關于網絡時代的測試新技術

1、前言

1.1現(xiàn)有測試技術方案存在的問題

GPIB成本太高，需要昂貴的I/0卡和線纜；速度太慢；只能最多接14臺儀器。

VXl 整個架構太貴，起步成本太高；非標準的I/O(MXI)；模塊數(shù)量受到限制；射頻和微波應用受到限制；插卡的應用必須受限于機箱。

PXI尺寸/功率/EMI限制了儀器的性能和指標；昂貴的起步成本和非標準I/O(MXI)；射頻和微波應用受到限制；支持的供應商太少；插卡的應用必須受限于機箱。

以上的方案都無法很好解決實現(xiàn)遠程的編程、控制、測試、測量、故障診斷、獲得數(shù)據等需求。

1.2嶄新的LXI總線應運而生

2005年9月26日測試系統(tǒng)的一項新標準：LXI(LAN extensions for lnstrumentation)總線己宣告問世.它致力于增加系統(tǒng)速度、降低系統(tǒng)成本、減小系統(tǒng)尺寸、縮短系統(tǒng)設置時間，以及改進軟件的通用性。它把Ethernet(1EEE802.3)作為主要通信媒介：并借用計算機行業(yè)已獲得的眾多成果。利用現(xiàn)有Ethernet標準、Internet工具、LAN協(xié)議、IEC物理尺寸和IVI驅動程序的各方優(yōu)點，從而使測試系統(tǒng)的互連平臺了轉向更高速的PC標準的IO，而不需要機箱和昂貴的電纜，并可使用標準的軟件。真可謂找到了能比計算機背板持續(xù)遠久的體系結構。那末LXI究竟采用何種結構形式？

2、LXI采用的結構形式

所設計的LXI具有無限的靈活性。標準適應帶有前面板的臺式儀器，能容易放在機架中的無面板模塊，以及可放在夾具中，掛在墻上，或附在某些設備上的小型裝置。與VXI和PXI受限于特定模塊尺寸不同，LXI的尺寸能完全符合應用的需要。

對于那些打算裝在測試架上的儀器，LXI規(guī)范推薦儀器尺寸遵從IEC規(guī)范，即采用全機架或半機架尺寸寬度，高度為若干機架單位高度的整倍數(shù)(一個機架高度單位=1.75")。IEC規(guī)范覆蓋的半機架寬度儀器為2U(機架高度單位)或更高。LXI聯(lián)盟己定義新的1U、1/2機架寬度的模塊，預期這是對測試系統(tǒng)建造者很有吸引力的尺寸。這些模塊有提供高質量儀器所需的足夠印制電路板空間，也能很好放在標準機架中一而不需要機箱(見圖1所示)。

LXI模塊不同于VXI和PXI，因為它們是自封裝的。LXI模塊提供自己的電源、冷卻。觸發(fā)、EMI屏蔽和Ethernet通信。它可用世界各地的交流電源供電(100Vac-240Vac和47-66Hz)，也可使用隔離48V作直流供電。并且允許Ethernet供電。

3、LXI是什么?儀器基于以太網的拓展

基于以太網的技術；利用IVI driers –適合工業(yè)標準；提供網絡界面；遵循以太網的物理標準；可選擇的觸發(fā)方式(LAN，IEEEl588,Trigger bus)

圖2為未來的自動測平臺圖示意。

3.1為什么要利用以太網的技術

從圖3的GPIB、VXI、PXI及LAN發(fā)展時間軸可以看出為什么儀器基于以太網的拓展，那是：

PC的背板(VME．ISA．ElSA，PCI，PCI-X，PCI-express)對測試工業(yè)來講變化太快。
測試工業(yè)的總線技術正在從特殊的接口(GPIB，MXI，etc．)向標準的PC I/O(LAN，USB)發(fā)展。
經歷史證明，只有LAN是長壽命的總線技術,其速度已經超過GPIB。
計算機工業(yè)還在持續(xù)發(fā)展LAN，以提高其性能和加強產協(xié)議。

3.2 LXI對Ethernet有何要求?

所有LXI必須實現(xiàn)IEEE 802.3Ethernet標準接口(推薦RJ-45連接器)。它們必須至少使用TCP/IP協(xié)議IPv4版，支持IP(Internet協(xié)議)、TCP(傳輸控制協(xié)議)和UDP信息。LXI標準推薦Gigabit Ethernet(雖然也允許10和100 Megabit LAN)。它使用自動握手，因此網絡上的裝置默認一個公共速度。裝置必須實現(xiàn)Auto-MDIX(自動感知LAN電纜極性)，在過渡期間，裝置上可放置說明支持電纜極性的標記。

在尋址方面，每一LXI必須有一個不可改變的MAC地址，以及可通過DHCP(動態(tài)主機配置協(xié)議)、自動IP和手動IP改變的P(Internet協(xié)議)地址。LXI裝置支持動態(tài)主名注冊，此時裝置，IP地址由網絡主機映射到多個用戶友好名稱。這一尋址規(guī)則保證了LXI儀器在網絡中的共存，而不要求用戶作許多工作。

