原创 关于网络时代的测试新技术

关于网络时代的测试新技术

1、前言

1.1现有测试技术方案存在的问题

       GPIB成本太高，需要昂贵的I/0卡和线缆；速度太慢；只能最多接14台仪器。

        VXl 整个架构太贵，起步成本太高；非标准的I/O(MXI)；模块数量受到限制；射频和微波应用受到限制；插卡的应用必须受限于机箱。

        PXI尺寸/功率/EMI限制了仪器的性能和指标；昂贵的起步成本和非标准I/O(MXI)；射频和微波应用受到限制；支持的供应商太少；插卡的应用必须受限于机箱。

        以上的方案都无法很好解决实现远程的编程、控制、测试、测量、故障诊断、获得数据等需求。

1.2崭新的LXI总线应运而生

        2005年9月26日测试系统的一项新标准：LXI(LAN extensions for lnstrumentation)总线己宣告问世.它致力于增加系统速度、降低系统成本、减小系统尺寸、缩短系统设置时间，以及改进软件的通用性。它把Ethernet(1EEE802.3)作为主要通信媒介：并借用计算机行业已获得的众多成果。利用现有Ethernet标准、Internet工具、LAN协议、IEC物理尺寸和IVI驱动程序的各方优点，从而使测试系统的互连平台了转向更高速的PC标准的IO，而不需要机箱和昂贵的电缆，并可使用标准的软件。真可谓找到了能比计算机背板持续远久的体系结构。那末LXI究竟采用何种结构形式？

2、LXI采用的结构形式

        所设计的LXI具有无限的灵活性。标准适应带有前面板的台式仪器，能容易放在机架中的无面板模块，以及可放在夹具中，挂在墙上，或附在某些设备上的小型装置。与VXI和PXI受限于特定模块尺寸不同，LXI的尺寸能完全符合应用的需要。

        对于那些打算装在测试架上的仪器，LXI规范推荐仪器尺寸遵从IEC规范，即采用全机架或半机架尺寸宽度，高度为若干机架单位高度的整倍数(一个机架高度单位=1.75")。IEC规范覆盖的半机架宽度仪器为2U(机架高度单位)或更高。LXI联盟己定义新的1U、1/2机架宽度的模块，预期这是对测试系统建造者很有吸引力的尺寸。这些模块有提供高质量仪器所需的足够印制电路板空间，也能很好放在标准机架中一而不需要机箱(见图1所示)。

        LXI模块不同于VXI和PXI，因为它们是自封装的。LXI模块提供自己的电源、冷却。触发、EMI屏蔽和Ethernet通信。它可用世界各地的交流电源供电(100Vac-240Vac和47-66Hz)，也可使用隔离48V作直流供电。并且允许Ethernet供电。

3、LXI是什么?仪器基于以太网的拓展

        基于以太网的技术；利用IVI driers –适合工业标准；提供网络界面；遵循以太网的物理标准；可选择的触发方式(LAN，IEEEl588,Trigger bus)

图2为未来的自动测平台图示意。

3.1为什么要利用以太网的技术

        从图3的GPIB、VXI、PXI及LAN发展时间轴可以看出为什么仪器基于以太网的拓展，那是：

PC的背板(VME．ISA．ElSA，PCI，PCI-X，PCI-express)对测试工业来讲变化太快。
测试工业的总线技术正在从特殊的接口(GPIB，MXI，etc．)向标准的PC I/O(LAN，USB)发展。
经历史证明，只有LAN是长寿命的总线技术,其速度已经超过GPIB。
计算机工业还在持续发展LAN，以提高其性能和加强产协议。

3.2 LXI对Ethernet有何要求?

        所有LXI必须实现IEEE 802.3Ethernet标准接口(推荐RJ-45连接器)。它们必须至少使用TCP/IP协议IPv4版，支持IP(Internet协议)、TCP(传输控制协议)和UDP信息。LXI标准推荐Gigabit Ethernet(虽然也允许10和100 Megabit LAN)。它使用自动握手，因此网络上的装置默认一个公共速度。装置必须实现Auto-MDIX(自动感知LAN电缆极性)，在过渡期间，装置上可放置说明支持电缆极性的标记。

