合成儀器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　SMARTE5000系統(tǒng)在總體設(shè)計(jì)方案中著重解決的硬件和軟件問(wèn)題包括：

　　· 專用的合成機(jī)柜——不但能夠安裝商業(yè)現(xiàn)貨的LXI模塊儀器，而且能夠安裝不同供應(yīng)商和不同工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的臺(tái)面或模塊儀器(GPIB、PCI、PXI等)。以便構(gòu)成容納多種接口標(biāo)準(zhǔn)的混合系統(tǒng)平臺(tái)，便于選擇性能價(jià)格比最高的商業(yè)現(xiàn)貨儀器，構(gòu)成可用性最高的合成系統(tǒng)硬件。

　　· 系統(tǒng)級(jí)軟件環(huán)境——柔性軟件和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)軟件至關(guān)重要，故采用包括Windows、C/C++和國(guó)家儀器公司的Test Stand編程軟件，還有高效率的測(cè)試程序庫(kù)，內(nèi)置具有個(gè)人特征的專用測(cè)試程序等。它們保證系統(tǒng)級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)、驗(yàn)證、診斷和應(yīng)用可獲得快速升級(jí)和達(dá)到整體指標(biāo)。

　　· 系統(tǒng)級(jí)硬件和系統(tǒng)級(jí)軟件的緊密結(jié)合——SMARTE5000的開放式結(jié)構(gòu)，便于由用戶、系統(tǒng)集成商實(shí)現(xiàn)多功能擴(kuò)展和自適應(yīng)重新配置，對(duì)任何應(yīng)用都能夠提供最佳測(cè)試狀態(tài)。目前SMARTE5000達(dá)到如下指標(biāo)：

　　◇ 系統(tǒng)的兩個(gè)激勵(lì)和測(cè)量通道的最高頻率達(dá)到40GHz，另外可擴(kuò)展成為多通道的并行激勵(lì)和并行測(cè)量，或者使用非合成儀器通道。

　　◇ 高度可配置的基帶、窄帶和寬帶響應(yīng)能力，快速調(diào)諧的本地振蕩器，AM、FM、PM和任意波形的載波調(diào)制。

　　◇ 標(biāo)準(zhǔn)功率輸出和測(cè)量程是-90dBm至+10dBm，分辨率優(yōu)于0.1dB，采用功率放大器選項(xiàng)可擴(kuò)大量程。

　　◇ 提供連續(xù)波和脈沖調(diào)制波的包絡(luò)、平均、峰值、頻譜功率測(cè)量，S參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量，具有高吞吐率和高測(cè)量速度。

　　◇ 為衛(wèi)星、雷達(dá)、電子對(duì)抗相控陣收/發(fā)器、ATS平臺(tái)提供專用子系統(tǒng)和交鑰匙工程。

PXI/PXIExpress合成儀器系列

　　在測(cè)試測(cè)量?jī)x器業(yè)界的四種儀器總線標(biāo)準(zhǔn)中，GPIB總線將由LXI總線取代，VXI總線將由PXI總線接替。如果今后幾年內(nèi)沒有新的儀器總線標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)，則LXI和PXI兩種儀器總線必然是合成儀器首選的接口。安捷倫公司是開發(fā)LXI總線的主要機(jī)構(gòu)，并領(lǐng)先其它對(duì)手推出完整的基于 LXI總線的合成儀器ATS系統(tǒng)，已經(jīng)交付美國(guó)海軍使用。2007年底，艾法斯公司也完成基于LXI總線的Smarte5000合成儀器ATS系統(tǒng)。國(guó)家儀器公司是PXI總線的原創(chuàng)機(jī)構(gòu)，早期目標(biāo)是中小型ATS系統(tǒng)，以國(guó)家儀器為首的PXI系統(tǒng)聯(lián)盟雖然擁有1400多種模塊，但使用頻段集中在3GHz以下，不能滿足國(guó)防/航天應(yīng)用的微波/RF頻段。2007年P(guān)XI系統(tǒng)聯(lián)盟采取三種有效辦法，促進(jìn)PXI總線模塊儀器向微波/RF頻段和大型ATS系統(tǒng)發(fā)展。首先擴(kuò)大機(jī)箱和板卡尺寸，由2U增加至3U，其次是PXI總線升級(jí)至PXIExpress總線，還有，采用PXIExpress電纜作為機(jī)箱-機(jī)箱，機(jī)箱-計(jì)算機(jī)主機(jī)之間的連接電纜。這些辦法為PXI儀器進(jìn)入大型ATS系統(tǒng)，亦即為實(shí)現(xiàn)合成儀器的ATS系統(tǒng)掃清障礙。目前，國(guó)家儀器公司聯(lián)手相位矩陣(Phase Matrix)公司和BAE Systems(英國(guó)航空航天系統(tǒng))公司共同開發(fā)基于PXI/PXIExpress模塊儀器的合成儀器ATS系統(tǒng)。

