合成儀器（SI）由模塊化組件構(gòu)建并啟用高速處理器和近代總線技術(shù)，有望給測(cè)試用戶(hù)帶來(lái)更多的功能與靈活性，較低廉的總成本、更高速操作、更小的物理占用面積以及較長(zhǎng)的使用壽命。然而，生產(chǎn)廠家和用戶(hù)共同面臨的一個(gè)問(wèn)題是缺乏統(tǒng)一的，能滿足體系結(jié)構(gòu)和商品化要求的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。PXI和VXI模塊儀器是這類(lèi)應(yīng)用的候選，但對(duì)SI設(shè)計(jì)人員亦有諸多限制，終形成具有專(zhuān)用接口與控制模塊包裝的混合系統(tǒng)。

SI體系結(jié)構(gòu)和要求
乍一看，SI的基本要求和常規(guī)機(jī)柜式儀器十分相似。然而深入的調(diào)查研究后，會(huì)發(fā)現(xiàn)合成體系結(jié)構(gòu)所獨(dú)有的隱含著的要求，因此有必要快速地審視通用SI系統(tǒng)的某些基本屬性。首先，SI的機(jī)械結(jié)構(gòu)能提供良好的RF隔離，尺寸的靈活性，適度的冷卻，方便地I/O接入。儀表的總體積能靈活地容納尺寸較大高功率的微波部件，電源容量能適應(yīng)模塊的各種要求，如基帶開(kāi)關(guān)模塊所消耗的功率要比RF小得多。
經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)告訴我們，用插卡箱模塊規(guī)格結(jié)構(gòu)構(gòu)建的儀器對(duì)物理包裝有很多嚴(yán)格的限制，不能適應(yīng)尺寸較大的RF模塊，亦無(wú)法解決計(jì)算機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn)和靈敏的RF信號(hào)之間的隔離問(wèn)題，另一個(gè)需要關(guān)注的事項(xiàng)是，插卡箱規(guī)格相關(guān)的過(guò)度緊張物理要求導(dǎo)致有限的模塊可使用性，在生產(chǎn)廠家由機(jī)柜式儀器轉(zhuǎn)而生產(chǎn)SI模塊時(shí)，會(huì)增加選項(xiàng)的平均投資，從而大大增加儀器的成本。
電氣要求，特別是數(shù)據(jù)與控制總線帶寬和等待時(shí)間常常是模塊設(shè)計(jì)的決定性因素?；鶐?huì)在模塊之間驅(qū)動(dòng)大量的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生和采集復(fù)雜調(diào)制波形的系統(tǒng)尤為如此，對(duì)近代軍事數(shù)字通信協(xié)議來(lái)說(shuō)，20~50MB/S的數(shù)據(jù)速率是十分普遍的。
在上下變頻器，本地振蕩，信號(hào)調(diào)節(jié)器和DUT接口之間，數(shù)據(jù)與控制要求是中等的，開(kāi)關(guān)同步要求則是隨功能要求變化的，其范圍在數(shù)微秒至數(shù)十毫秒之間，前者是引腳二極管輸出時(shí)間；后者是機(jī)械開(kāi)關(guān)和衰減器動(dòng)作時(shí)間。對(duì)多數(shù)應(yīng)用，激勵(lì)源、響應(yīng)和基帶模塊之間的同步時(shí)間僅為數(shù)十毫微秒，極具挑戰(zhàn)性。
綜上所述，合成系統(tǒng)的要求大致是這樣的，在一個(gè)10MB/S量級(jí)數(shù)據(jù)總線帶寬的大系統(tǒng)中，基帶模塊需用帶寬超過(guò)50MB/S的高速數(shù)據(jù)總線連接的。雖然這些要求會(huì)隨具體應(yīng)用而有所變化，但是對(duì)大多數(shù)SI應(yīng)用是十分典型的，這也成討論LXI應(yīng)用的出發(fā)點(diǎn)。

圖1 一般的SI體系結(jié)構(gòu)

