虛擬儀器是如何優化自動化測試的

在T/R組件測試中，測試設備的日趨復雜和技術的漸進融合迫使測試系統需要變得更加靈活。一方面成本的壓力要求測試系統具有更長的生命周期，另一方面測試系統仍須適應被測件隨時間變化而帶來的各種變化，并且為了“降本增效”，T/R組件的自動化測試已經迫在眉睫。實現這些目標的唯一途徑便是采用一種軟件定義的模塊化架構，而這就是虛擬儀器。

傳統儀器與虛擬儀器架構比較[1]

虛擬儀器以PC為基礎，以軟件為核心，搭配模塊化儀器（如PXI/PXIe），以更低的成本靈活定制并實現測試功能。用戶通過定制的軟件實現更高的靈活性與更長的生命周期。同時，用戶還可以利用軟件工具部署自動化測試序列，自動執行測試項。

一、虛擬儀器是如何優化自動化測試的

1.1 靈活擴展功能

除了傳統儀器中的專用組件和電路外，獨立儀器的一般架構與虛擬儀器非常相似。區別在于靈活性以及可以根據特定需求修改和調整的能力。傳統的儀器可能包含用于執行特定數據處理功能的集成電路；但是在虛擬儀器中，這些功能由在PC處理器上運行的軟件執行。這樣不僅可以輕松擴展功能，而且只要提前寫好自動化測試程序，軟件就可以控制測試系統自動化執行。

高靈活性軟件自定義儀器[2]

用戶需要并且要求系統能夠不斷適應變化，同時還需要可維護、可擴充的解決方案以便長期使用。建立以功能強大的開發軟件（如LabVIEW）為核心的虛擬儀器系統，既可以設計出軟、硬件無縫集成的開放式架構測試系統，又能確保測試系統不僅能在今天使用，在未來同樣可以輕松集成新技術，并且根據新要求在原有基礎上擴展系統功能、輕松部署自動化測試。

1.2 高精度定時和同步

虛擬儀器的硬件部分為模塊化儀器（如PXIe），PXI Express規范將PCI Express信號集成到了PXI標準，使得背板帶寬達到6 GB/s。通過吸納100 MHz差分參考時鐘和差分觸發器，PXI Express也增強了PXI的定時和同步特性。

在PXI現有的定時和同步功能基礎上，PXI Express還提供了附加的定時和觸發總線，包括100MHz差分系統時鐘、差分信號，以及差分星形觸發等。通過使用差分時鐘和觸發，PXI Express系統增加了對儀器時鐘的抗噪聲能力，并能傳輸更高頻率的時鐘信號。

PXIe增強定時與同步功能[3]

綜上所述，虛擬儀器擁有非常高精度的定時和同步功能，這在自動化測試系統中是非常重要的，因為在一個自動化測試系統中往往就需要多儀器之間進行時鐘同步、同步觸發等操作。所以，擁有高精度同步和定時的虛擬儀器在自動化測試中十分具有優勢。

1.3 媲美臺式儀器的高性能模塊

虛擬儀器中的硬件組成部分——模塊化儀器經過多年的發展，已經擁有了幾十種類別和幾千種相關產品，如此種類豐富的模塊化儀器可以匹配各種測試測量的場景。

PXIe模塊化儀器[4]

這些儀器級硬件的實現并沒有犧牲測量性能。實際上，通過模塊化儀器方法設計的儀器，包括業界最高分辨率的數字化儀、最高帶寬的任意波形發生器和最精確的7位半數字萬用表。

模塊化儀器性能指標[5]

模塊化儀器擁有高集成度、高靈活性、低成本、低功耗等方面的優勢，在這樣的前提下還具有媲美傳統臺式儀器的性能指標，所以使用模塊化儀器對成本控制、效率要求、質量控制、靈活擴展等都較為嚴格的自動化測試系統來說無疑是首選。

二、VST讓T/R組件模塊化更高效

2.1 降低系統復雜度

傳統T/R組件測試中可能需要用到多個廠商的各種不同的設備，并且在多站點進行“流水線”測試。這樣不僅需要占用較大場地，而且由于不同廠商、不同設備的數據交互方式可能不同，這就導致整個測試系統龐大且十分復雜。

毫米波矢量信號收發儀（VST）模塊，可提供高速的優質測量，并且其架構還可以滿足待測設備(DUT)的需求，即使需求不斷發生變化也不足為懼。VST的核心在于將寬帶矢量信號發生器、矢量信號分析儀、高速數字接口和功能強大的FPGA整合到一臺PXI儀器上，以更少的連接整合測試系統要求并簡化復雜的T/R組件測試。

VST模塊實物圖[6]

不少T/R測試應用在RF或基帶波形生成和分析之外，還需要額外的I/O。這可能需要使用電源或源測量單元(SMU)、基于模式的用于DUT控制的數字設備，或各種其他模擬、數字和直流儀器。

由于VST模塊集成了多種測量儀器為一體，所以在進行T/R組件測試時只需要使用VST設備加其他一些模塊化儀器即可匹配測試需求，這樣大大簡化了系統的整體設計復雜度，而且多臺模塊化儀器的數據交互十分方便，不僅減少場地占用，還將“流水線”測試變為自動化測試，使用戶的重心可以放在自動化測試軟件的開發上。

