　?

LXI通過廣泛的觸發(fā)功能滿足了這一需求。它最初在Class A LXI儀器中提供了一條標準化觸發(fā)總線。隨著LXI不斷發(fā)展，它為改善測試執(zhí)行時間提供了一種全新的方式：從儀器到儀器基于高精度實時時鐘同步的自行觸發(fā)測量。通過這一功能，即IEEE-1588高精度時間協(xié)議，可以在不需要主計算機干預的情況下，執(zhí)行復雜耗時的測量。這可以最大限度地降低(或消除)測試系統(tǒng)的觸發(fā)連線，減少I/O瓶頸。目前并不是所有LXI設備上都提供了這種新功能，但預計將有越來越多的LXI設備提供這一功能，因此值得進一步研究。

合成儀器　　

隨著汽車成為互聯(lián)網(wǎng)、手機和GPS的滾動的連接樞紐，它們正采取多種無線通信方式。其結果是，汽車行業(yè)中的測試要求開始與電信行業(yè)和航空/國防行業(yè)的要求融合在一起，將來，越來越多的RF測試儀表可能會進入汽車電子測試系統(tǒng)。

在美國海軍NxTest(“下一項測試”)行動計劃的推動下，航空/國防行業(yè)要求使用分散的儀器構件，如RF放大器、上變頻器和下變頻器、數(shù)字化器，這些構件在使用過程中能夠簡便地安排和重新安排，提供示波器、網(wǎng)絡分析儀、頻譜分析儀等功能。安捷倫是這個領域的領導者，已經(jīng)提供基于LXI的合成儀器(圖8)。

圖8：安捷倫N8201A 26.5 GHz 高性能下變頻器是一種基于LXI的合成儀器模塊

可行的架構

通過上文，我們可以明顯看出，LXI為長期要求構建，特別適合汽車電子測試。其主要優(yōu)勢包括成本、擴充能力和簡便易用性，同時在性能、使用壽命、靈活性、同步和機架空間方面也提供了優(yōu)勢。測試測量行業(yè)的領軍企業(yè)支持這一標準，使開發(fā)人員堅信LXI是當前和未來的可行架構。