3.3連接-硬件-可支持的設備數(shù)量

LAN—理論上最多可支持2 臺儀器(見圖4所示)，但實際使用中通常用不到。

4、LXI的儀器可以是多種類型的

圖5所示為一流的臺式儀器；緊湊型，無前面板,上架的儀器；遠端的儀器。

4.1 IXI的分級(見圖6所示)

4.11Class C

C類LXl設備是基本類型。所有各類型都需滿足這些要求。C類設備必須符合物理要求，Ethernet協(xié)議和LXI接口標準。

用LAN很好地替代GPIB
LANl00BaseT或更高速度的接口，LANdiscovery，IVI-COM driver，前面板指示器和儀器的網絡操作界面

4.12 CIass B

B類LXl設備除C類要求外，還要加上基于LAN的觸發(fā)和IEEEl588定時同步協(xié)議。能很好地用于分布式測試系統(tǒng)可能是儀器或更小的沒有前面板的部件CIassC十1EEE -1588時間同步標準.1EEE –1588通過以太網標準同步。

4.13 CIassA

A類LXI設備除C類和B類要求外，再加上硬件觸發(fā)總線。

能很好地用于合成儀器
典型的模塊化結構：1Utall,-rack wide
CIassB+快速觸發(fā)總線

由于1EEE- 1588是隱身LXI其后的關鍵促成技術之一。故應對何為1EEE- 1588作說明。

4.3 1EEE- 1588及其應用領域

1EEE—1588(Ethernet裝置的時間同步)是Agilent實驗室十幾年前開發(fā)的標準。IEEE-1588協(xié)議把一個裝置指定為主時鐘，用以與網絡上其它裝置的時鐘同步(見圖6)。在幾秒時間內，主時鐘和從設備的時鐘可達到100ns，甚至更高精度的同步，這取決于時鐘的精度。設備的觸發(fā)是通過告訴各設備何時開始測量或信號輸出活動執(zhí)行。LAN傳遞和反應時間則與被觸發(fā)設備無關，因為它們開始活動是依據時間，而不是依據何時接到LAN上的命令。

IEEE-1588是測試和測量的一種全新模式。過去在定時同步是關鍵要求時，用戶要通過線纜，或在儀器間的背板上發(fā)送觸發(fā)。只有儀器相隔很近時才能實現(xiàn)同步。有了IEEE-1588,由于觸發(fā)是通過時間設置，因此并不需要觸發(fā)線。這種方法開辟了若干不在一起的儀器同步測量的可能性，提供幾臺儀器非常精密的相關測量。這些優(yōu)點使它成為要求精密信號和測量相關應用的一項事實標準。

IEEE-l588可在網絡設備；工業(yè)自動化；能源工業(yè)(渦輪發(fā)電機的監(jiān)控)；國防工業(yè)(航空器，飛機的測試；電信工業(yè)；測試和測量等領域應用。

4.4關于觸發(fā)總線

基于A類產品的LXI觸發(fā)總線是8通道的多點LVDS信號系統(tǒng)，可把LXI模塊配置為觸發(fā)信號源和/或接收者。接口也可作線或配置。每個模塊上都有一個輸入和輸出連接器，允許設備作菊花鏈鏈接(圖7)。觸發(fā)總線的作用很像VXI和PXI中的背板觸發(fā)。它們可作為串行總線，或作星形配置。對于相距很近的LXI儀器和模塊，觸發(fā)總線是一種好的解決方案。觸發(fā)總線為LXI系統(tǒng)帶來卡箱式系統(tǒng)觸發(fā)的好處，而不需要機箱。

5、LXI的應用與舉例

5.1 LXI的應用

LXI的成功設計把臺式儀器和卡箱式儀器的各自優(yōu)點融入到一種體系結構中。因此LXI必將廣泛應用在各式各樣的測試系統(tǒng)中。

在不久的將來，臺式儀器很可能從GPIB轉到LAN。例如Agilent承諾推出的新產品將把LAN作為其接口之一。產品上仍會有顯示器和按鈕，但由于增加了LAN，儀器將更容易在所放置的內部網上共享。這些儀器至少要滿足C類要求。

B類LXI產品將會在遠程或高度分散的應用中被采用，這里的儀器在空間上是分散放置的。許多數(shù)據采集應用將用,IEEE-1588的定時同步不同位置的測量和輸出信號。例如在風洞中表征飛機機翼的偏差可能要沿機翼布放多臺數(shù)據采集設備。IEEE-1588給數(shù)據施加的時戳可達到亞微秒級的精度，從而有可能分析來自多個源的數(shù)據，得到機翼運動的真實圖景。

