“開蓋”革命引領(lǐng)測(cè)試儀器新時(shí)代

　　一直以來，與其他電子設(shè)備相比，電子測(cè)量儀器看起來像是個(gè)封閉的盒子，在儀器公司的要求中一直強(qiáng)調(diào)禁止客戶主動(dòng)打開儀器的外殼去改動(dòng)內(nèi)部的任何設(shè)置。于是，測(cè)試儀器看起來更像是一個(gè)一次性的消費(fèi)品，沒有任何擴(kuò)展的可能。在絕對(duì)硬件為主的儀器時(shí)代，許多工程師經(jīng)常是一臺(tái)儀器用上10年一直只能提供一種測(cè)試，然后被淘汰。您的儀器如果想實(shí)現(xiàn)其他的功能，抱歉，請(qǐng)您再買個(gè)新的。正是因?yàn)閮x器的這個(gè)特點(diǎn)，讓許多繁忙工程師的桌案上被大量不同類型的儀器占據(jù)了絕大多數(shù)空間。這不僅浪費(fèi)了大量資金，更主要的是讓工作空間變得狹小混亂，進(jìn)而極大影響工作效率。應(yīng)運(yùn)而生的輕便儀器雖然能有限地節(jié)省操作臺(tái)的空間，但卻不能從根本上改變儀器與生俱來的弊端。

　　軟件帶來的沖擊

　　隨著軟件的興起，儀器在軟件的支持下似乎有了很好的改善，但這個(gè)時(shí)候測(cè)試儀器中的軟件更多的是具有控制功能，而非如在PC中那般叱詫風(fēng)云。說起來本該賦予儀器自由化的軟件卻如緊箍咒般束縛著眾多先進(jìn)儀器的發(fā)揮，儀器推出之時(shí)經(jīng)常只開放其70%左右的性能，而更多的后續(xù)擴(kuò)展功能其實(shí)早已集成在儀器中，卻必須由用戶支付額外費(fèi)用才能被儀器廠商解開軟件枷鎖。

　　虛擬儀器的出現(xiàn)應(yīng)該說是軟件對(duì)儀器行業(yè)最大的沖擊，無論是NI的LabVIEW還是HP的VEE都帶給儀器行業(yè)巨大的沖擊，伴隨著PC的普及和性能的發(fā)展，利用PC與軟件的結(jié)合輔以便宜許多的采集設(shè)備，虛擬儀器迎來了自己的繁榮時(shí)代。比如NI的LabVIEW軟件結(jié)合各種數(shù)據(jù)采集設(shè)備和高速測(cè)試總線，以其出色的性能、簡(jiǎn)單的操作方式和低廉的成本以及便捷的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析能力，搶占了許多傳統(tǒng)儀器的市場(chǎng)，第一次讓傳統(tǒng)儀器感受到了軟件帶來的威脅。NI的LabVIEW已經(jīng)大獲成功，而HP的VEE則一直深受Agilent(安捷倫)的開發(fā)人員歡迎，內(nèi)部?jī)x器開發(fā)經(jīng)常采用這種軟件平臺(tái)。

　　但是虛擬儀器畢竟是一種開放性的系統(tǒng)，而對(duì)于精密測(cè)試來說虛擬儀器的精度和準(zhǔn)確性還有待獲得廣大測(cè)試人員的認(rèn)可，因此在對(duì)精密度要求比較高的領(lǐng)域，傳統(tǒng)儀器還是占據(jù)著絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。不過，最重要的是虛擬儀器帶給測(cè)試行業(yè)的觀念革命將徹底改變傳統(tǒng)儀器的設(shè)計(jì)理念，將測(cè)試儀器帶進(jìn)新的時(shí)代。

圖1  RF/微波合成儀器的基本結(jié)構(gòu)

　　革命的前沿

　　一般儀器的最短生命期限是10年，故而高端儀器的硬件造價(jià)不菲，往往應(yīng)用于性能最先進(jìn)的設(shè)備。隨著測(cè)試儀器設(shè)計(jì)觀念的改變，人們已經(jīng)不再滿足一臺(tái)儀器特別是高端儀器只能針對(duì)一個(gè)具體的測(cè)試應(yīng)用，這將造成使用者成本的極大浪費(fèi)。因此，在虛擬儀器帶來的測(cè)試觀念改變下，人們開始要求高端測(cè)試儀器能同時(shí)支持多種相近的測(cè)試應(yīng)用。