        在寻址方面，每一LXI必须有一个不可改变的MAC地址，以及可通过DHCP(动态主机配置协议)、自动IP和手动IP改变的P(Internet协议)地址。LXI装置支持动态主名注册，此时装置，IP地址由网络主机映射到多个用户友好名称。这一寻址规则保证了LXI仪器在网络中的共存，而不要求用户作许多工作。

3.3连接-硬件-可支持的设备数量

        LAN—理论上最多可支持2 台仪器(见图4所示)，但实际使用中通常用不到。

4、LXI的仪器可以是多种类型的

图5所示为一流的台式仪器；紧凑型，无前面板,上架的仪器；远端的仪器。

4.1 IXI的分级(见图6所示)

4.11Class C

        C类LXl设备是基本类型。所有各类型都需满足这些要求。C类设备必须符合物理要求，Ethernet协议和LXI接口标准。

        用LAN很好地替代GPIB
        LANl00BaseT或更高速度的接口，LANdiscovery，IVI-COM driver，前面板指示器和仪器的网络操作界面

4.12 CIass B

        B类LXl设备除C类要求外，还要加上基于LAN的触发和IEEEl588定时同步协议。能很好地用于分布式测试系统可能是仪器或更小的没有前面板的部件CIassC十1EEE -1588时间同步标准.1EEE –1588通过以太网标准同步。

4.13 CIassA

A类LXI设备除C类和B类要求外，再加上硬件触发总线。

能很好地用于合成仪器
典型的模块化结构：1Utall,-rack wide
CIassB+快速触发总线

由于1EEE- 1588是隐身LXI其后的关键促成技术之一。故应对何为1EEE- 1588作说明。

4.3 1EEE- 1588及其应用领域

        1EEE—1588(Ethernet装置的时间同步)是Agilent实验室十几年前开发的标准。IEEE-1588协议把一个装置指定为主时钟，用以与网络上其它装置的时钟同步(见图6)。在几秒时间内，主时钟和从设备的时钟可达到100ns，甚至更高精度的同步，这取决于时钟的精度。设备的触发是通过告诉各设备何时开始测量或信号输出活动执行。LAN传递和反应时间则与被触发设备无关，因为它们开始活动是依据时间，而不是依据何时接到LAN上的命令。

        IEEE-1588是测试和测量的一种全新模式。过去在定时同步是关键要求时，用户要通过线缆，或在仪器间的背板上发送触发。只有仪器相隔很近时才能实现同步。有了IEEE-1588,由于触发是通过时间设置，因此并不需要触发线。这种方法开辟了若干不在一起的仪器同步测量的可能性，提供几台仪器非常精密的相关测量。这些优点使它成为要求精密信号和测量相关应用的一项事实标准。

        IEEE-l588可在网络设备；工业自动化；能源工业(涡轮发电机的监控)；国防工业(航空器，飞机的测试；电信工业；测试和测量等领域应用。

4.4关于触发总线

        基于A类产品的LXI触发总线是8通道的多点LVDS信号系统，可把LXI模块配置为触发信号源和/或接收者。接口也可作线或配置。每个模块上都有一个输入和输出连接器，允许设备作菊花链链接(图7)。触发总线的作用很像VXI和PXI中的背板触发。它们可作为串行总线，或作星形配置。对于相距很近的LXI仪器和模块，触发总线是一种好的解决方案。触发总线为LXI系统带来卡箱式系统触发的好处，而不需要机箱。

5、LXI的应用与举例

5.1 LXI的应用

        LXI的成功设计把台式仪器和卡箱式仪器的各自优点融入到一种体系结构中。因此LXI必将广泛应用在各式各样的测试系统中。

        在不久的将来，台式仪器很可能从GPIB转到LAN。例如Agilent承诺推出的新产品将把LAN作为其接口之一。产品上仍会有显示器和按钮，但由于增加了LAN，仪器将更容易在所放置的内部网上共享。这些仪器至少要满足C类要求。

        B类LXI产品将会在远程或高度分散的应用中被采用，这里的仪器在空间上是分散放置的。许多数据采集应用将用,IEEE-1588的定时同步不同位置的测量和输出信号。例如在风洞中表征飞机机翼的偏差可能要沿机翼布放多台数据采集设备。IEEE-1588给数据施加的时戳可达到亚微秒级的精度，从而有可能分析来自多个源的数据，得到机翼运动的真实图景。