　　國(guó)家儀器公司的實(shí)力在于LabVIEW等圖形編程軟件和數(shù)字化儀、PXI總線控制器等硬件，而且擁有多種多樣的PXI模塊儀器。相位矩陣公司在開發(fā)頻率合成器，以及開發(fā)VXI和PXI的上、下變頻器方面具有豐富經(jīng)驗(yàn)，曾經(jīng)制成以VXI/PXI模塊為主的合成儀器樣機(jī)。BAE系統(tǒng)公司更是名列全球第二國(guó)防防務(wù)公司，為宇航和海陸空三軍提供系統(tǒng)集成服務(wù)，年?duì)I業(yè)額超過(guò)500億美元。它們?nèi)夜径加邢蚝铣蓛x器ATS系統(tǒng)市場(chǎng)進(jìn)軍的要求，2007年簽訂合作協(xié)議，開發(fā)最高頻率26.5GHz的微波/RF頻段，以PXI/PXIExpress模塊儀器作平臺(tái)的合成儀器ATS系統(tǒng)，將在2008年底完成原型機(jī)。三家公司的具體分工如下：

　　· BAE系統(tǒng)承擔(dān)合成儀器子系統(tǒng)，DSP軟件編程，全系統(tǒng)的校正，以及系統(tǒng)集成。
　　· 相位矩陣承擔(dān)25.6GHz的上/下變頻器，微波/RF開關(guān)和任意波形發(fā)生器。
　　· 國(guó)家儀器承擔(dān)LabVIEW/labWindows編程軟件，PXI平臺(tái)，高速I/O卡和數(shù)字化儀。

　　合成儀器ATS系統(tǒng)的組成框圖如圖2所示，圖中上面部分稱為激勵(lì)(SHE)子系統(tǒng)，下面部分是測(cè)量(MHE)子系統(tǒng)，中間是被測(cè)單元(UUT)，左邊是作為系統(tǒng)控制器的PC主機(jī)。測(cè)量系統(tǒng)采用國(guó)家儀器公司的PXI-1045機(jī)箱，除了嵌入式控制器占用插槽1之外，還有插槽2~17可供其它PXI模塊儀器使用。

圖2 合成儀器ATS系統(tǒng)的框圖

　　應(yīng)該注意，RF輸入的最高頻率是25.6GHz，根據(jù)混頻器性能的不同，MHE測(cè)量子系統(tǒng)還可輸入高至50GHz的mm波頻率?，F(xiàn)今，數(shù)字化儀的取樣率通常在1GS/s以上，使用PXI接口和多芯電纜，已無(wú)法滿足分辨率8位、2GS/s取樣率的數(shù)據(jù)在SHE激勵(lì)子系統(tǒng)與MHE測(cè)量子系統(tǒng)之間傳輸。這類高速數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)處理和極短延時(shí)，并行傳輸?shù)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/PXI接口">PXI接口不能滿足要求。為此相位矩陣公司準(zhǔn)備使用電纜式PXIExpress(即Cabled PXIe)接口，它的數(shù)據(jù)由一根單芯細(xì)電纜作串行傳輸，每通道可傳輸2.5Gb/s，有效流量達(dá)到800Mb/s，一個(gè)電纜式PXIe接口支持4通道。雖然目前還未公布電纜式PXIe標(biāo)準(zhǔn)，但是國(guó)家儀器公司已可提供樣品。第二代傳輸速度更高的電纜式PXIe接口，每通道可傳輸5Gb/s，有效流量達(dá)到1.6Gb/s，每個(gè)接口支持4通道，國(guó)家儀器公司可提供實(shí)驗(yàn)樣品。為了實(shí)現(xiàn)SHE激勵(lì)子系統(tǒng)與MHE測(cè)量子系統(tǒng)的高速數(shù)字鏈路，需要每個(gè)子系統(tǒng)分別安裝一個(gè)16通道的第一代電纜式PXIe接口，或者8通道的第二代電纜式PXIe接口。

　　與現(xiàn)今最流行的PC通用串行外設(shè)USB接口的傳輸速度480Mb/s，或者LXI接口的串行傳輸速度10/100Gb/s相比，電纜式PXIe接口的串行傳輸速度10Gb/s(第一代)和20Gb/s(第二代)屬于相當(dāng)先進(jìn)產(chǎn)品。因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/LXI接口">LXI接口的以太網(wǎng)采用銅纜時(shí)傳輸速度是10Gb/s，要采用光纖才達(dá)到100Gb/s。此外，基于PXI/PXIe的合成儀器ATS系統(tǒng)只用兩個(gè)2U尺寸的18插槽機(jī)箱，其體積、重量和功耗都比基于LXI模塊的合成儀器ATS系統(tǒng)更勝一籌。如果整體電學(xué)性能可與LXI模塊儀器相比擬，則PXI/PXIe模塊儀器將在合成儀器占有一席之地。

結(jié)語(yǔ)

　　本文簡(jiǎn)介三種不同平臺(tái)的微波/RF合成儀器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，即基于LXI接口平臺(tái)、混合接口平臺(tái)和PXI接口平臺(tái)和模塊組成的SI-ATS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)思和特性，由此可以了解到合成儀器和系統(tǒng)的最新進(jìn)展。

參考文獻(xiàn)：

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　　2  Aeroflex SMARTE true synthetic test environment transforms synthetic test from dream to reality, Aeroflex News Sept 2007.
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