DIY方式自力更生構建測量裝置(06-100)

　　集成電路自1960年代研發成功，經過幾十年的經驗積累，它的發展軌跡由摩爾定律作出總結，集成度每18個月增加一倍。與此相對應，表現為邏輯電路的時鐘頻率每兩年提高一倍。測量儀器作為電路開發工具，必須與時共進，不斷擴展頻率，帶寬也要每兩年提高一倍。根據統計，數字示波器表現出色，帶寬從1GHz提高到16GHz只用去六年時間。示波器是電路開發中最常用的測量工具，測量儀器供給商可用高投入來獲得高回報。目前帶寬1GHz的產品售價約1萬美元，帶寬10GHz的產品售價在5萬美元，這樣的價位只有高級實驗室才能用得起，一般實驗室和生產車間只能望而卻步。

　　信息技術、數字通信、光纖網絡、消費電子推動集成電路的迅猛發展，特別是溝通數字域和模擬域之間的A/D和D/A轉換器、處理RF前端的信號調理器、RF數字變頻器等芯片變為批量生產。十年前頻率1GHz以上的芯片絕大部分屬專用產品，現在頻率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。為了實現數據交換和電子產品的互操作性，通信協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、多芯纜線均有現貨供應。計算技術的發展使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建測量儀器提供良好的物質基礎。

　　經過幾十年的實踐，測量儀器設計人員已經總結一套可在二十一世紀持續發展的路線圖。值得介紹的是美國國防部制訂的新一代測試規劃，目標是將各軍種兵種的不同結構的自動測試系統，用統一合成的儀器所取代。合成儀器主要由上變頻器、下變頻器、數字化器和高速I/O四種模塊組成硬件，再由軟件平臺構建成用戶定義的自動測試系統。合成儀器的四大模塊的內容和接口尚未定型，一種合成儀器的方框圖如圖1所示，它是根據信號發生器、頻譜分析儀、頻率計數器、網絡分析儀、數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(SoC)芯片來實現。從2000年開始，美國測量業界的著名公司已開發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言權。

　　如果我們從合成儀器的概念出發，在市售的集成電路中選擇集成度高、性能優異的產品，從而自力更生構建適用、經濟的專用測量儀器，用來代替特性全面，售價昂貴的通用測量儀器?；仡櫆y量儀器的發展過程可知，早期的電子應如果我們從合成儀器的概念出發，在市售的集成電路中選擇集成度高、性能優異的產品，從而自力更生構建適用、經濟的專用測量儀器，用來代替特性全面，售價昂貴的通用測量儀器?；仡櫆y量儀器的發展過程可知，早期的電子應用比較簡單，電路設計者借助數量不多的電子元器件的測量工具。后來，電子應用越來越復雜，電路設計者專注于產品，測量儀器衍生成獨立的專業。到了集成電路階段，測量儀器業界興旺，自成體系，人才專業化，元器件專用化，第三方很難參與競爭。