在T/R組件測(cè)試中，測(cè)試設(shè)備的日趨復(fù)雜和技術(shù)的漸進(jìn)融合迫使測(cè)試系統(tǒng)需要變得更加靈活。一方面成本的壓力要求測(cè)試系統(tǒng)具有更長(zhǎng)的生命周期，另一方面測(cè)試系統(tǒng)仍須適應(yīng)被測(cè)件隨時(shí)間變化而帶來(lái)的各種變化，并且為了“降本增效”，T/R組件的自動(dòng)化測(cè)試已經(jīng)迫在眉睫。實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的唯一途徑便是采用一種軟件定義的模塊化架構(gòu)，而這就是虛擬儀器。

傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器架構(gòu)比較[1]

虛擬儀器以PC為基礎(chǔ)，以軟件為核心，搭配模塊化儀器（如PXI/PXIe），以更低的成本靈活定制并實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能。用戶通過(guò)定制的軟件實(shí)現(xiàn)更高的靈活性與更長(zhǎng)的生命周期。同時(shí)，用戶還可以利用軟件工具部署自動(dòng)化測(cè)試序列，自動(dòng)執(zhí)行測(cè)試項(xiàng)。

一、虛擬儀器是如何優(yōu)化自動(dòng)化測(cè)試的

1.1 靈活擴(kuò)展功能

除了傳統(tǒng)儀器中的專用組件和電路外，獨(dú)立儀器的一般架構(gòu)與虛擬儀器非常相似。區(qū)別在于靈活性以及可以根據(jù)特定需求修改和調(diào)整的能力。傳統(tǒng)的儀器可能包含用于執(zhí)行特定數(shù)據(jù)處理功能的集成電路；但是在虛擬儀器中，這些功能由在PC處理器上運(yùn)行的軟件執(zhí)行。這樣不僅可以輕松擴(kuò)展功能，而且只要提前寫(xiě)好自動(dòng)化測(cè)試程序，軟件就可以控制測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)化執(zhí)行。

高靈活性軟件自定義儀器[2]

用戶需要并且要求系統(tǒng)能夠不斷適應(yīng)變化，同時(shí)還需要可維護(hù)、可擴(kuò)充的解決方案以便長(zhǎng)期使用。建立以功能強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)軟件（如LabVIEW）為核心的虛擬儀器系統(tǒng)，既可以設(shè)計(jì)出軟、硬件無(wú)縫集成的開(kāi)放式架構(gòu)測(cè)試系統(tǒng)，又能確保測(cè)試系統(tǒng)不僅能在今天使用，在未來(lái)同樣可以輕松集成新技術(shù)，并且根據(jù)新要求在原有基礎(chǔ)上擴(kuò)展系統(tǒng)功能、輕松部署自動(dòng)化測(cè)試。

1.2 高精度定時(shí)和同步

虛擬儀器的硬件部分為模塊化儀器（如PXIe），PXI Express規(guī)范將PCI Express信號(hào)集成到了PXI標(biāo)準(zhǔn)，使得背板帶寬達(dá)到6 GB/s。通過(guò)吸納100 MHz差分參考時(shí)鐘和差分觸發(fā)器，PXI Express也增強(qiáng)了PXI的定時(shí)和同步特性。

在PXI現(xiàn)有的定時(shí)和同步功能基礎(chǔ)上，PXI Express還提供了附加的定時(shí)和觸發(fā)總線，包括100MHz差分系統(tǒng)時(shí)鐘、差分信號(hào)，以及差分星形觸發(fā)等。通過(guò)使用差分時(shí)鐘和觸發(fā)，PXI Express系統(tǒng)增加了對(duì)儀器時(shí)鐘的抗噪聲能力，并能傳輸更高頻率的時(shí)鐘信號(hào)。

PXIe增強(qiáng)定時(shí)與同步功能[3]

綜上所述，虛擬儀器擁有非常高精度的定時(shí)和同步功能，這在自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)中是非常重要的，因?yàn)樵谝粋€(gè)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)中往往就需要多儀器之間進(jìn)行時(shí)鐘同步、同步觸發(fā)等操作。所以，擁有高精度同步和定時(shí)的虛擬儀器在自動(dòng)化測(cè)試中十分具有優(yōu)勢(shì)。

1.3 媲美臺(tái)式儀器的高性能模塊

虛擬儀器中的硬件組成部分——模塊化儀器經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已經(jīng)擁有了幾十種類別和幾千種相關(guān)產(chǎn)品，如此種類豐富的模塊化儀器可以匹配各種測(cè)試測(cè)量的場(chǎng)景。

PXIe模塊化儀器[4]

這些儀器級(jí)硬件的實(shí)現(xiàn)并沒(méi)有犧牲測(cè)量性能。實(shí)際上，通過(guò)模塊化儀器方法設(shè)計(jì)的儀器，包括業(yè)界最高分辨率的數(shù)字化儀、最高帶寬的任意波形發(fā)生器和最精確的7位半數(shù)字萬(wàn)用表。

