测试设备发展综述公开.doc

1 测试设备发展的四个阶段1.1 模拟仪器:20世纪50年代以前,电测量技术主要是模拟测量,此类仪器的基本结构是电磁机械式,主要是借助指针来显示测量结果1.2 数字仪器:20世纪50年代,数字技术的引入和集成电路的出现,使电测仪器由模拟式逐渐演化为数字式,其特点是将模拟信号测量转化为数字信号测量,并以数字方式输出最终结果,适用于快速响应和较高准确度的测量这类仪器目前相当普及,如数字电压表、数字频率计等1.3 智能仪器:出现于20世纪70年代,是现代测试技术与计算机技术相结合的产物它是含有微计算机或微处理器的测试仪器,测量结果具有存储、运算、逻辑判断及自动操作、自动控制等功能,即具有一定智能作用,故将其称之为"智能仪器"智能仪器将传统数字仪器中控制环节、数据采集与处理、自调零、自校准、自动调节量程等功能改由微处理器完成,从而提高测量精度和速度1.4 虚拟仪器:这一概念早在20世纪70年代就已提出,但真正得以实现则是在PCI、GPIB、VXI、 PXI等总线标准出现之后才变为可能,并随着卡式仪器、VXI 总线仪器、PXI总线仪器等的推出而得到迅速发展虚拟仪器是在计算机基础上通过增加相关硬件和软件构建而成的、具有可视化界面的仪器。

虚拟仪器是现代计算机技术与仪器技术完美结合的产物,软件在仪器的开发和使用的全过程中起着至关重要的作用,可以说没有了软件就没有虚拟仪器它基于"软件就是仪器"的思想,利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能,真正实现由用户自己设计和定义满足自己特殊要求的仪器以太网的发展为基于网络的测试系统提供了平台,也成就了LXI的诞生20XX 9 月 VXI 科技公司和安捷伦联合推出一种新的基于工业以太网的总线规范—LXILXI 标准用以太网作为系统的骨干,无需 VXI 或 PXI 方式的机箱LXI联盟于 2005 年 10月通过了 IEEE1588 协议,为 LXI 网络化虚拟仪器的设计与实现提供了标准未来的总线将会向专业化和大众化方向发展,因此,在LXI仪器还未完全占领市场之前,VXI、 PXI 和 USB等都将成为市场的主流总线技术随着信息高速公路和仪器技术的进一步发展与结合,基于Internet 的远程测控是现代测试技术和虚拟仪器技术的发展方向之一2  总线接口技术总线是所有测试系统和故障诊断系统的基础和关键技术,是系统标准化、模块化、组合化的根本条件,国内外都是依据总线系统来组建各类测试系统,以确保硬件、软件、系统级的兼容性、互换性和重构功能,研究和开发总线系统是设计、研制开放式体系结构的核心任务,也是测试系统技术研究的关键技术。

2.1 测试总线发展历程简述当计算机技术进入测试与测量领域,为了简化测试系统结构,引入总线技术,并将总线技术应用于自动测试系统,使总线与测试系统融为一体,总线本身也成为测试系统的主要组成部分采用总线结构便于仪器和设备的扩充,尤其制定了统一的总线标准则更容易使不同设备间实现互连,而测试总线技术日新月异的发展,直接影响着自动测试系统技术的发展水平测试总线技术的发展历程如图1所示70年代提出了GPIB总线技术采用GPIB总线连接的仪器测试系统解决了通用测试仪器与计算机之间的互连问题,实现了测试结果的数字化和计算机信息化80年代为解决测试设备和计算机之间通信连接影响整个测试系统性能的问题,提出了不同的测试总线技术VXI和PXIVXI和PXI背板测试总线易于产生各种同步、控制和测试所需的各种激励信号,易于同时输入和测试多路开关量信号和模拟量信号,因此,基于VXI和PXI的总线测试系统的测试能力大大增强,测试范围也得到了极大的拓展,特别是大大地增强了对现代多输入多输出数字电路的测试能力20XX推出的LXI总线,将局域网〔LAN技术应用于自动测试领域,提出了解决测试平台和测试设备之间接口总线定时、同步、控制和数据传输等问题的新方法,易于实现对分布式被测设备的测试。