傳統T/R測試系統向自動化測試轉變

2.2 提高速度并增強可擴展性

在驗證和生產測試環境中，設備吞吐量、自動化水平和測試時間會直接影響結果的好壞。VST的硬件和軟件架構針對測量速度進行了優化，同時不影響測量的性能。VST使用的軟件驅動工具，確保用戶可以快速適應并享有VST所提供的行業領先的測試優化服務。

用戶可以從100多種C、.NET和LabVIEW范例程序中選擇合適的程序，輕松開啟儀器自動化之旅。VST的驅動API包含高級參數，通過智能優化儀器設置，助您以更少的軟件調用獲得更優的測量結果。此外還大大降低了多測量并行機制和多DUT測量的軟件復雜程度。使用最新的處理器技術和易于編程的多線程測量，可實現出色的測量速度，從而縮短測試時間。

在LabVIEW和.NET中使用VST驅動API進行測量[7]

作為PXI平臺的一部分，VST設備與所有PXI儀器共享相同的基礎資源，從而簡化了測試的開發、觸發和同步過程，更大限度提高了測量速度。用戶可以使用用于同步多個VST的TClk技術來同步其他儀器，打造統一的自動化測試和自動化測量解決方案。

集成多種儀器代碼示意圖[8]

三、T/R組件指令控制的優秀平臺——PXI Digital Pattern

PXI Digital Pattern是基于向量的PXI數字通道板卡，它將ATE級數字功能引入到業界標準的PXI平臺中?；谙蛄康腜XI數字通道板卡專門用于測試各種射頻和混合信號IC，包括RF前端、電源管理IC以及具有內置連接和傳感器的收發器和物聯網片上系統。

基于向量的PXI數字通道板卡可以使用數字Pattern編輯器，這是一個用于導入、編輯或創建測試Pattern的交互式工具。該軟件集成了用于器件引腳圖、規格參數和Pattern的編輯表，用以開發或編輯導入的數字測試向量和Pattern。

3.1 指令信號控制

在T/R組件測試中往往需要多個端口之間協調配合，比如某個端口在什么樣的狀態下需要其他端口以什么樣的狀態來配合實現整體功能?；谙蛄康腜XI數字通道板卡可以利用驅動中集成的數字Pattern編輯器來實現指令信號控制。

數字Pattern編輯器可以不僅有配置儀器設備通道如何與待測設備連接，為每個引腳設置電壓電平等基礎功能；它還可以用來定義向量時間集，設置邊沿和比較發生時間，每個向量可以定義四個驅動邊沿以及比較邊沿，這樣可以輕松實現多通道指令信號控制。

Pattern邊沿配置時序圖[9]

3.2 人機交互友好

傳統T/R組件測試中往往使用專用的FPGA設備進行指令信號控制，FPGA編程不僅麻煩，而且復雜。相比之下，使用基于向量的PXI數字通道板卡搭配驅動中自帶的軟件工具數字Pattern編輯器可以無需編程，只通過簡單的配置設置即可實現指令信號控制，這樣做不僅省心省力，而且人機交互十分簡便、友好。

Pattern編輯器界面

使用Pattern還有個好處就是可以快速適應T/R型號迭代或邏輯變更，一旦出現變化只需要在配置表中更改對應配置后保存即可。傳統的FPGA遇到這類變化可能需要大量修改代碼后重新編譯、生成和部署。

3.3 無縫接入控制程序

PXI Digital Pattern在LabVIEW里有一套獨立的API，可以支持在LabIVEW中使用編程的方式來實現指令交互控制。前面提到的軟件工具數字Pattern編輯器也可以支持在LabVIEW中通過API直接調用，這樣就可以在Pattern編輯器中編輯好指令信號控制表，在控制程序中無縫接入。LabVIEW提供了大量范例，使軟件編程也比較友好，讓初學者也能很快上手。

LabVIEW調用Pattern編輯器范例[10]

四、總結

模塊化的VST設備和基于向量的PXI數字通道設備在助力T/R組件自動化測試中都發揮出了重要作用。虛擬儀器通過共享組件、高速總線和開放的用戶定義軟件助力T/R測試系統擁有更高的性價比、更具開放的靈活性、更高的測試效率、更高的集成度。使用虛擬儀器搭建測試系統可以輕松實現自動化“黑燈測試”。所以，虛擬儀器已經成為當下T/R組件自動化測試需求的最合適的選擇。

虛擬儀器基于平臺的自動化測試方法[11]

結語在這篇文章中，我們詳細介紹了T/R組件虛擬儀器自動化測試系統中的兩大法寶——VST和Pattern。VST系列產品作為射頻測試和測量的利器，為T/R組件測試系統的高效自動化射頻測試提供了可靠的支持；Pattern系列產品提供高精度可編輯的指令信號控制。兩大法寶相輔相成，借助虛擬儀器平臺共同助力T/R組件測試。

審核編輯：彭菁