测试设备发展综述公开.docx

1、测试设备发展综述公开1 测试设备发展的四个阶段1.1 模拟仪器:20世纪50年代以前，电测量技术主要是模拟测量，此类仪器的基本结构是电磁机械式，主要是借助指针来显示测量结果。1.2 数字仪器:20世纪50年代，数字技术的引入和集成电路的出现，使电测仪器由模拟式逐渐演化为数字式，其特点是将模拟信号测量转化为数字信号测量，并以数字方式输出最终结果，适用于快速响应和较高准确度的测量。这类仪器目前相当普及，如数字电压表、数字频率计等。1.3 智能仪器:出现于20世纪70年代，是现代测试技术与计算机技术相结合的产物。它是含有微计算机或微处理器的测试仪器，测量结果具有存储、运算、逻辑判断及自动操作、自动控

2、制等功能，即具有一定智能作用，故将其称之为“智能仪器”。智能仪器将传统数字仪器中控制环节、数据采集与处理、自调零、自校准、自动调节量程等功能改由微处理器完成，从而提高测量精度和速度。1.4 虚拟仪器:这一概念早在20世纪70年代就已提出,但真正得以实现则是在PCI、GPIB、VXI、 PXI等总线标准出现之后才变为可能，并随着卡式仪器、VXI 总线仪器、PXI总线仪器等的推出而得到迅速发展。虚拟仪器是在计算机基础上通过增加相关硬件和软件构建而成的、具有可视化界面的仪器。虚拟仪器是现代计算机技术与仪器技术完美结合的产物,软件在仪器的开发和使用的全过程中起着至关重要的作用，可以说没有了软件就没有虚

3、拟仪器。它基于“软件就是仪器”的思想，利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能,真正实现由用户自己设计和定义满足自己特殊要求的仪器。以太网的发展为基于网络的测试系统提供了平台，也成就了LXI的诞生。2004年 9 月 VXI 科技公司和安捷伦联合推出一种新的基于工业以太网的总线规LXI。LXI 标准用以太网作为系统的骨干，无需 VXI 或 PXI 方式的机箱。LXI联盟于 2005 年 10月通过了 IEEE1588 协议，为 LXI 网络化虚拟仪器的设计与实现提供了标准。未来的总线将会向专业化和大众化方向发展，因此，在LXI仪器还未完全占领市场之前，VXI、 PXI 和 USB等都将成

4、为市场的主流总线技术。随着信息高速公路和仪器技术的进一步发展与结合，基于Internet 的远程测控是现代测试技术和虚拟仪器技术的发展方向之一。2 总线接口技术总线是所有测试系统和故障诊断系统的基础和关键技术，是系统标准化、模块化、组合化的根本条件，国外都是依据总线系统来组建各类测试系统，以确保硬件、软件、系统级的兼容性、互换性和重构功能，研究和开发总线系统是设计、研制开放式体系结构的核心任务，也是测试系统技术研究的关键技术。2.1 测试总线发展历程简述当计算机技术进入测试与测量领域，为了简化测试系统结构，引入总线技术，并将总线技术应用于自动测试系统，使总线与测试系统融为一体，总线本身也成为测

5、试系统的主要组成部分。采用总线结构便于仪器和设备的扩充，尤其制定了统一的总线标准则更容易使不同设备间实现互连，而测试总线技术日新月异的发展，直接影响着自动测试系统技术的发展水平。测试总线技术的发展历程如图1所示。70年代提出了GPIB总线技术。采用GPIB总线连接的仪器测试系统解决了通用测试仪器与计算机之间的互连问题，实现了测试结果的数字化和计算机信息化。80年代为解决测试设备和计算机之间通信连接影响整个测试系统性能的问题，提出了不同的测试总线技术VXI和PXI。VXI和PXI背板测试总线易于产生各种同步、控制和测试所需的各种激励信号，易于同时输入和测试多路开关量信号和模拟量信号，因此，基于V

