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  • 利用新型合成儀器解決系統級測試難題
    責任編輯:chineselng    瀏覽:1956次    時間: 2008-04-07 19:05:15      

    摘要: 當今世界電子元件及產品正在加速發展,在大多數商業應用中,從設計到生產的周期現已縮短為只有六個月。而且,設備的內容及拓樸結構已經從單一功能元件遷移到多功能元件,進而還會遷移到整個子系統和系統中,在遷移時通常采用單個組件方案的形式(例如,用于智能電..

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     當今世界電子元件及產品正在加速發展,在大多數商業應用中,從設計到生產的周期現已縮短為只有六個月。而且,設備的內容及拓樸結構已經從單一功能元件遷移到多功能元件,進而還會遷移到整個子系統和系統中,在遷移時通常采用單個組件方案的形式(例如,用于智能電話和iPhone 之類的設備)。現在,對于多載波功率放大器 (MCPA) 和軟件定義的無線電 (SDR) 而言,直接軟件控制和設備配置已司空見慣。例如 RFIC 之類的設備只能在混合信號環境中及實時條件下操作和測試。

      鑒于所有上述考慮,能滿足這些特性和需求的理想測試設計和制造 (DFT&M) 測試解決方案便迅速應運而生。通過“合成”儀器,我們可順利地提供和滿足這些特性和需求。很簡單,與靜態堆砌式測試系統不同,合成儀器能夠隨著在被測設備 (DUT) 的發展進行系統性變化。

      合成測試

      傳統的測試系統供應商將多個臺式儀器或特定的儀器模塊組合在一起,然后在這些儀器和產品之間使用相應的互連纜線和連接器將它們堆砌起來。然后,供應商添加軟件,用這些軟件調用嵌入在這些儀器中的可用功能。在測試系統的發展過程中,這種方式通常被稱為“堆砌式”測試。現在,人們通常在單機配置中采用這些傳統的儀器,或將它們用作測試系統的一部分,包括示波器、數碼萬用表、頻譜分析儀和頻率計。

    圖1正在接受測試的設備從系統到合成測試環境的無縫過渡


      合成儀器通過結合軟件應用程序編程接口 (API) 測量算法、硬件模塊和基于儀器核心功能架構的系統級校準軟件,將傳統儀器中的信號激勵和分析能力進行“合成”。合成儀器的概念已植根于當今無線測試的各個領域,如雷達及電子戰 (EW) 發射機和接收機、軟件無線電、移動/手持設備及電話、無線基礎設施、元件和子系統以及其它通信系統中設計。

      這種合成架構還增強了對測試系統的升級能力,以及系統化處理設備過時報廢問題的能力。在出現需要升級或報廢設備的情況時,只需添加或替換直接受影響的功能塊,而不必更換整套儀器或相關的測量及測試應用程序。這樣就能減少處理報廢儀器的成本,還能降低相關的技術風險。

      在采用合成系統后,就能通過使用模塊化硬件組件、系統軟件和模塊化測量及應用軟件建立多種信號類型,包括數字、模擬、電源、射頻和微波信號。合成系統的架構提供了獨特的能力,既可以單獨也可以同時控制模塊,充分對硬件、測量庫及應用程序功能加以利用。該系統還能保護獨立于硬件的軟件測量庫在硬件功能的發展過程中免受重新開發的風險。

    圖2多個測試系統與一個可伸縮具有適應性的合成測試環境之比較


      合成系統能解決多個行業的測試難題。合成系統的定義是將模塊化硬件和軟件組件結合在一起,形成一種新的功能強大的測試儀器,與傳統的一個盒子只能提供一種測試功能的堆砌式儀器相比,這一技術具有獨特的優勢。合成系統的架構使用戶可以利用多個并行通道;因此,與傳統的堆砌式配置相比,可將測試時間和產量提高四倍到十倍。

      合成測試系統的關鍵優勢

      ● 減少每個測試單位的成本
      ● 縮短測試時間,并提高測試產量
      ● 減少測試設備的需求和測試系統的配置
      ● 提高測量速度和測量的準確性
      ● 簡化系統級的校準工作
      ● 減少投資、維護和擁有成本
      ● 減少產品的報廢和升級問題
      ● 提供適用于下一代測量算法開發的平臺
      ● 平臺的獨立性及系統重復使用模型
      ● 從系統硬件和軟件配置中提取測試應用程序和測量軟件

