要點(diǎn)

　　上世紀(jì)80年代美國國家儀器公司NI（NationalInstruments）提出的虛擬測量儀器（VI）概念，引發(fā)了傳統(tǒng)儀器領(lǐng)域的一場重大變 革,，使得計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以長驅(qū)直入儀器領(lǐng)域,，和儀器技術(shù)結(jié)合起來,，從而開創(chuàng)了“軟件即是儀器”的先河。虛擬儀器,，實(shí)際上就是一種基于計算機(jī)的自動化測 試儀器系統(tǒng),，即采用計算機(jī)開放體系結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)的單機(jī)測量儀器，對各種各樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算機(jī)處理,、顯示和儲存,。虛擬儀器的突出優(yōu)點(diǎn)在于能夠和計算機(jī)技術(shù)結(jié) 合，從而開拓了更多的功能,，具有很大的靈活性,，極大提高了測試系統(tǒng)的處理能力。與此同時,，人們對于虛擬儀器系統(tǒng)中硬件與計算的連接方式對于測試系統(tǒng)整體性 能帶來的影響,，表現(xiàn)出了前所未有的關(guān)注。

　　儀器早已能和控制器通信并且互相通信,，來為這類應(yīng)用服務(wù),。這種能力可追溯到上世紀(jì)60年代末，當(dāng)時HP公司發(fā)明了HP接口總線（HP-IB）,，被制定 為IEEE-488標(biāo)準(zhǔn),，并起了一個與廠商無關(guān)的名字--通用接口總線（GPIB）。很多儀器早已配備以電腦為中心的通用接口,，比如RS-232,、USB 等等。但這些接口都有局限性,。GPIB電纜又粗大又貴,，并且數(shù)據(jù)速率有限。USB電纜無處不在,，也很便宜,，但接口不具備針對儀器的特性，而且把通信局限于 單臺電腦附近的幾部儀器,。

　　LXI標(biāo)準(zhǔn)和PXI標(biāo)準(zhǔn)正在克服這些局限性,。這些標(biāo)準(zhǔn)各自的支持者們分別以LXI聯(lián)盟和PXI系統(tǒng)聯(lián)盟為代表，在夏秋兩季的行業(yè)活動期間,，他們大力宣 傳各自標(biāo)準(zhǔn)的特性和好處,。人們可以使用符合其中某種標(biāo)準(zhǔn)的儀器或是混合系統(tǒng)，來為自己的實(shí)驗室?guī)碜詣踊瘻y試能力,。幾家廠商表示：不存在某種單一的儀器系 統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)來用于所有應(yīng)用,，他們在同時支持兩種標(biāo)準(zhǔn)，或至少是在研究這些標(biāo)準(zhǔn)（表1中的突出顯示部分）,。

　　所謂LXI就是一種基于以太網(wǎng)技術(shù)等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的,、由中小型總線模塊組成的新型儀器平臺,。LXI儀器是嚴(yán)格基于IEEE 802.3、TCP/IP,、網(wǎng)絡(luò)總線,、網(wǎng)絡(luò)瀏覽器、IVI-C0M 驅(qū)動程序,、時鐘同步協(xié)議（IEEE1588）和標(biāo)準(zhǔn)模塊尺寸的新型儀器,。與帶有昂貴電源、背板,、控制器,、MXI卡和電纜的模塊化插卡框架不同，LXI模塊 本身已帶有自己的處理器,、LAN連接,、電源和觸發(fā)輸入。LXI模塊的高度為一個或二個機(jī)架單位,，寬度為全寬或半寬,，因而能容易混裝各種功能的模塊。信號輸 入和輸出在LXI模塊的前面,，LAN和電網(wǎng)輸入則在模塊的后面,。LXI模塊由計算機(jī)控制，所以不需要傳統(tǒng)臺式儀器的顯示,、按鍵和旋鈕,，同時由LXI模塊組 成的LXI系統(tǒng)也不需要如VXI或PXI系統(tǒng)中的0槽控制器和系統(tǒng)機(jī)箱。一般情況下,，在測試過程中LXI模塊由一臺主機(jī)或網(wǎng)絡(luò)連接器來控制和操作,，等測試 結(jié)束后它再把測試結(jié)果傳輸?shù)街鳈C(jī)上顯示出來。LXI模塊借助于標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器進(jìn)行錯誤瀏覽,，并依靠IVI-C0M驅(qū)動程序通信,，從而便利了系統(tǒng)集成。