6、XI和PXI的总线测试系统的测试能力大大增强，测试围也得到了极大的拓展，特别是大增强了对现代多输入多输出数字电路的测试能力。2005年推出的LXI总线，将局域网（LAN）技术应用于自动测试领域，提出了解决测试平台和测试设备之间接口总线定时、同步、控制和数据传输等问题的新方法，易于实现对分布式被测设备的测试。未来测试总线的发展趋势，将是通过互连网或专用测试网将不同空间、不同的测试系统集合于一个测试系统平台，将测试资源（包括硬件和软件）和信息最大化利用，完成更全面更精确的测试任务。GPIB ( General Purpose Interface Bus) 通用仪器接口总线是由美国HP 公司最先提出

7、, 后经国际电工委员会( IEC) 认可, 美国电气与电子工程师学会( IEEE)于1975 年正式颁布了标准文件ANSI2MIC1. 121975 , 1987 年6 月IEEE 又通过了升级文本IEEE488. 2，对代码、格式、通用命令等做了很多扩充。GPIB 接口系统通常可连接的器件的数目最多为15 台, 这是由接口电路负载能力的限制所决定的。数据最大传输路径总长为20m , 或者是器件数乘以2m ,二者取最小者。当传输距离超过此值时, 必须采用专用的距离扩展器, 利用距离扩展器传输距离可达1000m 以上。GPIB 标准接口一问世就得到了人们的重视, 其应用也得到迅速发展。作为GPI

8、B 发源地的美国HP 公司及Fluke 等大公司,他们生产的仪器几乎都装备有通用接口, 国带有这种接口的仪器也在不断发展, 作为一种测试手段, 通用接口技术已深入到各个领域。产品繁多的Solartron 公司, 数字仪表的出厂检验装置就是GPIB 系统; 法国Schlum2berger 公司生产的大规模集成电路、印刷电路板测试装置也是利用GP2IB 总线组建的。作为一种通用接口技术,GPIB 为系统的组建提供了非常便利的手段, 利用它组建的系统方便灵活, 适应性强; 但由于这种系统的组建方式采用积木式结构, 当所需组建的系统较为复杂、器件较多时, 最终组成的系统就会非常庞大, 只适用于固定场合

9、的测试。同时, 由于受最多器件数目的限制, 大的系统组建起来就非常困难。这些不利条件大限制了它在军事领域的应用, 尤其是后来军用测试设备推广模块化、便携化后, 人们开始逐渐把目光移到了更新的总线系统上。然而, GPIB 作为一种在世界围得到认可的标准接口技术, 而且几乎目前国外生产的所有通用仪器都带有这种接口, 系统组建起来较简单, 调试周期也短, 因此在一些中小型军用测试系统中仍占有重要的地位。VXI 总线是一种更新型的总线标准, 是计算机技术和集成电路技术发展到一个新阶段的产物。它是一种在世界围完全开放的模块化仪器总线系统, 集GPIB 和VME 总线精华于一身,吸取了VME 计算机总线高

10、速通讯和GP2IB 仪器易于组合的优点, 集中了智能仪器、个人仪器和自动测试仪器的很多特长, 具有小型便携、高速数据传输、模块化结构、组建系统灵活方便、易于充分发挥计算机效能和标准化程度高等优点。因此, VXI 总线问世以来, 在全世界得到了迅速发展和推广。VXI 系统在制定其硬件结构标准的同时, 也推出了相应的软件结构标准VPP ( VXIPlug&Play) 。VPP 标准要求VXI产品的制造商不仅要向用户提供VXI 模件, 还要提供VXI 模件的底层驱动程序和满足VPP 标准的用户应用程序(如虚拟仪器软面板等) 和系统开发程序。比如HP 公司生产的每块VXI 模件,都有相应的模块驱动程序