A類LXI產品將為測試系統(tǒng)設計師提供最大的靈活性。當儀器彼此相隔很近時，觸發(fā)總線可幫助同步它們的活動。在數(shù)據需要時戳時可使用IEEE-1588。合成儀器把高性能儀器(如頻譜分析儀)拆分成類似A類的部件(下變頻器和數(shù)字化器)。

LXI無面板模塊(可以是上述三類中的任何類型)很可能在可以最大程度上減少空間占用?，F(xiàn)場測試和便攜式軍用測試系統(tǒng)已開始使用LXI合成儀器，作為對空間和重量約束的最佳解決方案。

LXI的其它應用

除電氣測試外,工業(yè)控制和遠程數(shù)據采集將是LXI兩個非常有潛力的市場。它們包括污水處理廠、泵站、水電站、風力發(fā)電農場、氣象站、HVAC系統(tǒng)和過程控制的監(jiān)視和控制。這些應用需要在很遠的地方收集數(shù)據，使用LXI B類裝置的時戳和時間同步。IEEEl588已成為工業(yè)自動化和機器人的重要部分；LXI可能成為這些裝置內控制系統(tǒng)合乎邏輯的下一步。

5.2 LXI儀器在電子產品老化試驗中的應用-基于LXI C類儀器的解決方案

5.21傳統(tǒng)老化臺存在的問題

眾所周知,電子產品的長時間通電老化試驗屬于電應力篩選試驗。電應力篩選試驗主要用于電路系統(tǒng)的篩選，它與其他的篩選試驗一起增加篩選的有效性。對于電子產品的生產而言，電子產品的長時間通電老化是一個較易完成的篩選試驗。

但傳統(tǒng)老化臺存在如下的問題：目前存在的實際情況是，針對不同的產品，通常會有幾十臺至幾百臺產品同時進行長時間通電老化試驗.傳統(tǒng)的做法是設計若干個人工老化臺，完成對產品的供電。在周期性加電的間隙，再采用人工方式對產品進行測試；或將測試儀表接至產品上，人工記錄。由此帶來的問題是：老化加電和產品測試分離，需人工參與，工作量大；數(shù)據采用人工記錄，不利于數(shù)據統(tǒng)計與分析。

要改變以上的狀況，采用自動測試設備來完成長時間通電老化試驗是必然的。但由子長時間通電老化試驗對測試系統(tǒng)的通道數(shù)量要求大，而測試參數(shù)和測試功能相對簡單，若采用GPIB和VXI儀器，費用會非常昂貴。然而，有了LXI C類產品Agilent34980A，情況就大不一樣了。

5.22基于LXI C類儀器的解決方案

針對應使用要求，基于Agilent 的LXIC類儀器的解決方案完全解決了上述問題，在不增加設備成本的基礎上，大大地提高了生產效率，完全替換了原有的試驗設備和試驗方式。LXI老化試驗系統(tǒng)基本構成見原理圖8。

在LXI老化試驗系統(tǒng)中，Agilent 5700A具有1500W的供電能力，由計算機通過Agilent 34970A進行供電輸出控制，并根據要求改變輸出電壓大小。根據功能要求，Agilent34980A中配備相應的測量模塊，完成老化過程中的自動測試。

測試數(shù)據在測試計算機上顯示，對于超限值進行報警，并將數(shù)據存入數(shù)據庫中進行統(tǒng)計和分析工作。

5.221 LXI老化試驗系統(tǒng)的基本配置如下。
*計算機
*服務器
*LXI： Agilent 34980A-C類測量/開關組合；Agilent 34922A70通道繼電器多路轉換器；Agilent 34937A-32通道繼電器開關；Agilent 34950A-4通道隔離D/A；Acery 34961X-時序測量模塊；Agilent N5700A-系統(tǒng)電源
*測試軟件：是基于Microsoft Visual Studio.net、Agilent TM Toolkit和SQL Server完成的。
*自檢設備
*測試電纜
*測試接口：測試接口是根據產品的測試要求專門設計的，可根據被試品的多少靈活地進行調整，
*標準機柜

5.222結果：使老化試驗更輕松

用性價作高的LXI儀器Agilent 34980A和N5700A，完整地替換了傳統(tǒng)老化臺的功能，擴展性非常好，試驗效率也有了大幅度的提高，并使老化試驗數(shù)據的分析更加快捷。

6、結束語-LXI儀器的未來

LXl的妙處在它的開放性。它不僅能容納基于LAN的設備，還能通過轉換器容納GPtB、VXl和PXl設備。雖然GPIB儀器已經為測試和測量很好地服務了30多年，但LXI無疑將會成為測試和測量的下一個標準。C類儀器會代替GPIB成為新的臺式儀器標準。B類儀器將在遠程測量的同步中開辟新的可能性。而A類LXl將成為合成儀器和無面板模塊的標準.LXl將被工業(yè)界廣泛采用，開創(chuàng)出測試和測量新的紀元。