未来测试总线的发展趋势,将是通过互连网或专用测试网将不同空间、不同的测试系统集合于一个测试系统平台,将测试资源〔包括硬件和软件和信息最大化利用,完成更全面更精确的测试任务GPIB < General Purpose Interface Bus> 通用仪器接口总线是由美国HP 公司最先提出, 后经国际电工委员会< IEC> 认可, 美国电气与电子工程师学会< IEEE>于1975 年正式颁布了标准文件ANSI2MIC1. 121975 , 1987 年6 月IEEE 又通过了升级文本IEEE488. 2,对代码、格式、通用命令等做了很多扩充GPIB 接口系统通常可连接的器件的数目最多为15 台, 这是由接口电路负载能力的限制所决定的数据最大传输路径总长为20m , 或者是器件数乘以2m ,二者取最小者当传输距离超过此值时, 必须采用专用的距离扩展器, 利用距离扩展器传输距离可达1000m 以上GPIB 标准接口一问世就得到了人们的重视, 其应用也得到迅速发展作为GPIB 发源地的美国HP 公司及Fluke 等大公司,他们生产的仪器几乎都装备有通用接口, 国内带有这种接口的仪器也在不断发展, 作为一种测试手段, 通用接口技术已深入到各个领域。

产品繁多的Solartron 公司, 数字仪表的出厂检验装置就是GPIB 系统; 法国Schlum2berger 公司生产的大规模集成电路、印刷电路板测试装置也是利用GP2IB 总线组建的作为一种通用接口技术,GPIB 为系统的组建提供了非常便利的手段, 利用它组建的系统方便灵活, 适应性强; 但由于这种系统的组建方式采用积木式结构, 当所需组建的系统较为复杂、器件较多时, 最终组成的系统就会非常庞大, 只适用于固定场合的测试同时, 由于受最多器件数目的限制, 大的系统组建起来就非常困难这些不利条件大大地限制了它在军事领域的应用, 尤其是后来军用测试设备推广模块化、便携化后, 人们开始逐渐把目光移到了更新的总线系统上然而, GPIB 作为一种在世界范围内得到认可的标准接口技术, 而且几乎目前国内外生产的所有通用仪器都带有这种接口, 系统组建起来较简单, 调试周期也短, 因此在一些中小型军用测试系统中仍占有重要的地位VXI 总线是一种更新型的总线标准, 是计算机技术和集成电路技术发展到一个新阶段的产物它是一种在世界范围内完全开放的模块化仪器总线系统, 集GPIB 和VME 总线精华于一身,吸取了VME 计算机总线高速通讯和GP2IB 仪器易于组合的优点, 集中了智能仪器、个人仪器和自动测试仪器的很多特长, 具有小型便携、高速数据传输、模块化结构、组建系统灵活方便、易于充分发挥计算机效能和标准化程度高等优点。

因此, VXI 总线问世以来, 在全世界得到了迅速发展和推广VXI 系统在制定其硬件结构标准的同时, 也推出了相应的软件结构标准VPP < VXIPlug&Play> VPP 标准要求VXI产品的制造商不仅要向用户提供VXI 模件, 还要提供VXI 模件的底层驱动程序和满足VPP 标准的用户应用程序<如虚拟仪器软面板等> 和系统开发程序比如HP 公司生产的每块VXI 模件,都有相应的模块驱动程序和软面板, 并提供可视化的开发系统HP2VEE 子程序程序员所作的工作就是编写测试流程, 运用简单的命令调用VXI 模件的功能完成测试目的, 这样就大大简化了用户组建VXI 测试系统的作由于VXI 总线已被美国电气及电子工程师协会< IEEE> 批准为IEEE21155 标准, 并被世界上绝大多数仪器生产厂家所接受, 已经成为世界上最为通行的数字仪器标准总线PXI 是PCI 在仪器领域的扩展< PCI Extensions for Instrumentations> 作为一种总线体系结构,它于1997 年由美国国家仪器公司 发布PXI 将Compact PCI 规范定义的PCI 总线技术发展成适合于实验、测量与数据采集场合应用的机械、电气和软件规范, 从而形成了新的总线体系结构。