模塊化儀器性能指標(biāo)[5]

模塊化儀器擁有高集成度、高靈活性、低成本、低功耗等方面的優(yōu)勢(shì)，在這樣的前提下還具有媲美傳統(tǒng)臺(tái)式儀器的性能指標(biāo)，所以使用模塊化儀器對(duì)成本控制、效率要求、質(zhì)量控制、靈活擴(kuò)展等都較為嚴(yán)格的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)來(lái)說(shuō)無(wú)疑是首選。

二、VST讓T/R組件模塊化更高效

2.1 降低系統(tǒng)復(fù)雜度

傳統(tǒng)T/R組件測(cè)試中可能需要用到多個(gè)廠商的各種不同的設(shè)備，并且在多站點(diǎn)進(jìn)行“流水線”測(cè)試。這樣不僅需要占用較大場(chǎng)地，而且由于不同廠商、不同設(shè)備的數(shù)據(jù)交互方式可能不同，這就導(dǎo)致整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)龐大且十分復(fù)雜。

毫米波矢量信號(hào)收發(fā)儀（VST）模塊，可提供高速的優(yōu)質(zhì)測(cè)量，并且其架構(gòu)還可以滿足待測(cè)設(shè)備(DUT)的需求，即使需求不斷發(fā)生變化也不足為懼。VST的核心在于將寬帶矢量信號(hào)發(fā)生器、矢量信號(hào)分析儀、高速數(shù)字接口和功能強(qiáng)大的FPGA整合到一臺(tái)PXI儀器上，以更少的連接整合測(cè)試系統(tǒng)要求并簡(jiǎn)化復(fù)雜的T/R組件測(cè)試。

VST模塊實(shí)物圖[6]

不少T/R測(cè)試應(yīng)用在RF或基帶波形生成和分析之外，還需要額外的I/O。這可能需要使用電源或源測(cè)量單元(SMU)、基于模式的用于DUT控制的數(shù)字設(shè)備，或各種其他模擬、數(shù)字和直流儀器。

由于VST模塊集成了多種測(cè)量?jī)x器為一體，所以在進(jìn)行T/R組件測(cè)試時(shí)只需要使用VST設(shè)備加其他一些模塊化儀器即可匹配測(cè)試需求，這樣大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)復(fù)雜度，而且多臺(tái)模塊化儀器的數(shù)據(jù)交互十分方便，不僅減少場(chǎng)地占用，還將“流水線”測(cè)試變?yōu)樽詣?dòng)化測(cè)試，使用戶的重心可以放在自動(dòng)化測(cè)試軟件的開(kāi)發(fā)上。

傳統(tǒng)T/R測(cè)試系統(tǒng)向自動(dòng)化測(cè)試轉(zhuǎn)變

2.2 提高速度并增強(qiáng)可擴(kuò)展性

在驗(yàn)證和生產(chǎn)測(cè)試環(huán)境中，設(shè)備吞吐量、自動(dòng)化水平和測(cè)試時(shí)間會(huì)直接影響結(jié)果的好壞。VST的硬件和軟件架構(gòu)針對(duì)測(cè)量速度進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)不影響測(cè)量的性能。VST使用的軟件驅(qū)動(dòng)工具，確保用戶可以快速適應(yīng)并享有VST所提供的行業(yè)領(lǐng)先的測(cè)試優(yōu)化服務(wù)。

用戶可以從100多種C、.NET和LabVIEW范例程序中選擇合適的程序，輕松開(kāi)啟儀器自動(dòng)化之旅。VST的驅(qū)動(dòng)API包含高級(jí)參數(shù)，通過(guò)智能優(yōu)化儀器設(shè)置，助您以更少的軟件調(diào)用獲得更優(yōu)的測(cè)量結(jié)果。此外還大大降低了多測(cè)量并行機(jī)制和多DUT測(cè)量的軟件復(fù)雜程度。使用最新的處理器技術(shù)和易于編程的多線程測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)出色的測(cè)量速度，從而縮短測(cè)試時(shí)間。

在LabVIEW和.NET中使用VST驅(qū)動(dòng)API進(jìn)行測(cè)量[7]

作為PXI平臺(tái)的一部分，VST設(shè)備與所有PXI儀器共享相同的基礎(chǔ)資源，從而簡(jiǎn)化了測(cè)試的開(kāi)發(fā)、觸發(fā)和同步過(guò)程，更大限度提高了測(cè)量速度。用戶可以使用用于同步多個(gè)VST的TClk技術(shù)來(lái)同步其他儀器，打造統(tǒng)一的自動(dòng)化測(cè)試和自動(dòng)化測(cè)量解決方案。

集成多種儀器代碼示意圖[8]