11、和软面板, 并提供可视化的开发系统HP2VEE 子程序。程序员所作的工作就是编写测试流程, 运用简单的命令调用VXI 模件的功能完成测试目的, 这样就大大简化了用户组建VXI 测试系统的作。由于VXI 总线已被美国电气及电子工程师协会( IEEE) 批准为IEEE21155 标准, 并被世界上绝大多数仪器生产厂家所接受, 已经成为世界上最为通行的数字仪器标准总线。PXI 是PCI 在仪器领域的扩展( PCI Extensions for Instrumentations) 。作为一种总线体系结构,它于1997 年由美国国家仪器公司(NI 公司) 发布。PXI 将Compact PCI 规定义的

12、PCI 总线技术发展成适合于实验、测量与数据采集场合应用的机械、电气和软件规, 从而形成了新的总线体系结构。制定PXI 规的目的是为了将台式PC 的性能价格比优势与PCI 总线面向仪器领域的必要扩展完美地结合起来, 形成一种主流的测试平台。PXI 这种新型模块化仪器系统是在PCI 总线核技术上增加了成熟技术规和要求而形成的。它通过增加用于多板同步的触发总线和参考时钟、用于进行精确定时的星形触发总线、以及用于相邻模块间高速通讯的局部总线来满足实验和测量用户的要求。PXI 规在Compact PCI 机械规中增加了环境测试和主动冷却要求, 以保证多厂商产品的互操作性和系统的易集成性。PXI 将Mi

13、crosoft Windows NT 和Microsoft Windows 95 定义为其标准软件框架, 并要求所有的仪器模块都必须带有按VISA 规编写的WIN32 设备驱动程序, 使PXI 成为一种系统级规, 保证系统的易于集成与使用。基于Compact PCI 工业总线规发展起来的PXI 系统可以从众多可利用的软、硬件中获益,如运行在PXI 系统上的应用软件和操作系统就是最终用户在通常的台式PCI 计算机上所使用过的软件。PXI 通过增加坚固的工业封装、更多的仪器模件扩展槽以及高级触发、定时和高速边带通讯性能更好地满足了仪器用户的需要。PXI 较高的性价比对很多用户有着较大的吸引力, 缺

14、点是通用模块较少, 原因是PXI 目前尚未被IEEE 所认可, 一些大的仪器公司如美国的TEK、HP 等公司一直对该总线系统保持沉默。2.2 测试总线分类测试总线按其结构功能和性质的不同，可以分为部总线和外部总线。部总线传输延时一般比外部总线小，且部总线带宽一般比外部总线带宽大。但是，外部总线一般配置比较灵活，使用起来一般比部总线方便许多。外部总线传输延时一般比较大，如果传输距离太长则必须要有严格的条件限制。而部总线一般数据传输率高，可靠性好、同步和定时精确。例如，GPIB、USB、1394总线、LXI总线属于外部总线，VXI总线和PXI总线则属于部总线。外部总线大多数属于串行总线，只适合数据

15、传输和通信，而部总线多为计算机系统总线，是并行总线，不仅能实现数据传输，还能完成同步、触发定时功能。无论测试总线是部总线或外部总线，都无法取代彼此在测试系统中的地位。VXI和PXI部总线与GPIB、USB、1394和LXI外部总线是不同类别的总线，因此VXI和PXI部总线在数据处理速度上的优势并不能取代外部总线GPIB、1394和LXI在自动测试系统中接口数据传输的作用，反之亦然，他们之间是一种相互补充的关系。Agilent公司在推出LXI总线的同时，以满足测试的需要，为自己的各种测试板卡自定义了一种部总线，目前Agilent公司尚未公布这种总线，因此，这种总线不具有开放性。一个测试系统采用何

16、种测试总线要视测试需求而定，如果一个测试系统仅由通用测试仪器组成则可采用GPIB总线系统，大多数仪表都设有GPIB接口；如果被测设备为多路输入输出的数字电路或需要进行数字采样的模拟信号，则需要采用VXI或PXI总线系统；更为复杂的测试系统通常需要将这两类总线结合起来使用，复杂的测试系统的典型组成如图2所示。图示测试系统既有部总线，又有外部总线。2.3 总线速度测试总线技术的发展速度越来越快，为满足不断发展的测试应用需求，测试总线速度和信息吞吐量正在日益提高。GPIB总线（IEEE488）从最初的1MB/s发展到现在的8MB/s（HS488）；VXI总线也由VXI 1.0版本不断升级到VXI 2