      合成系統能減少升級問題和產品報廢問題。可根據需要完整和獨立地替換硬件、系統軟件、應用程序和測量功能架構塊。這樣可減少升級成本以及可能會影響到測試應用程序配置的系統集成風險。

      合成系統還解決了重新校準的問題,這一問題是由于設備允許將校準和功能測試環路直接編程到系統功能塊中而產生的。合成系統允許在運行時連續執行校準程序,從而不必預先規劃重新校準指定系統通常所需的停機時間。此外,這種連續的嵌入式校準能力還增強了測試系統的總體完整性。

      合成架構還提高了對測試系統進行升級及系統化地處理設備報廢問題的能力。在出現需要升級或報廢設備的情況時,只需要添加或替換直接受影響的功能塊,而不必更換整套儀器或相關的測量及測試應用程序。這樣就能減少處理報廢儀器的成本,還能降低相關的技術風險。

    圖3Aeroflex合成測試系統圖中顯示的Aeroflex SMART^E合成測試系統的配置為在相控陣雷達測試中使用的收發模塊圖左側顯示儀表門已關閉圖右側顯示儀器配置


      合成儀器的概念對待硬件的方式與面向對象的編程技術對待軟件“模塊”的方式一致。因此,面向對象的軟件與合成儀器的方法能很好地配合。高級合成方式利用與功能硬件模塊“一對一”關聯的軟件對象。此外,此類方法還采用了與軟件對象一樣的激勵和分析算法。這種將與功能硬件模塊相關的所有必需信息封裝到一起的方式,使智能軟件可以很容易地將各個模塊組合到不同的配置中,然后確定最終的激勵或分析能力。簡言之,如果知道了每個模塊的傳輸功能,就能將它們組合在一起,創建出復雜的激勵或測量模式。由于模塊被當作對象,因此對象中可同時存在一組或多組校準系數。這樣就可以在多種方式組合模塊的同時還能保持高質量、敏感度的系統級校準。

     這種面向對象的方式還有其它優勢,例如,可對測試系統和 DUT 提供綜合診斷和故障預測。在使用順序編程技術的傳統測試系統中,很難進行綜合診斷。現在,智能軟件通過面向對象的合成系統方式,能夠很容易地監測操作狀態以及硬件和軟件對象的狀況,以提供實時診斷信息。在系統中添加的趨勢功能還能提供故障預測能力。

      合成系統環境是一種獨立于硬件平臺及接口的環境。由于硬件和軟件模塊之間的接口均被視作插入式對象,因此解決方案供應商有能力混合 PXI、LXI、PCI、PCI-X、VXI、GPIB、以太網、USB 或任何其它通信總線,包括交換光纖架構。

      硬件配置是從軟件組件和模塊中抽取而來,提供了根據需要重新配置測試系統的能力。正是由于合成系統的出現,才產生了一種超強系統架構,使系統的重復使用和可伸縮性成為可能。

      使用合成測試系統的方式

      這種理想的 DFT&M 解決方案 (圖 1)提供了 DUT 在接受測試的同時仍保持正常功能及通信所需的所有數據和控制接口、操作、模擬及仿真特性(即測試環境),就像被嵌入實際系統環境中一樣。

      隨著 DUT 集成度和復雜程度的提高,由測試環境 (TE) 處理的操作行為、通信模式、功能狀況和數據類型必須能夠通過重新配置軟件以及重新分配動態測試資源來進行相應的調整。

      假定 DUT 內有多個內部和外部 I/O(接口)過程同時發生,則 TE 必須能夠執行多個受到準確控制及精確同步處理的復雜測量活動。通常這種情況都是實時發生在相同的取樣和處理數據塊中,不會喪失整體激勵、響應和數據流處理的連續性。這種同時發生且精確同步的過程確保了測試結果的因果關系,而且接受控制和分析的參數的行為可保持一致。同步過程還可為 DFT&M 工程師提供準確可靠、高度確定性和關聯的數據和信息。

