電子測試通常分為兩類,。第一類是自激電子設(shè)備，如電源,、振蕩器,、發(fā)射機(jī)和信號發(fā)生器。他們使用數(shù)字化儀,、示波器或頻譜分析儀等數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行測試,。第二類測試所需設(shè)備包括放大器、濾波器,、接收器和數(shù)字接口等,。這些設(shè)備必須由信號源外部激發(fā)，才能使用信號采集儀器,。因此,，這類測試通常被稱為源響應(yīng)測試,。

Spectrum 儀器公司推出的hybridNETBOX,，將多通道數(shù)字化儀和任意波形發(fā)生器(AWG)通過一個(gè)通用的LXI兼容儀整合，能夠同時(shí)滿足激發(fā)和響應(yīng)監(jiān)測,。這是一款將測試系統(tǒng)容納于一個(gè)設(shè)備的解決方案,。圖1為一款經(jīng)典的hybridNETBOX。

圖1: DN2.806-08型號,，包括8個(gè)具有16位AWG的通道,，與數(shù)字化器一同置于LXI儀表箱內(nèi)。

hybridNETBOX共有6個(gè)型號可選,，采樣和輸出時(shí)鐘速率為40MS/s,、80MS/s及125MS/s，可通過2,、4和8通道進(jìn)行信號的生成和采集,。每個(gè)通道的分辨率為16位，帶寬高達(dá)60 MHz,，與采樣率成正比,。該技術(shù)確保了數(shù)字化儀和AWG通道的高精準(zhǔn)度。

AWG有2至8個(gè)通道,，無論是內(nèi)部還是外部的生成均通過同一個(gè)時(shí)鐘和觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)完全同步,。AWG輸出電平可在±6 V時(shí)達(dá)到50歐姆，或±12 V時(shí)達(dá)到高阻抗,，并有2通道和4通道可選,。同時(shí)，用戶亦可選擇±3 V時(shí)達(dá)到50歐姆或±6 V時(shí)達(dá)到高阻抗的8通道版本,。此外,，4條數(shù)字I/O線顯著提升了AWG功能,，用戶可通過編程標(biāo)記脈沖和外部時(shí)鐘及觸發(fā)器輸入。

2至8個(gè)數(shù)字化儀通道可處理大范圍的輸入信號,，可變輸入范圍可從±200mv到±10v,，可進(jìn)行DC偏移設(shè)置，用戶還能選擇50 Ohm和1 MOhm輸入阻抗,。數(shù)字化儀可采用單端和差分模式,。此外，數(shù)字化儀還提供外部時(shí)鐘,、觸發(fā)輸入以及兩條供用戶定義的通用數(shù)字I/O線,。

hybridNETBOX與LXI完美兼容。產(chǎn)品可通過后面板的Gbit以太網(wǎng)端口,，輕松與單個(gè)設(shè)備,、多個(gè)設(shè)備、電腦或網(wǎng)絡(luò)連接,。hybridNETBOX可自由編程,，并為Windows和Linux操作系統(tǒng)提供了驅(qū)動(dòng)程序。

Spectrum儀器旗下產(chǎn)品均配有SBench 6軟件工具,，用于信號的控制,、顯示、測量,、處理和生成報(bào)告,。此外，設(shè)備也可以通過C++,、LabVIEW,、MATLAB、Visual Basic.NET,、Python和其他主流編程語言實(shí)現(xiàn)編程,。

源響應(yīng)測試（Source Response Testing）

hybridNETBOX擁有8個(gè)通道，用于信號的生成和采集,，是刺激反應(yīng)類測試系統(tǒng)的理想配置,。鑒于一個(gè)hybridNETBOX能產(chǎn)生多個(gè)發(fā)射和接收信號，完美符合了陣列MIMO或總線系統(tǒng)的測試和評估,。hybridNETBOX適合在ATE應(yīng)用中自動(dòng)測試部件和組件,，以確保被測試設(shè)備的功能和校準(zhǔn)。

源響應(yīng)測試示例,，AC開環(huán)增益運(yùn)算放大器通過一個(gè)AWG和數(shù)字化儀測量,。測試電路如圖2所示。

圖2: AC開環(huán)增益運(yùn)算放大器測試電路，將AWG和數(shù)字化儀作為源和相應(yīng)測量

該測試適用于小的AC波形,，從AWG到被測的運(yùn)算放大器的輸入,。由于放大器的增益相當(dāng)高，輸入信號必須衰減,。一個(gè)10,000到1的電阻衰減器(R1和R2)將輸入分貝降低至80,。放大器U1為被測器件(DUT)。U2是一個(gè)輔助放大器,，用于穩(wěn)定被測器件輸出的平均直流電平,。