17、.0及VXI 3.0，速度也由40MB/s增到80 MB/s和160 MB/s；PXI也经历了132 MB/s，264 MB/s 和528 MB/s的发展。各种常用总线的速度如表-1所示。基于LAN技术的LXI总线虽然已成为外部总线发展趋势，但是LXI是否能很好地适应未来的测试需要，仍是测试总线技术发展所要解决的问题。部总线与外部总线的适用场合不同，不同场合对总线的速度要求也不相同。一般部总线速度要求与被测设备（通常是电路板）的工作速度密切相关，而外部总线通常可以通过延长测试时间来降低对其速度的要求。表-1 理论吞吐量（MB/s）总线基本速率最高速率内部总线VXI/VME40/80160CI/

18、CPCI132/264528外部总线GPIB18LXI100M/1G Ethernet10G2.4 基于LXI总线的测试系统的发展设想LXI采用以太网LAN作为高速的外部总线接口的发展，将替代低速的测试测量接口（如GPIB），并可以通过互联网或局域网访问远端测试模块及仪器。设计者可以在测试与测量系统中直接接入基于以太网LAN的测试系统，达到向远程地点传输数据或者从远程地点接收命令的目的。LXI总线虽然速度快，具有网络化的特点，但却属于外部总线。只能适用于仪器间或VXI、PXI或其它部总线构成的测试平台间的连接，不能深入到由部总线构成的测试平台的板卡中，从而使得测试系统通常仍需要由两类（或两级）

19、总线构成。目前集成电路具有规模大，速度快，可编程，智能化，价格低的优势，在一块正常尺寸的数字电路板上可以设计上一个完整的计算机系统，或者任何一块普通的数字电路板都可以具有智能控制和可编程的特点。因此，我们可以设想所有基于部背板总线的板卡都可以设计成自身具有智能功能的智能板卡，该智能板卡不设部总线，只有与主控计算机打交道的LAN总线，其完成的功能和与被测件的接口则与目前VXI、PXI机箱的各种板卡完全相同；拥有相同的硬件电路的同一智能板卡，在不改变其硬件电路的条件上，通过改变编程软件容使该智能板卡实现不同的功能和用途，从而一种通用的智能板卡便可以代替原来VXI、PXI和LXI测试系统中几种不同功

20、能的模块，达到减少测试系统硬件组成的目的。例如，某一种智能板卡可以通过软件编程既可以实现I/O功能，也可以实现串行通信接口功能或开关矩阵功能等。从而利用这样的一些智能板卡可以组成各种测试平台，如图3所示，以替代VXI、PXI和LXI自定义部总线测试平台，为了实现智能板卡间的同步测试的需要，智能板卡间还应有同步脉冲接口，以实现板卡间的同步工作。这种测试系统不仅可以实现VXI、PXI或LXI自定义部总线所构成的测试平台的功能，而且不再需要VME，PCI等部总线，系统组成更加灵活，规模也不受VXI或PXI等机箱的限制，还使得LAN总线成为从外到的真正意义上的测试总线。利用大规模集成电路的强大功能研制

21、出具有LXI外部总线，而没有部总线的各种功能的智能测试板卡取代VXI、PXI或LXI自定义部总线的相应功能模块，将可能成为未来测试总线技术的发展方向。3 当前测试设备3.1 中电41所 TestCenter自动测试系统软件平台产品综述TestCenter是一个专为加速您的测试系统软件开发而设计的自动测试系统软件平台，主要应用于测试程序的开发、运行和管理。TestCenter实现了对测试资源、测试程序、测试数据以及测试计划的无缝集成和统一部署，这将帮助您完成对自己的测试系统软件从设计开发到执行分析的全面掌控。TestCenter为测试系统软件的开发、执行与管理提供了一个灵活而强大的基础框架。使用