      鑒于 DUT 的開發周期正隨著不斷提高的快速上市需求而縮短,測試系統是否能夠提供所有測試環境功能就成為至關重要的問題,這些功能主要針對 DUT 的可行性評估、開發、集成、檢驗、生產和可維護性等各個階段。無論是從測試資源(即人力和設備)的經濟性還是可用性角度來看,對現代 DUT 使用周期的各個不同階段提供多個/單獨的測試設備和測試組是不切實際的。隨之而來的需求就是設計一種由合成解決方案和資源組成的測試和制造測試環境,這種測試環境能夠動態、無縫地根據 DUT 使用周期的不同階段進行相應的調整,并且具有成本效益(圖2)。

      由于 DUT 的集成度和復雜程度不斷提高,而開發周期不斷縮短,要求傳統測試設備提供高度專門化、實用和最新的測試功能、程序和相關結果(例如,傳統儀器上的按鈕和數據顯示類型)就變得越來越難。而測試解決方案中將包括利用基本測量數據庫的可配置軟件的測量控制臺,從而使 DFT&M 工程師能通過簡單的腳本、圖形和其它人機接口技術進行修改、集成、排序和增強,以更好地適應新 DUT 的最新測試需求。基于上述原因,在 DUT 和 TE 之間出現功能和控制/數據 I/O 交互水平的提高是不可避免的。這就需要更加通用、集成度更高的線路圖,并且在 DUT 開發人員和 TE 供應商之間有更緊密的合作。

      應該認識到 DUT 開發人員將 IP 測試核 (IPTC) 嵌入到設備中已有多年,雖然我們通常都不會明確地承認這一點。當這些 IPTC 支持低水平的機內測試 (BIT) 功能時,實際上就變得相當簡單。但當 IPTC 用于支持外部激勵和控制的邊界測試功能時,就會變得較為復雜,此時可通過限制 I/O 層面的交互作用,使用多個向量和組合來驗證 DUT 的整體性能。這種情況在軟件定義設備中正在變得更加常見,因為軟件定義設備的測試接口大多是通過 DUT 和 TE 之間的程序相互作用而實現的。在當今日新月異的背景下,只有當 TE 能夠“看得更遠”,而且有效地與 DUT/TE 的接口通信時,才能達到 DUT 機內測試能力的最佳性能。這同樣也意味著在 DUT 開發人員和 TE 供應商之間需要更緊密的合作、協調規劃路線圖和開發活動。

      綜上所述,我們不難發現,在當今日新月異的大環境中,基于多個單獨定制的儀器的傳統測試方案將無法適應不斷變化的設計、測試和維護需求以及測試組合的復雜性。實際上,工程設計的作用也在迅速組合。迫切需要能迅速適應新設備性能需求的 DFT&M 解決方案。這種新的測試系統還能實現特定功能未嚴格界定的定制測量技術,以及與傳統測試設備相關的人機接口特征。

      在這種環境中,真正的合成測試解決方案使 DFT&M 工程師從產品的最初階段到維護階段均可無縫地操作。這種高度集成、軟件驅動的模塊化合成架構還可通過將影響限制在單個集成模塊而不是整個測試系統的方法,實現對設備報廢狀況進行主動的、低成本和高效率的管理。

     隨著合成測試解決方案得到認可并在市場迅速擴大范圍,現在有必要確保 DFT&M工程師選擇的是真正的合成系統——具有混合集成能力以適應各種標準的系統(圖 3)。

      一般來說,經過市場檢驗的合成測試系統方案是由對所有系統組件進行常規開發和集成的公司提供。這些公司在將所有系統元素集成到一個完全校準的、可溯源至標準的同步測試環境方面具有豐富的經驗和技術專長。只有在這種情況下,真正的合成(即基于測量的)系統才能精確、可靠、穩定地運行,從而提供真正優異的 DFT&M 解決方案。

      總之,我們已清楚地知道,真正的合成、基于測量、高度集成、可配置軟件、具有適應性的測試環境才是未來的發展方向。

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