　　如果人們正在從事微波領(lǐng)域的工作,，他們將需要LXI系統(tǒng)或者配備LXI微波儀器的混合系統(tǒng),。在PXI規(guī)格方面，Phase Matrix公司提供26.5GHz PXI-1420下變頻器,，而Pickering Interfaces公司則提供PXI微波開關(guān),。Aeroflex公司和National Instruments公司的通用PXI射頻信號源和接收器分別達(dá)到最高6GHz和6.6GHz.PXI射頻模塊制造商并不打算增加帶寬，而是以支持新興 技術(shù)為目標(biāo),。例如,，Aeroflex公司最近宣布了其PXI系統(tǒng)的新型LTE測量能力。相比之下，人們能買到的幾乎任何類型的臺式儀器大概都提供符合 LXI的版本,。例如， Rohde & Schwarz公司剛剛推出了它的R&S ZVA67,，這是一種10MHz至67GHz矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀,。該儀器符合LXI C類。

　　另外,，如果人們需要某種遠(yuǎn)程訪問形式,，或者必須覆蓋長距離，那么事實(shí)能夠證明LXI是首選技術(shù),。例如,，如果人們需要對雷達(dá)工作距離開展測試，其中的信號源和接收器相隔數(shù)百米,，那么LXI系統(tǒng)就能輕松完成在別的方式下不切實(shí)際的測量（參考文獻(xiàn)1）,。

　　另一方面，PXI提供了一種方式來輕松配置某個儀器系統(tǒng),，無須處理LAN問題,，也無須IT部門參與。PXI天生就在背板上的儀器之間提供時鐘同 步,，LXI B和C類儀器具有這種能力,，但較常見的C類版本不具備這種能力，特別是在射頻與微波范圍內(nèi),。而且,，PXI系統(tǒng)可以用很高的速率來輸送數(shù)據(jù)，執(zhí)行儀器外的存 儲與分析,。

　　推動LXI

　　Agilent Technologies公司的Von Campbell是LXI聯(lián)盟的主席,，他于去年9月16日在Autotestcon大會上說：“目前，1211種產(chǎn)品獲得了LXI認(rèn)證,，比12個月以前增 加了大約50%.”他說,，在同一時期，配備LXI連接的儀器家族從64種增加到了140種,，有24家會員公司擁有符合LXI的產(chǎn)品,。他指出：LXI涵蓋了 高性能測試系統(tǒng)的構(gòu)建工作所需的所有主要產(chǎn)品類別，并且在儀器能力方面沒有缺憾,。

　　與Campbell一起在Autotestcon大會上發(fā)表關(guān)于LXI講話的還有The Mathworks公司Matlab與Simulink測試與測量產(chǎn)品經(jīng)理Rob Purser,，Pickering Interfaces公司銷售與營銷經(jīng)理Bob Stasonis，Agilent Technologies公司資深營銷工程師Chris Van Woerkom,，VTI Instruments公司業(yè)務(wù)開發(fā)副總裁Tom Sarfi.

　　Purser指出,，LXI“充分利用電信浪潮”來為測試系統(tǒng)降低互連成本并確保長期穩(wěn)定性。他說以太網(wǎng)具有30年的演變歷史，并一直保持著兼容性,。多 數(shù)LXI實(shí)施工作都不需要特殊硬件,，但Purser告誡人們不要購買 最便宜的以太網(wǎng)電纜來用于各自的儀器系統(tǒng)。他說LXI補(bǔ)充了當(dāng)前的技術(shù),，使人們可以用LXI來配合GPIB,、PXI或VXI系統(tǒng)。

　　Agilent公司的Van Woerkom 詳細(xì)介紹了LXI的能力,，說它為測試系統(tǒng)提供了一套協(xié)調(diào)的LAN通信服務(wù),，為儀器支持LAN發(fā)現(xiàn)功能，為儀器定義了標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)頁,，規(guī)定了可互換虛擬儀器 （IVI）驅(qū)動程序,，要求為達(dá)標(biāo)產(chǎn)品開展互操作性測試，并為觸發(fā)與同步提供了擴(kuò)展特性,。

　　與IT部門打交道

　　IT的英文是Information Technology,，即信息產(chǎn)業(yè)的意思，較為廣泛：目前IT業(yè)的劃分方法有各式各樣,，其中以美國商業(yè)部的定義較為清楚和合理,，它將國民經(jīng)濟(jì)的所有行業(yè)分 成IT業(yè)和非IT生產(chǎn)業(yè)。其中IT業(yè)又進(jìn)一步劃分為IT生產(chǎn)業(yè)和IT使用業(yè),。IT生產(chǎn)業(yè)包括計算機(jī)硬件業(yè),、通信設(shè)備業(yè)、軟件,、計算機(jī)及通信服務(wù)業(yè),。至于 IT使用業(yè)幾乎涉及所有的行業(yè)，其中服務(wù)業(yè)使用IT的比例更大,。由此可見,，IT行業(yè)不僅僅指通信業(yè)，還包括硬件和軟件業(yè),，不僅僅包括制造業(yè),，還包括相關(guān)的 服務(wù)業(yè)，因此通信制造業(yè)只是IT業(yè)的組成部分,，而不是IT業(yè)的全部,。

