合成仪器自动测试系统的结构特点

　　SMARTE5000系统在总体设计方案中着重解决的硬件和软件问题包括：

　　· 专用的合成机柜——不但能够安装商业现货的LXI模块仪器，而且能够安装不同供应商和不同工业标准的台面或模块仪器(GPIB、PCI、PXI等)。以便构成容纳多种接口标准的混合系统平台，便于选择性能价格比最高的商业现货仪器，构成可用性最高的合成系统硬件。

　　· 系统级软件环境——柔性软件和工业标准软件至关重要，故采用包括Windows、C/C++和国家仪器公司的Test Stand编程软件，还有高效率的测试程序库，内置具有个人特征的专用测试程序等。它们保证系统级的标准、验证、诊断和应用可获得快速升级和达到整体指标。

　　· 系统级硬件和系统级软件的紧密结合——SMARTE5000的开放式结构，便于由用户、系统集成商实现多功能扩展和自适应重新配置，对任何应用都能够提供最佳测试状态。目前SMARTE5000达到如下指标：

　　◇ 系统的两个激励和测量通道的最高频率达到40GHz，另外可扩展成为多通道的并行激励和并行测量，或者使用非合成仪器通道。

　　◇ 高度可配置的基带、窄带和宽带响应能力，快速调谐的本地振荡器，AM、FM、PM和任意波形的载波调制。

　　◇ 标准功率输出和测量程是-90dBm至+10dBm，分辨率优于0.1dB，采用功率放大器选项可扩大量程。

　　◇ 提供连续波和脉冲调制波的包络、平均、峰值、频谱功率测量，S参数和网络参数测量，具有高吞吐率和高测量速度。

　　◇ 为卫星、雷达、电子对抗相控阵收/发器、ATS平台提供专用子系统和交钥匙工程。

PXI/PXIExpress合成仪器系列

　　在测试测量仪器业界的四种仪器总线标准中，GPIB总线将由LXI总线取代，VXI总线将由PXI总线接替。如果今后几年内没有新的仪器总线标准出现，则LXI和PXI两种仪器总线必然是合成仪器首选的接口。安捷伦公司是开发LXI总线的主要机构，并领先其它对手推出完整的基于 LXI总线的合成仪器ATS系统，已经交付美国海军使用。2007年底，艾法斯公司也完成基于LXI总线的Smarte5000合成仪器ATS系统。国家仪器公司是PXI总线的原创机构，早期目标是中小型ATS系统，以国家仪器为首的PXI系统联盟虽然拥有1400多种模块，但使用频段集中在3GHz以下，不能满足国防/航天应用的微波/RF频段。2007年PXI系统联盟采取三种有效办法，促进PXI总线模块仪器向微波/RF频段和大型ATS系统发展。首先扩大机箱和板卡尺寸，由2U增加至3U，其次是PXI总线升级至PXIExpress总线，还有，采用PXIExpress电缆作为机箱-机箱，机箱-计算机主机之间的连接电缆。这些办法为PXI仪器进入大型ATS系统，亦即为实现合成仪器的ATS系统扫清障碍。目前，国家仪器公司联手相位矩阵(Phase Matrix)公司和BAE Systems(英国航空航天系统)公司共同开发基于PXI/PXIExpress模块仪器的合成仪器ATS系统。

　　国家仪器公司的实力在于LabVIEW等图形编程软件和数字化仪、PXI总线控制器等硬件，而且拥有多种多样的PXI模块仪器。相位矩阵公司在开发频率合成器，以及开发VXI和PXI的上、下变频器方面具有丰富经验，曾经制成以VXI/PXI模块为主的合成仪器样机。BAE系统公司更是名列全球第二国防防务公司，为宇航和海陆空三军提供系统集成服务，年营业额超过500亿美元。它们三家公司都有向合成仪器ATS系统市场进军的要求，2007年签订合作协议，开发最高频率26.5GHz的微波/RF频段，以PXI/PXIExpress模块仪器作平台的合成仪器ATS系统，将在2008年底完成原型机。三家公司的具体分工如下：

　　· BAE系统承担合成仪器子系统，DSP软件编程，全系统的校正，以及系统集成。
　　· 相位矩阵承担25.6GHz的上/下变频器，微波/RF开关和任意波形发生器。
　　· 国家仪器承担LabVIEW/labWindows编程软件，PXI平台，高速I/O卡和数字化仪。

　　合成仪器ATS系统的组成框图如图2所示，图中上面部分称为激励(SHE)子系统，下面部分是测量(MHE)子系统，中间是被测单元(UUT)，左边是作为系统控制器的PC主机。测量系统采用国家仪器公司的PXI-1045机箱，除了嵌入式控制器占用插槽1之外，还有插槽2~17可供其它PXI模块仪器使用。

图2 合成仪器ATS系统的框图

　　应该注意，RF输入的最高频率是25.6GHz，根据混频器性能的不同，MHE测量子系统还可输入高至50GHz的mm波频率。现今，数字化仪的取样率通常在1GS/s以上，使用PXI接口和多芯电缆，已无法满足分辨率8位、2GS/s取样率的数据在SHE激励子系统与MHE测量子系统之间传输。这类高速数据需要实时处理和极短延时，并行传输的PXI接口不能满足要求。为此相位矩阵公司准备使用电缆式PXIExpress(即Cabled PXIe)接口，它的数据由一根单芯细电缆作串行传输，每通道可传输2.5Gb/s，有效流量达到800Mb/s，一个电缆式PXIe接口支持4通道。虽然目前还未公布电缆式PXIe标准，但是国家仪器公司已可提供样品。第二代传输速度更高的电缆式PXIe接口，每通道可传输5Gb/s，有效流量达到1.6Gb/s，每个接口支持4通道，国家仪器公司可提供实验样品。为了实现SHE激励子系统与MHE测量子系统的高速数字链路，需要每个子系统分别安装一个16通道的第一代电缆式PXIe接口，或者8通道的第二代电缆式PXIe接口。

　　与现今最流行的PC通用串行外设USB接口的传输速度480Mb/s，或者LXI接口的串行传输速度10/100Gb/s相比，电缆式PXIe接口的串行传输速度10Gb/s(第一代)和20Gb/s(第二代)属于相当先进产品。因为LXI接口的以太网采用铜缆时传输速度是10Gb/s，要采用光纤才达到100Gb/s。此外，基于PXI/PXIe的合成仪器ATS系统只用两个2U尺寸的18插槽机箱，其体积、重量和功耗都比基于LXI模块的合成仪器ATS系统更胜一筹。如果整体电学性能可与LXI模块仪器相比拟，则PXI/PXIe模块仪器将在合成仪器占有一席之地。

结语

　　本文简介三种不同平台的微波/RF合成仪器自动测试系统，即基于LXI接口平台、混合接口平台和PXI接口平台和模块组成的SI-ATS系统的设计构思和特性，由此可以了解到合成仪器和系统的最新进展。

参考文献：

　　1  Agilent synthetic instruments, Application note, Agilent 2007.
　　2  Aeroflex SMARTE true synthetic test environment transforms synthetic test from dream to reality, Aeroflex News Sept 2007.
　　3  RF/MW dwon convertor development in a PXI form factor,Phase Matrix Sept 2007