22、TestCenter软件平台开发测试系统软件，您可以快速获得执行流程控制、报表生成、数据库存储等高级功能。TestCenter可以在多个测试领域中被应用，包括消费类电子产品及武器装备的电路板级、模块级、系统级的功能测试与故障诊断。TestCenter的强大功能将您的计算机转变成为一个测试工作站，是您进行测试系统软件开发的得力工具。TestCenter具有完全自主的知识产权。主要功能特点TestCenter为测试系统软件的设计、开发与交付提供了完整的解决方案，支持所见即所得的测试程序开发方式、具备基于逻辑资源的仪器互换能力、可集成多种主流编程语言编写的测试模块、提供全面的二次开发支持。TestC

23、enter的主要功能特点如下图所示：测试工程开发TestCenter为测试系统软件的开发提供了集成开发环境。集成开发环境利用统一简约的界面为自动测试系统各要素提供完整视图，方便用户对系统模型、被测件(UUT)、测试仪器、驱动程序、测试程序、测试数据以及测试计划进行统一的组织管理。测试资源管理TestCenter可以配置和组织测试系统的硬件资源和软件资源。TestCenter通过将测试系统中软硬件资源配置为逻辑资源，实现基于逻辑资源的硬件访问功能和仪器互换能力。同时TestCenter置仪器扫描和自检功能，可方便用户快速完成自动测试系统仪器配置。测试程序开发测试编辑器是TestCenter为用户

24、提供的可视化、组装式、所见即所得的测试程序开发环境。TestCenter将测试程序的开发方式由编码型转变为插件组装型，用户只需从插件库中拖放所需的插件并组装它们即可快速完成测试程序的开发。在测试编辑器中，用户还可以方便地进行循环、跳转、分支执行、条件执行及其它复杂流程设计。测试编辑器还提供断点设置、单步运行等功能，方便用户进行测试程序调试。测试程序执行测试程序执行器是TestCenter为用户提供的测试程序运行环境，用于运行用户开发的测试或测试序列。测试程序执行器置有测试报表生成功能和测试数据可视化功能。TestCenter还为用户提供了测试程序执行环境二次开发功能。利用TestCenter提

25、供的操作员界面开发规、操作员界面代码模板、二次开发API和操作员界面控件库，测试软件开发人员可以根据测试系统特点和终端用户需求定制操作员界面。利用TestCenter提供的数据绑定技术，用户还可将第三方界面控件与TestCenter运行数据进行关联，从而让您拥有开放、自由的设计环境。测试通道校准TestCenter将测试系统中的通道作为一种测试资源进行管理。用户可以根据仪器的实际连接情况自定义测试系统的通道，然后通过校准测试得到通道的校准数据。TestCenter提供了校准数据编辑功能，并允许用户以图表、曲线等多种方式查看校准数据。TestCenter提供的通道校准数据访问接口，可以方便您在测

26、试程序中对测试通道损耗进行补偿，从而提高测试的精度。测试报表生成TestCenter提供了丰富的报表生成功能。用户可使用TestCenter置的通用报表生成功能创建HTML、XML、ATML等格式的测试报表，这种格式的报表仅需使用浏览器即可浏览，方便在局域网或Internet上进行共享。TestCenter还提供了Word、Excel报表生成插件，支持用户在测试程序运行的同时实时产生测试报表。用户可以自定义报表样式，以满足特定需求。丰富、可扩展的插件库TestCenter针对不同的测试需求提供了种类丰富、功能齐全的插件库。插件库可更新和扩充，以满足用户持续增长的测试需求。TestCenter置