　　如果人們與各自的IT部門打過交道，他們也許會認(rèn)為LAN連接是問題,，而不是特性,。在Autotestcon上發(fā)表講話時，Pickering Interfaces公司的Stasonis介紹了在把儀器連接到公司的網(wǎng)絡(luò)時,，如何避免意想不到的困難,。他還在如何與防火墻和IT部門打交道方面提供了 一些建議,， 他說IT部門關(guān)心正常運(yùn)行時間和安全問題，這可以理解,。

　　Van Woerkom說,，如果自動化測試系統(tǒng)要求不高，那么某種不會令I(lǐng)T部門不安的配置也許會獲得通過,。他介紹了一種系統(tǒng),，其中的PC、路由器以及符合LXI 的儀器位于一個孤立的子網(wǎng)中（圖1）,。人們可以讓路由器利用DHCP協(xié)議來配置儀器，但如果人工分配IP地址和別名,，則可避免與地址再分配相關(guān)的問題,，并 簡化編程。他說：“程序喜歡固定的地址,。”

　　圖1,，Agilent Technologies公司的Chris Van Woerkom說，人們可以買一部路由器來把PC和LXI儀器連接到公司網(wǎng)絡(luò)中,，并且不會使IT部門感到不安,。

　　在結(jié)束Autotestcon的講話時，VTI Instruments公司的Sarfi概括了A,、B,、C類的儀器特征。C類是基本配置,，確保與其它LXI C類儀器的互操作性,。多數(shù)符合LXI的射頻和微波儀器屬于C類，但是VTI公司制造的是符合A類的微波開關(guān),。B類儀器實(shí)施IEEE 1588標(biāo)準(zhǔn),，以便在儀器之間提供同步，各儀器都包含自己的時鐘,，其速率與鄰近儀器略有不同,。Sarfi說，B類系統(tǒng)包含一個計時主設(shè)備和幾個從設(shè)備,，利 用時間戳來使時間差保持在數(shù)十納秒范圍內(nèi),。他最后描述了A類儀器，它們包含一條8道M-LVDS總線來支持硬件速度下的精確異步握手,，誤差限于傳播延時,。

　　LXI儀器在微波領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用,。其中一個例子就是Rohde & Schwarz公司最近推出的R&S ZVA67，這是一種符合LXI C類的10 MHz至67 GHz矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀,。該儀器在67 GHz的動態(tài)范圍是110 dB,，可用于研發(fā)以及生產(chǎn)應(yīng)用。

　　在Autotestcon,，The Mathworks公司演示了如何利用Matlab軟件以及Agilent公司和Tektronix公司符合LXI的儀器來測試電纜阻抗特征。

　　NI公司提供PXI硬件和軟件定義儀器測試能力來促成多標(biāo)準(zhǔn)通信設(shè)備的測試,，其中包括對GPS,、藍(lán)牙、Wi-Fi,、WiMax的支持,。

　　從臺面到PXI

　　PXI （PCI eXtensions for Instrumentation，面向儀器系統(tǒng)的PCI擴(kuò)展） 是一種由NI公司發(fā)布的堅固的基于PC的測量和自動化平臺,。PXI結(jié)合了PCI的電氣總線特性與CompactPCI的堅固性,、模塊化及Eurocard 機(jī)械封裝的特性發(fā)展成適合于試驗、測量與數(shù)據(jù)采集場合應(yīng)用的機(jī)械,、電氣和軟件規(guī)范,。制訂PXI規(guī)范的目的是為了將臺式PC的性能價格比優(yōu)勢與PCI總線面 向儀器領(lǐng)域的必要擴(kuò)展完美地結(jié)合起來，形成一種主流的虛擬儀器測試平臺,。這使它成為測量和自動化系統(tǒng)的高性能,、低成本運(yùn)載平臺。