　　軍方再次成為儀器變革的前沿，美國軍方率先提出了合成儀器(SI)概念，即允許配置和重新配置模塊化硬件和軟件單元，創(chuàng)建多種測(cè)量設(shè)備的功能。這種構(gòu)件方法可以通過簡(jiǎn)單地更換一個(gè)模塊，如數(shù)字化器或向下變頻器，來更新或升級(jí)ATS 或測(cè)試程序集(TPS)。它還可以降低ATS 使用期間的軟件升級(jí)負(fù)擔(dān)。在20世紀(jì)90年代中期，美國國防部(DoD)為美國海軍分配了一項(xiàng)任務(wù)，為測(cè)試航空電子和武器系統(tǒng)開發(fā)新型的基于臺(tái)式儀器的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)(ATS)。根據(jù)合成儀器工作小組(SIWG)1提供的定義，合成儀器是一種可以重新配置的系統(tǒng)，它通過標(biāo)準(zhǔn)化接口把一系列硬件和軟件構(gòu)成組件鏈接起來，使用數(shù)字處理技術(shù)生成信號(hào)或進(jìn)行測(cè)量。關(guān)鍵是可以重新配置，可以通過軟件命令排列和重新排列構(gòu)成組件，信號(hào)通過交換進(jìn)行重新路由，仿真一種或多種傳統(tǒng)測(cè)試設(shè)備。

圖2  基于SI的系統(tǒng)可以在更少的機(jī)架空間內(nèi)提供同等的(或更大的)功能

　　合成儀器可以說開創(chuàng)了軟件與傳統(tǒng)儀器進(jìn)行深度結(jié)合的先河，也邁出了軟件擴(kuò)展儀器應(yīng)用的第一步，而參與這一計(jì)劃的測(cè)試儀器廠商則針對(duì)市場(chǎng)的需求開始了更大范圍的革命。

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　　“開蓋”革命重新定義儀器新時(shí)代

　　SI的出現(xiàn)帶動(dòng)了測(cè)試儀器與軟件的結(jié)合，許多廠商開始探討軟件在民用儀器上更深層次的應(yīng)用。操作系統(tǒng)與眾多高性能的存儲(chǔ)和處理器在高端儀器上的廣泛應(yīng)用為這種變革提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，而市場(chǎng)對(duì)儀器低成本的永恒呼聲則成為變革的主要推動(dòng)力。

　　雖然電子儀器市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)并不足夠充分，但幾家行業(yè)巨頭還是在各個(gè)領(lǐng)域覬覦著對(duì)方手中的市場(chǎng)份額，而這種競(jìng)爭(zhēng)的直接結(jié)果就是要以滿足用戶盡可能多的需求為設(shè)計(jì)儀器的核心思想。于是，成本問題被逐漸考慮到高端測(cè)試儀器領(lǐng)域。隨著電子技術(shù)的快速增長(zhǎng)，高端儀器越來越難以憑借出廠時(shí)的單一能力適應(yīng)更加嚴(yán)格的測(cè)試需求，因此升級(jí)軟件從而延續(xù)高端儀器的正常生存周期,并利用軟件進(jìn)一步挖掘儀器的硬件潛能，這些已成為客戶最迫切也是最經(jīng)濟(jì)合理的要求，這也是儀器公司所能接受的一個(gè)方案，與其給其他廠商趁虛而入的機(jī)會(huì)，不如自己主動(dòng)以軟件升級(jí)儀器，從而繼續(xù)保持自己的市場(chǎng)占有率，并形成一定的穩(wěn)定銷售收入。

