測試DIY:自力更生構(gòu)建測量裝置
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信息技術(shù)、數(shù)字通信、光纖網(wǎng)絡(luò)、消費電子推動集成電路的迅猛發(fā)展，特別是溝通數(shù)字域和模擬域之間的A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、處理RF前端的信號調(diào)理器、RF數(shù)字變頻器等芯片變?yōu)榕可a(chǎn)。十年前頻率1GHz以上的芯片絕大部分屬專用產(chǎn)品，現(xiàn)在頻率5GHz以下的芯片紛紛走上貨架，頻率10GHz的某些芯片也接受訂貨。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和電子產(chǎn)品的互操作性，通信協(xié)議和接口標準從專用走向開放，測量儀器就有IEEE488、VXI、PXI、LXI等多種標準接口可供選用。此外，射頻用的同軸接插頭、接插件、同軸電纜、高頻探頭、多芯纜線均有現(xiàn)貨供應(yīng)。計算技術(shù)的發(fā)展使CPU芯片的時鐘頻率提高到5GHz，DSP芯片的時鐘頻率達到1GHz，而且還有配套的快速存儲器、外圍芯片、I/O接口和編程工具。這些硬件和軟件條件都為自行構(gòu)建測量儀器提供良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。
經(jīng)過幾十年的實踐，測量儀器設(shè)計人員已經(jīng)總結(jié)一套可在二十一世紀持續(xù)發(fā)展的路線圖。值得介紹的是美國國防部制訂的新一代測試規(guī)劃，目標是將各軍種兵種的不同結(jié)構(gòu)的自動測試系統(tǒng)，用統(tǒng)一合成的儀器所取代。合成儀器主要由上變頻器、下變頻器、數(shù)字化器和高速I/O四種模塊組成硬件，再由軟件平臺構(gòu)建成用戶定義的自動測試系統(tǒng)。合成儀器的四大模塊的內(nèi)容和接口尚未定型，一種合成儀器的方框圖如圖1所示，它是根據(jù)信號發(fā)生器、頻譜分析儀、頻率計數(shù)器、網(wǎng)絡(luò)分析儀、數(shù)字示波器等通用測量儀器綜合而成。顯然易見，這些模塊最終將由片上系統(tǒng)(SoC)芯片來實現(xiàn)。從2000年開始，美國測量業(yè)界的著名公司已開發(fā)出一些合成儀器的原型機，以便在制訂合成儀器標準時獲得更大的發(fā)言權(quán)。
如果我們從合成儀器的概念出發(fā)，在市售的集成電路中選擇集成度高、性能優(yōu)異的產(chǎn)品，從而自力更生構(gòu)建適用、經(jīng)濟的專用測量儀器，用來代替特性全面，售價昂貴的通用測量儀器?；仡櫆y量儀器的發(fā)展過程可知，早期的電子應(yīng)如果我們從合成儀器的概念出發(fā)，在市售的集成電路中選擇集成度高、性能優(yōu)異的產(chǎn)品，從而自力更生構(gòu)建適用、經(jīng)濟的專用測量儀器，用來代替特性全面，售價昂貴的通用測量儀器?；仡櫆y量儀器的發(fā)展過程可知，早期的電子應(yīng)用比較簡單，電路設(shè)計者借助數(shù)量不多的電子元器件的測量工具。后來，電子應(yīng)用越來越復(fù)雜，電路設(shè)計者專注于產(chǎn)品，測量儀器衍生成獨立的專業(yè)。到了集成電路階段，測量儀器業(yè)界興旺，自成體系，人才專業(yè)化，元器件專用化，第三方很難參與競爭。
例如電子示波器，在電子管年代模擬示波器供應(yīng)商超過五十家，再發(fā)展到晶體管年代，模擬示波器的供應(yīng)商變?yōu)橹挥卸嗉?。轉(zhuǎn)變成集成電路技術(shù)，數(shù)字示波器的供應(yīng)商再減少到十多家，品種齊全的大戶不到四家。原因在于大公司擁雄厚的人力物力資源，特別是開發(fā)出專用的射頻前端片上系統(tǒng)(SoC)，甚至片上儀器(IOC)芯片，加上完善的應(yīng)用程序，使產(chǎn)品處于領(lǐng)先，占有市場的大部分份額。一些小型公司只能另辟途徑，圍繞PC機發(fā)展多種多樣的插件、模塊、附件為主的數(shù)字示波器，它們充分發(fā)揮貨架上的集成電路和零配件的作用，開發(fā)帶寬100MHz以下的虛擬多用數(shù)字示波器，集中數(shù)字多用表，波形發(fā)生器，頻譜分析器、數(shù)字示波器在一起，由于經(jīng)濟實惠，攜帶方便，而占有一定市場。這些實例說明，即使在集成電路非常發(fā)達的2000年代，電子測量儀器同樣能夠采用DIY(Do It Yourself)方式，即自己動手來實現(xiàn)。DIY在國際上非常流行，從玩具、用具、家具、機械、電子等等都有DIY套件供應(yīng)。測量儀器的DIY并非難不可及，以下列舉作為參考。
RF功率計
在射頻測量中，功率是基本參數(shù)，功率計采用比較簡單的電路結(jié)構(gòu)，最重要的元件是將功率轉(zhuǎn)換成電流的拾波器。查閱RF拾波器資料可知，Linear Techology的LTC5533 檢波器芯片具有很高集成度，非常合適作為DIY功率計使用。它的主要特點是，頻率量程300MHz~11GHz，功率量程-32dBm~+12dBm，兩通道輸入，供電電壓2.7V~6.0V，供電電流500mA(工作狀態(tài)，每路)~2mA(待機狀態(tài)，每路)，工作溫度-40℃~+85℃，輸出電流4mA，動態(tài)范圍40dB，兩通道隔離比45dB，4mm×3mm的DFN封裝。
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