　　如果把所有儀器都插到一塊背板中,，就無需IEEE 1588同步或單獨(dú)的硬件總線,。National Instruments公司（NI）射頻與通信產(chǎn)品營銷工程師David Hall說：“假設(shè)你想同步兩臺數(shù)字化儀。舊的示波器方法是連接背部的一些電纜,。利用PXI方法,，你只須說‘使用PXI一號觸發(fā)線’，一切都搞定,。從時序 和同步角度看,，所有使用一條共同數(shù)字總線的模塊有一些天生的優(yōu)勢。” Hall詳細(xì)說明了PXI對通信系統(tǒng)設(shè)計的好處,，特別是對于涉及MIMO無線電的測量,。如果利用傳統(tǒng)儀器，他說：“執(zhí)行這些測量的方式就是買兩臺矢量信號 分析儀,，連接后部的電纜,， 并希望 本地振蕩器（LO）是同步的。在PXI方法中,，模塊天生就同步,，你只須把它們放在同一個機(jī)箱里,。”

　　Hall引用了另一個通信例子。美國導(dǎo)航學(xué)會（ION）于去年9月22日至25日在佐治亞州薩瓦納召開了2009年ION全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) （GNSS）會議,，與會者試圖構(gòu)建更好的GPS接收器,。Hall說，他們把PXI系統(tǒng)拿到野外,，從空中獲得了原始的衛(wèi)星信號,。他解釋說，PXI背板既是命 令總線也是數(shù)據(jù)總線,，并且PXI Express能實(shí)時輸送獲得的I/Q樣本,，直到占滿硬盤。人們?nèi)缓罂衫么鎯Φ臉颖緛磉\(yùn)用和優(yōu)化接收器原型,。

　　為了強(qiáng)調(diào)NI公司的承諾--確保PXI硬件能與該公司的LabView共同服務(wù)于通信應(yīng)用,，該公司院士Mike Santori于去年8月5日在NIWeek大會發(fā)表講話時說，NI公司成立了一個由通信專家組成的內(nèi)部研發(fā)團(tuán)隊,。為了使公司的硬件和軟件的研制符合其預(yù) 定計劃,，團(tuán)隊成員們開發(fā)了一種LTE基站仿真器,。

　　使用習(xí)慣

　　如果你是一名臺式儀器用戶,，從事某個LXI和PXI都適合的應(yīng)用，那么在轉(zhuǎn)向自動化時,，你對平臺的選擇可以圍繞你的經(jīng)驗,、舒適水平和年齡來展開。NI 公司的Hall說,，他在大學(xué)時學(xué)會了使用示波器,，要點(diǎn)就是由儀器為他提供診斷信息，使他能做出決定,。隨著PC在測試應(yīng)用中的廣泛使用,，把測量信息存入 PC，并用PC來控制儀器和輔助決策,，就成了一件重要任務(wù),。他說，雖然LXI和GPIB使臺式儀器自動化成為可能,，但這并不是最初開發(fā)這些儀器時為它們安 排的基本用途,。

　　Hall承認(rèn)，用戶喜歡旋鈕和按鈕的感覺,，并且首次接觸儀器自動化的用戶可能會發(fā)現(xiàn)編程想法很嚇人,。他在大學(xué)讀的是電腦工程，但仍然發(fā)現(xiàn)C語言編程任務(wù)有些難,。他說,，圖形方式的LabView語言簡化了這項任務(wù),，并且該公司提供許多樣本程序來幫助新用戶入門。

　　ZTec Instruments公司制造包括PXI和LXI規(guī)格在內(nèi)的數(shù)字化儀,，公司總裁Christopher Ziomek說,，作為一名工程師，如果他想在實(shí)驗室中做測量,，那么他會自然傾向于拿一臺Tektronix示波器來用,。他指出了一些實(shí)際的考慮事項。例 如,，如果你想在給被測的PXI示波器做上電循環(huán)的同時做測量,，那么你將需要兩個PXI機(jī)箱，一個用于被測的示波器,，一個用于測試設(shè)備,。盡管Ztec公司開 發(fā)了Zscope軟件，可在電腦屏幕上模仿傳統(tǒng)示波器的前部面板,，但Ziomek說：“我用有旋鈕的裝置時覺得更舒服,。”

　　最終，多種儀器規(guī)格都會有發(fā)展空間,，廠商們對此將會加以利用,。例如，Tektronix公司（Ziomek喜歡用該公司制造的傳統(tǒng)工程示波器來做實(shí)驗 室工作）在NIWeek大會上說,，它正在與NI公司合作開發(fā)一種10Gsps的3GHz PXI數(shù)字化儀,。Tektronix公司首席技術(shù)官Craig Overhage表示，公司已在研究如何把它的高帶寬高采樣率示波器技術(shù)帶給那些偏愛模塊式儀器體系結(jié)構(gòu)的客戶,。Overhage說,，他認(rèn)為PXI示波器 和傳統(tǒng)示波器有不同的用途，并且預(yù)計新型PXI示波器（NI公司將負(fù)責(zé)營銷）的推出不會影響該公司那些受歡迎的傳統(tǒng)儀器的銷售,。