AC開環(huán)增益被用于頻率函數(shù)。輸入波形必須在所需測試頻率范圍內(nèi)具有平坦的頻率響應(yīng),。滿足此要求的波形可以是線性掃頻,，或是脈沖函數(shù)。通過Spectrum公司的SBench6控制和信號處理軟件,，AWG可通過編程輕松獲得這兩種信號,。SBench 6可使用標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)和數(shù)學(xué)方程創(chuàng)建波形，或從數(shù)字化儀或示波器導(dǎo)入波形,。在這種情況下,，使用數(shù)學(xué)方程掃描時(shí)間為1秒，可以創(chuàng)建從100 Hz到100 kHz的正弦掃描,。正弦掃頻能夠提供比脈沖函數(shù)更廣的動(dòng)態(tài)范圍,。掃描信號被應(yīng)用于測試電路和數(shù)字化儀測量在掃描期間的電路輸出。圖3顯示了結(jié)果,。

圖3:AC開環(huán)增益測量的四個(gè)主要步驟。信號產(chǎn)生(左上),，輸入信號頻率范圍驗(yàn)證(右上),，輸出信號采集(左下)，從輸出信號中提取頻率響應(yīng)(右下),，即AC開環(huán)增益,。

左上角的圖顯示了一秒內(nèi)的正弦掃描輸入信號，以驗(yàn)證振幅的平滑度,。SBench6的信號處理能力包括對快速傅里葉變換(FFT)的計(jì)算,。FFT如同頻譜分析儀一樣，能夠顯示信號的功率和頻率,。右上方的圖包含輸入信號的FFT,，用于驗(yàn)證從100 Hz到kHz的平坦頻率響應(yīng)。左下方的圖顯示了運(yùn)算放大器對衰減輸入信號的響應(yīng),。輸出信號的頻譜顯示在右下方的圖中,，包括80db衰減器的振幅校正。這個(gè)波普視圖是AC開環(huán)增益,，顯示AC增益從100 Hz到100 kHz,，最大AC增益為112 dB,。振幅下降頻率為每八度-6 dB或每10度-20 dB，符合預(yù)期的運(yùn)放,。

為了是測試更簡單,，hybridNETBOX包含了信號源和信號采集硬件。請記住,，多達(dá)8個(gè)通道的信號源和數(shù)字化器可同時(shí)進(jìn)行8個(gè)并行測試,。

記錄回放應(yīng)用程序

hybridNETBOX的另一大亮點(diǎn)是能夠獲取一個(gè)或多個(gè)信號，并根據(jù)模擬需要或需要替換丟失的組件時(shí)對其重放,。例如,，從三線動(dòng)態(tài)心電圖記錄器獲取和重放心電圖信號。這將意味著病人無需佩戴設(shè)備亦可進(jìn)行電路開發(fā),。預(yù)錄信號庫進(jìn)一步擴(kuò)展了這種模擬能力,。圖4為示例。

上面的三幅圖顯示從lead 1至lead 3所獲得的信號,。這些線被復(fù)制到指定為Function,、Function_01和Function_02的AWG通道中。通過AWG輸出前,，還可以通過SBench6提供的過濾和信號處理功能對獲取的通道進(jìn)一步優(yōu)化,。

圖4:使用三線動(dòng)態(tài)心電圖記錄器記錄和回放測試策略的示例。上面三幅圖中線表示從lead 1到 lead 3,，此后被復(fù)雜并被三個(gè)AWG通道重放,。

與之類似，一些異常的現(xiàn)象亦可通過這種方式處理信號,，然后轉(zhuǎn)移至AWG通道,，并按需輸出。圖5展示了50Hz的異常信號通過lead 1的處理過程,。最初的lead 1信號顯示在左上方的圖中,，可以看到每個(gè)心臟周期。整個(gè)信號的FFT顯示在上方中間的圖中,。右上方的圖顯示了FFT在50Hz的水平擴(kuò)展視圖,。請注意，原始信號為50Hz,。左下方的圖顯示了同樣的lead 1信號,，外加0.1V和50Hz的異常信號。有50Hz異常信號的FFT顯示在底部中間的圖中,。一條橙色的線表示50 Hz,，由于增加異常顯示出振幅的增加。右下角的圖的FFT約為50Hz。增加50Hz的振幅干擾也被標(biāo)記下來,?；胤徘翱尚薷墨@取信號的功能，方便用戶根據(jù)需要評估濾波和糾錯(cuò)電路的有效性,。