27、了IVI规定义的8大类仪器控制插件，可以控制符合IVI规的200多种仪器。TestCenter标配的其它插件可以帮助用户完成自动测试系统中常用的功能，如等待插件可帮助系统实现延时功能、批量数据生成插件可生成多种形式的批量数据、通信插件可完成TCP/UDP通信、数据库插件可将测试数据写入主流关系型数据库中。利用TestCenter提供的插件开发指南、插件代码模板、二次开发API，用户可自行开发插件。通过提供、扩充不同用途的插件使得TestCenter软件平台可以适用于武器装备整机、模块以及电路板多个级别的绝大部分应用。可集成主流编程语言编写的测试模块TestCenter可以集成多种主流开发工具开

28、发的测试程序，包括：C/C+、VisualStudio.NET、NI LabVIEW、NI LabWindows/CVI、JavaScript/VBScript。该功能允许用户选用自己熟悉的开发工具开发测试程序、保护已有的软件资产，并为未来新型开发工具预留了支持。测试程序发布TCInstaller是TestCenter软件平台的测试程序发布工具。TCInstaller可以将开发好的测试程序、插件、操作员界面以及软件平台运行引擎等打包成可执行的安装程序，方便测试程序的发布。典型应用及示例TestCenter已在中国电科、中国船舶、中国航天等多个军工集团得到使用，并成功应用于嫦娥系列飞船的科研、生

29、产自动测试中。产品综述 T/R组件通用测试平台是基于通用、开放式的软/硬件平台，集成了T/R组件测试共性。整个平台采用标准工业总线为系统控制总线，同时支持GPIB、LAN、VXI、PXI和LXI等总线的台式和模块化仪器，专用接口设备实现被测T/R组件与硬件测试平台的连接，所有硬件设备全部集成在两个标准的1.6米机柜中；系统软件是基于通用软件平台TestCenter的开发的用于T/R组件测试的实用化程序，包括系统搭建、测试程序生成、系统校准、测试程序运行和后级数据处理五大功能，针对具体被测T/R组件，应用该平台组建的测试系统，只需对被测T/R组件进行一次连接，就能够完成其发射状态和接收状态几乎所

30、有参数。主要特点? 支持不同厂家不同公司多种型号标准接口台式仪器；? 支持标准总线模块化仪器；? 具有自动测量的功能；? 具有测试程序开发、调试、运行和管理功能；? 具有测试结果分析、存取、显示和报表输出功能；? 具有波形参数测试功能；? 具有频谱参数测试功能；? 具有网络参数测试功能；? 具有功率参数测试功能； 支持不同厂家不同公司多种型号标准接口台式仪器该平台可通过GPIB总线对中国电科41所、Agilent公司及其它公司的通用测试仪器进行控制，实现测试功能。 支持标准总线模块化仪器该平台可通过VXI总线、PXI总线、PXI总线对各种总线的模块化仪器进行控制，实现测试功能。 具有自动测量的

31、功能鼠标左键点击右图“测试任务执行”窗口中工具栏的“ ”图标，运行自动测量程序，自动测量将自动地将所有测试参数依次测量，无需人工参与。 具有测试程序开发、调试、运行和管理功能在“测试程序维护”窗口，通过配置不同的仪器状态，实现测试程序的开发，并在此窗口下可以进行调试、运行和管理测试程序。 具有测试结果分析、存取、显示和报表输出功能在“后级处理”窗口中，可以对测试的数据进行分析、存取和显示，并实现报表输出功能，如上图所示。 具有波形参数测试功能在该平台上集成了数字存储示波器，能够对信号的时域参数进行测试。 具有频谱参数测试功能在该平台上集成了AV4033频谱分析仪，能够在30Hz26.5GHz的频率围，对T/R组件收发状态下的杂波、谐波等频谱特性进行测量。 具有网络参数测试功能在该平台上集成了脉冲矢量网络分析仪，能够在45MHz20GHz的频率围，对T/R组件收发状态下的S参数进行测量。 具有功率参数测试功能在该平台上集成了微波功率计，能够在10MHz20GHz的频率围，对T/R组件功率参数进行测量。典型应用及示