　　在這樣的指導(dǎo)思想帶領(lǐng)下，“開蓋”革命就逐漸形成，并被各大廠商紛紛演繹。“開蓋”革命其實(shí)并不是真的打開儀器的包裝，而是意味著破除儀器原有的封閉壁壘，把測(cè)試儀器看作一個(gè)PC主機(jī)，將更多的軟件可以輕松地與儀器相結(jié)合，從而賦予儀器多種功能的測(cè)試應(yīng)用領(lǐng)域，進(jìn)而徹底改變儀器行業(yè)的舊有商業(yè)模式。這里的一個(gè)前提是，為了保證儀器的精密程度不受影響，儀器公司必須對(duì)所提供的各種軟件平臺(tái)經(jīng)過專門針對(duì)某些型號(hào)儀器進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。

　　比如最近剛剛被收購的泰克公司在面對(duì)高速串行數(shù)據(jù)測(cè)試的新挑戰(zhàn)時(shí)，并沒有推出新的儀器，而是推出了一種端到端的高速串行數(shù)據(jù)鏈路分析軟件包，將這種軟件包運(yùn)行在去年推出的DSA8200數(shù)字串行分析儀上，就可以進(jìn)行各種從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的完整串行數(shù)據(jù)鏈路分析應(yīng)用測(cè)試，由于軟件就是基于舊有平臺(tái)開發(fā)的，其實(shí)際效果并不輸于全新的儀器。據(jù)介紹，軟件的成本只是相當(dāng)于一臺(tái)新儀器的10%，而且還能大大降低儀器企業(yè)研發(fā)新儀器硬件組合的成本，并且能有效地利用舊有產(chǎn)品的硬件能力，可以說是消費(fèi)者最能接受的一種模式。

　　而對(duì)于曾經(jīng)在SI計(jì)劃中扮演重要角色的安捷倫來說，軟件更新儀器計(jì)劃實(shí)施得更為徹底。安捷倫利用LXI在儀器聯(lián)網(wǎng)方面的優(yōu)勢(shì)，推出多種附加軟件的服務(wù)器版本，通過授權(quán)許可的方式將一臺(tái)臺(tái)儀器終端看作是一個(gè)軟件平臺(tái)，根據(jù)不同測(cè)試需求下載相應(yīng)軟件進(jìn)行不同測(cè)試應(yīng)用。也許用不了多久，對(duì)于測(cè)試需求旺盛的大公司來說，需要的可能將只是上百臺(tái)測(cè)試儀器終端，通過服務(wù)器的方式將所有可能用到的測(cè)試軟件集中到一臺(tái)服務(wù)器上，通過購買每個(gè)軟件若干個(gè)授權(quán)許可，可以讓所有儀器終端享受到全部的軟件服務(wù)。這樣整個(gè)公司等于同時(shí)購買了上百臺(tái)所有的儀器，成本上的節(jié)約不言而喻。當(dāng)然，這里的軟件可以下載到儀器上，根據(jù)即時(shí)使用該軟件數(shù)量與許可數(shù)來判斷下一個(gè)用戶是否可以有權(quán)使用軟件。鑒于一個(gè)公司對(duì)某個(gè)軟件的同時(shí)使用可以進(jìn)行有效的調(diào)度，因此，一般對(duì)于百臺(tái)左右的儀器網(wǎng)絡(luò)來說，一個(gè)軟件只需要購買10個(gè)以下授權(quán)許可就足以滿足整個(gè)公司的使用要求，這無疑節(jié)省了大量的軟件成本。此外，單臺(tái)儀器還可以設(shè)定許可時(shí)間，將軟件下載到本地后斷開網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立使用，這個(gè)限制以許可時(shí)間為準(zhǔn)，而服務(wù)器上的這個(gè)許可就在許可限制時(shí)間內(nèi)不再有效，待時(shí)間結(jié)束許可重新有效。

　　目前，后植入軟件在儀器中的應(yīng)用還處在一個(gè)初級(jí)的階段，并沒有徹底改變儀器現(xiàn)有的生產(chǎn)格局，但已經(jīng)有越來越多的儀器廠商開始頻繁地用軟件更新來代替硬件新儀器的發(fā)布，這種趨勢(shì)將會(huì)越來越多地影響測(cè)試工程師的消費(fèi)觀念和測(cè)試儀器行業(yè)的格局。正如安捷倫科技的一位高層談到，安捷倫可以不介意也很希望未來的一天變成一家以提供測(cè)試軟件為主的公司。