三、T/R組件指令控制的優(yōu)秀平臺(tái)——PXI Digital Pattern

PXI Digital Pattern是基于向量的PXI數(shù)字通道板卡，它將ATE級(jí)數(shù)字功能引入到業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的PXI平臺(tái)中。基于向量的PXI數(shù)字通道板卡專門用于測(cè)試各種射頻和混合信號(hào)IC，包括RF前端、電源管理IC以及具有內(nèi)置連接和傳感器的收發(fā)器和物聯(lián)網(wǎng)片上系統(tǒng)。

基于向量的PXI數(shù)字通道板卡可以使用數(shù)字Pattern編輯器，這是一個(gè)用于導(dǎo)入、編輯或創(chuàng)建測(cè)試Pattern的交互式工具。該軟件集成了用于器件引腳圖、規(guī)格參數(shù)和Pattern的編輯表，用以開(kāi)發(fā)或編輯導(dǎo)入的數(shù)字測(cè)試向量和Pattern。

3.1 指令信號(hào)控制

在T/R組件測(cè)試中往往需要多個(gè)端口之間協(xié)調(diào)配合，比如某個(gè)端口在什么樣的狀態(tài)下需要其他端口以什么樣的狀態(tài)來(lái)配合實(shí)現(xiàn)整體功能。基于向量的PXI數(shù)字通道板卡可以利用驅(qū)動(dòng)中集成的數(shù)字Pattern編輯器來(lái)實(shí)現(xiàn)指令信號(hào)控制。

數(shù)字Pattern編輯器可以不僅有配置儀器設(shè)備通道如何與待測(cè)設(shè)備連接，為每個(gè)引腳設(shè)置電壓電平等基礎(chǔ)功能；它還可以用來(lái)定義向量時(shí)間集，設(shè)置邊沿和比較發(fā)生時(shí)間，每個(gè)向量可以定義四個(gè)驅(qū)動(dòng)邊沿以及比較邊沿，這樣可以輕松實(shí)現(xiàn)多通道指令信號(hào)控制。

Pattern邊沿配置時(shí)序圖[9]

3.2 人機(jī)交互友好

傳統(tǒng)T/R組件測(cè)試中往往使用專用的FPGA設(shè)備進(jìn)行指令信號(hào)控制，F(xiàn)PGA編程不僅麻煩，而且復(fù)雜。相比之下，使用基于向量的PXI數(shù)字通道板卡搭配驅(qū)動(dòng)中自帶的軟件工具數(shù)字Pattern編輯器可以無(wú)需編程，只通過(guò)簡(jiǎn)單的配置設(shè)置即可實(shí)現(xiàn)指令信號(hào)控制，這樣做不僅省心省力，而且人機(jī)交互十分簡(jiǎn)便、友好。

Pattern編輯器界面

使用Pattern還有個(gè)好處就是可以快速適應(yīng)T/R型號(hào)迭代或邏輯變更，一旦出現(xiàn)變化只需要在配置表中更改對(duì)應(yīng)配置后保存即可。傳統(tǒng)的FPGA遇到這類變化可能需要大量修改代碼后重新編譯、生成和部署。

3.3 無(wú)縫接入控制程序

PXI Digital Pattern在LabVIEW里有一套獨(dú)立的API，可以支持在LabIVEW中使用編程的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)指令交互控制。前面提到的軟件工具數(shù)字Pattern編輯器也可以支持在LabVIEW中通過(guò)API直接調(diào)用，這樣就可以在Pattern編輯器中編輯好指令信號(hào)控制表，在控制程序中無(wú)縫接入。LabVIEW提供了大量范例，使軟件編程也比較友好，讓初學(xué)者也能很快上手。

LabVIEW調(diào)用Pattern編輯器范例[10]

四、總結(jié)

模塊化的VST設(shè)備和基于向量的PXI數(shù)字通道設(shè)備在助力T/R組件自動(dòng)化測(cè)試中都發(fā)揮出了重要作用。虛擬儀器通過(guò)共享組件、高速總線和開(kāi)放的用戶定義軟件助力T/R測(cè)試系統(tǒng)擁有更高的性價(jià)比、更具開(kāi)放的靈活性、更高的測(cè)試效率、更高的集成度。使用虛擬儀器搭建測(cè)試系統(tǒng)可以輕松實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化“黑燈測(cè)試”。所以，虛擬儀器已經(jīng)成為當(dāng)下T/R組件自動(dòng)化測(cè)試需求的最合適的選擇。

虛擬儀器基于平臺(tái)的自動(dòng)化測(cè)試方法[11]

結(jié)語(yǔ)在這篇文章中，我們?cè)敿?xì)介紹了T/R組件虛擬儀器自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)中的兩大法寶——VST和Pattern。VST系列產(chǎn)品作為射頻測(cè)試和測(cè)量的利器，為T/R組件測(cè)試系統(tǒng)的高效自動(dòng)化射頻測(cè)試提供了可靠的支持；Pattern系列產(chǎn)品提供高精度可編輯的指令信號(hào)控制。兩大法寶相輔相成，借助虛擬儀器平臺(tái)共同助力T/R組件測(cè)試。

審核編輯：彭菁