        A类LXI产品将为测试系统设计师提供最大的灵活性。当仪器彼此相隔很近时，触发总线可帮助同步它们的活动。在数据需要时戳时可使用IEEE-1588。合成仪器把高性能仪器(如频谱分析仪)拆分成类似A类的部件(下变频器和数字化器)。

        LXI无面板模块(可以是上述三类中的任何类型)很可能在可以最大程度上减少空间占用。现场测试和便携式军用测试系统已开始使用LXI合成仪器，作为对空间和重量约束的最佳解决方案。

        LXI的其它应用

        除电气测试外,工业控制和远程数据采集将是LXI两个非常有潜力的市场。它们包括污水处理厂、泵站、水电站、风力发电农场、气象站、HVAC系统和过程控制的监视和控制。这些应用需要在很远的地方收集数据，使用LXI B类装置的时戳和时间同步。IEEEl588已成为工业自动化和机器人的重要部分；LXI可能成为这些装置内控制系统合乎逻辑的下一步。

5.2 LXI仪器在电子产品老化试验中的应用-基于LXI C类仪器的解决方案

5.21传统老化台存在的问题

        众所周知,电子产品的长时间通电老化试验属于电应力筛选试验。电应力筛选试验主要用于电路系统的筛选，它与其他的筛选试验一起增加筛选的有效性。对于电子产品的生产而言，电子产品的长时间通电老化是一个较易完成的筛选试验。

        但传统老化台存在如下的问题：目前存在的实际情况是，针对不同的产品，通常会有几十台至几百台产品同时进行长时间通电老化试验.传统的做法是设计若干个人工老化台，完成对产品的供电。在周期性加电的间隙，再采用人工方式对产品进行测试；或将测试仪表接至产品上，人工记录。由此带来的问题是：老化加电和产品测试分离，需人工参与，工作量大；数据采用人工记录，不利于数据统计与分析。

        要改变以上的状况，采用自动测试设备来完成长时间通电老化试验是必然的。但由子长时间通电老化试验对测试系统的通道数量要求大，而测试参数和测试功能相对简单，若采用GPIB和VXI仪器，费用会非常昂贵。然而，有了LXI C类产品Agilent34980A，情况就大不一样了。

5.22基于LXI C类仪器的解决方案

        针对应使用要求，基于Agilent 的LXIC类仪器的解决方案完全解决了上述问题，在不增加设备成本的基础上，大大地提高了生产效率，完全替换了原有的试验设备和试验方式。LXI老化试验系统基本构成见原理图8。

        在LXI老化试验系统中，Agilent 5700A具有1500W的供电能力，由计算机通过Agilent 34970A进行供电输出控制，并根据要求改变输出电压大小。根据功能要求，Agilent34980A中配备相应的测量模块，完成老化过程中的自动测试。

        测试数据在测试计算机上显示，对于超限值进行报警，并将数据存入数据库中进行统计和分析工作。

5.221 LXI老化试验系统的基本配置如下。
*计算机
*服务器
*LXI： Agilent 34980A-C类测量/开关组合；Agilent 34922A70通道继电器多路转换器；Agilent 34937A-32通道继电器开关；Agilent 34950A-4通道隔离D/A；Acery 34961X-时序测量模块；Agilent N5700A-系统电源
*测试软件：是基于Microsoft Visual Studio.net、Agilent T&M Toolkit和SQL Server完成的。
*自检设备
*测试电缆
*测试接口：测试接口是根据产品的测试要求专门设计的，可根据被试品的多少灵活地进行调整，
*标准机柜

5.222结果：使老化试验更轻松

        用性价作高的LXI仪器Agilent 34980A和N5700A，完整地替换了传统老化台的功能，扩展性非常好，试验效率也有了大幅度的提高，并使老化试验数据的分析更加快捷。

6、结束语-LXI仪器的未来

        LXl的妙处在它的开放性。它不仅能容纳基于LAN的设备，还能通过转换器容纳GPtB、VXl和PXl设备。虽然GPIB仪器已经为测试和测量很好地服务了30多年，但LXI无疑将会成为测试和测量的下一个标准。C类仪器会代替GPIB成为新的台式仪器标准。B类仪器将在远程测量的同步中开辟新的可能性。而A类LXl将成为合成仪器和无面板模块的标准.LXl将被工业界广泛采用，开创出测试和测量新的纪元。