制定PXI 规范的目的是为了将台式PC 的性能价格比优势与PCI 总线面向仪器领域的必要扩展完美地结合起来, 形成一种主流的测试平台PXI 这种新型模块化仪器系统是在PCI 总线内核技术上增加了成熟技术规范和要求而形成的它通过增加用于多板同步的触发总线和参考时钟、用于进行精确定时的星形触发总线、以及用于相邻模块间高速通讯的局部总线来满足实验和测量用户的要求PXI 规范在Compact PCI 机械规范中增加了环境测试和主动冷却要求, 以保证多厂商产品的互操作性和系统的易集成性PXI 将Microsoft Windows NT 和Microsoft Windows 95 定义为其标准软件框架, 并要求所有的仪器模块都必须带有按VISA 规范编写的WIN32 设备驱动程序, 使PXI 成为一种系统级规范, 保证系统的易于集成与使用基于Compact PCI 工业总线规范发展起来的PXI 系统可以从众多可利用的软、硬件中获益,如运行在PXI 系统上的应用软件和操作系统就是最终用户在通常的台式PCI 计算机上所使用过的软件PXI 通过增加坚固的工业封装、更多的仪器模件扩展槽以及高级触发、定时和高速边带通讯性能更好地满足了仪器用户的需要。

PXI 较高的性价比对很多用户有着较大的吸引力, 缺点是通用模块较少, 原因是PXI 目前尚未被IEEE 所认可, 一些大的仪器公司如美国的TEK、HP 等公司一直对该总线系统保持沉默2.2 测试总线分类测试总线按其结构功能和性质的不同,可以分为内部总线和外部总线内部总线传输延时一般比外部总线小,且内部总线带宽一般比外部总线带宽大但是,外部总线一般配置比较灵活,使用起来一般比内部总线方便许多外部总线传输延时一般比较大,如果传输距离太长则必须要有严格的条件限制而内部总线一般数据传输率高,可靠性好、同步和定时精确例如,GPIB、USB、1394总线、LXI总线属于外部总线,VXI总线和PXI总线则属于内部总线外部总线大多数属于串行总线,只适合数据传输和通信,而内部总线多为计算机系统总线,是并行总线,不仅能实现数据传输,还能完成同步、触发定时功能无论测试总线是内部总线或外部总线,都无法取代彼此在测试系统中的地位VXI和PXI内部总线与GPIB、USB、1394和LXI外部总线是不同类别的总线,因此VXI和PXI内部总线在数据处理速度上的优势并不能取代外部总线GPIB、1394和LXI在自动测试系统中接口数据传输的作用,反之亦然,他们之间是一种相互补充的关系。

Agilent公司在推出LXI总线的同时,以满足测试的需要,为自己的各种测试板卡自定义了一种内部总线,目前Agilent公司尚未公布这种总线,因此,这种总线不具有开放性一个测试系统采用何种测试总线要视测试需求而定,如果一个测试系统仅由通用测试仪器组成则可采用GPIB总线系统,大多数仪表都设有GPIB接口；如果被测设备为多路输入输出的数字电路或需要进行数字采样的模拟信号,则需要采用VXI或PXI总线系统；更为复杂的测试系统通常需要将这两类总线结合起来使用,复杂的测试系统的典型组成如图2所示图示测试系统既有内部总线,又有外部总线2.3 总线速度测试总线技术的发展速度越来越快,为满足不断发展的测试应用需求,测试总线速度和信息吞吐量正在日益提高GPIB总线〔IEEE488从最初的1MB/s发展到现在的8MB/s〔HS488；VXI总线也由VXI 1.0版本不断升级到VXI 2.0及VXI 3.0,速度也由40MB/s增到80 MB/s和160 MB/s；PXI也经历了132 MB/s,264 MB/s 和528 MB/s的发展各种常用总线的速度如表-1所示基于LAN技术的LXI总线虽然已成为外部总线发展趋势,但是LXI是否能很好。