圖5:在lead 1動(dòng)態(tài)心電圖信號上添加一個(gè)50 Hz的干擾信號

回聲測距與測向

hybridNETBOX可利用“回聲”信號的測向和測距,，此類應(yīng)用包括雷達(dá)、聲納,、激光雷達(dá)或超聲波,。AWG源可生成復(fù)雜的信號，16位數(shù)字化儀可查看回波信號所需的動(dòng)態(tài)范圍,，如圖6所示,。

圖6:一個(gè)透射超聲脈沖和多個(gè)反射回波。

這是從測距儀獲得的40 kHz超聲波脈沖及回聲,?；夭}沖的振幅大約比透射脈沖低36 dB。因此,，可以在圖中直觀地看到它們,。通常，它們的數(shù)值要低得多! hybridNETBOX 的16位振幅分辨率非常適于此類應(yīng)用,，因?yàn)榛夭ㄐ盘柋韧干湫盘柕偷枚?，并且需要?jiǎng)討B(tài)范圍來生成或檢測低振幅的回波。

超聲傳感器在測向方面薄弱,，是造成多回波的主要原因,。

所有的回聲測向和測距應(yīng)用都遇到了這個(gè)問題，并試圖通過傳感器或天線的相位陣列提升測向和增益,。hybridNETBOX能夠生成多個(gè)發(fā)射信號并接收多通道,，是測試和評估陣列系統(tǒng)的最佳選擇。

例如一個(gè)超聲成像系統(tǒng),，將生成的多個(gè)信號提供給一個(gè)傳感器陣列。調(diào)整單個(gè)信號的延遲和衰減可以用來控制傳感器陣列的輸出,。相控陣系統(tǒng),，無論是射頻信號天線還是超聲傳感器，都是一種常見的多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng),。多通道AWG能夠?yàn)轵?qū)動(dòng)這些系統(tǒng)提供所需信號,，從而實(shí)現(xiàn)對發(fā)射信號的轉(zhuǎn)向。同樣,，多通道數(shù)字化儀可接收傳輸信號,。圖7顯示了八單元超聲相控陣傳輸系統(tǒng)的基本信號組成。

使用SBench6的方程式編輯器，能夠輕松創(chuàng)建大量的信號波形,。如圖7左下角的插圖所示,。每個(gè)波形的振幅調(diào)制40 kHz余弦波。這八種波形中的每一種都比前一種延遲了25μs,。調(diào)制包絡(luò)線是由控制沖擊時(shí)間的總坡度和決定衰減時(shí)間的指數(shù)元素組成,。它們都以10 MHz計(jì)時(shí)，每個(gè)波形都使用AWG的512 MS內(nèi)存中的16 kS,。長波形存儲(chǔ)非常重要,，因?yàn)樗鼪Q定了既定采樣率的輸出模擬波形的持續(xù)時(shí)間。

圖7:使用8個(gè)函數(shù)創(chuàng)建了8個(gè)延遲為25μs的超聲波波形,，其中一個(gè)函數(shù)顯示于左下角插入圖中,。另一個(gè)插圖顯示了每個(gè)波形由于程序延遲的可能轉(zhuǎn)向或聚焦機(jī)會(huì)。

如果八個(gè)信號分段同時(shí)到達(dá)傳感器,，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)一致的或側(cè)波前（如圖7右側(cè)插圖所示）,。超聲聲學(xué)換能陣列傳輸信號能夠通過順序性延遲單個(gè)驅(qū)動(dòng)信號來控制。在本案例中,，由傳感器發(fā)出的球面波前在空間上延遲,，導(dǎo)致復(fù)合信號被向下定向。同樣,，如果驅(qū)動(dòng)信號從陣列的外部延遲到陣列的內(nèi)部,，如圖所示，光束可以聚焦到中心,。這些相控陣能夠用非機(jī)械手段控制和移動(dòng)輻射波束,。本例中的波形實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向功能。除了延時(shí)之外,，對驅(qū)動(dòng)信號振幅的調(diào)整還能達(dá)到其他效果,。AWG用戶可以完全控制波形的特性和時(shí)間，以及控制發(fā)射波前的靈活性,。

結(jié)論

以上案例展示了hybridNETBOX的運(yùn)用,，并充分印證了信號源與測量儀器能夠并存于一款儀器來單獨(dú)使用，或作為設(shè)備集成于測試系統(tǒng)中,。