LXI功能性和性能
LXI是以太網(wǎng)技術(shù)在測(cè)試自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用擴(kuò)展。LXI主要是一個(gè)定義Ethernet802.3基接口技術(shù)實(shí)施綱要的功能性接口規(guī)范，旨在保證嵌入式IEEE1588協(xié)議基儀器間的互操作性，并提供所需的觸發(fā)功能。此外，它還規(guī)定了相關(guān)的布線觸發(fā)總線，為關(guān)鍵性應(yīng)用提供增強(qiáng)的觸發(fā)同步功能。
國(guó)際LXI協(xié)會(huì)初步將基于LXI的儀器分為3個(gè)等級(jí)：等級(jí)C具有通過(guò)LAN的編程控制能力，可以與其它廠商的儀器很好地協(xié)同工作；等級(jí)B擁有等級(jí)C的一切能力，并且加上了IEEE1588網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐同步標(biāo)準(zhǔn)；等級(jí)A擁有等級(jí)B的一切能力，同時(shí)具備硬件觸發(fā)能力。
?對(duì)SI，等級(jí)A LXI值得關(guān)注，IEEE1588同步協(xié)議和高速步線低壓差分信號(hào)觸發(fā)總線提供確定的定時(shí)，由于多數(shù)SI模塊沒(méi)有前面板和顯示，用戶(hù)界面是通過(guò)Web接口定義的，一個(gè)可交換的虛擬儀器應(yīng)用編程界面（IVI API）在計(jì)算機(jī)與模塊間提供通信，LXI機(jī)械規(guī)范保證模塊像系統(tǒng)好鄰居一樣工作。
?觸發(fā)總線工作在100MHz，相當(dāng)于1ns，實(shí)際可達(dá)到的性能約為2ns，并可配置成星形、菊鏈、或混合體系結(jié)構(gòu)，IEEE1588協(xié)議用實(shí)時(shí)時(shí)鐘來(lái)提供確定的網(wǎng)絡(luò)定時(shí)，與使用的LAN速度無(wú)關(guān)。
?在LXI以太網(wǎng)總線上，對(duì)2Σ分布，IEEE1588提供約50ns定時(shí)同步。數(shù)據(jù)吞率和LXI總線等待時(shí)間明顯地在很大程度上取決于處理器和接口硬件。在服務(wù)器和工作站中，千兆位以太網(wǎng)已十分普遍。1GB/S的峰值速率，當(dāng)然在實(shí)際使用中很少能達(dá)到這一性能水平。在以太網(wǎng)上執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)面向連接協(xié)議是TCP/IP。由于主CPU主要負(fù)責(zé)處理計(jì)算量大的TCP/IP軟件棧，等待時(shí)間相對(duì)較大，在50~120礢范圍內(nèi)。這些等待時(shí)間將影響典型SI設(shè)計(jì)所要求的上下關(guān)系。
多數(shù)先進(jìn)的SI體系結(jié)構(gòu)傾向于使用分布在系統(tǒng)中各類(lèi)工作模塊中的的公共測(cè)試調(diào)試表或狀態(tài)機(jī)調(diào)度表，調(diào)度表同步在1588協(xié)議中完成。這種安排可讓廣泛分布的組件以約100ns速率同步事件。更的調(diào)度表事件同步可用布線觸發(fā)總線完成。
對(duì)LXI總線來(lái)說(shuō)，主要等待時(shí)間是在專(zhuān)用語(yǔ)言程序環(huán)境中執(zhí)行過(guò)程事件的時(shí)間。在此場(chǎng)合，典型編程技術(shù)要求主CPU交換上下關(guān)系來(lái)執(zhí)行命令，當(dāng)然還有專(zhuān)用語(yǔ)言程序解釋所涉及的其它等待時(shí)間。據(jù)報(bào)道，Microsoft XP和Linux兩種操作系統(tǒng)的上下交換時(shí)間超過(guò)30祍。考慮到附加的解釋器等待時(shí)間，正是這些等待時(shí)間，而不是以太網(wǎng)總線的等待時(shí)間，構(gòu)成端對(duì)端數(shù)據(jù)和模塊中事件傳輸?shù)闹饕蛩亍?BR>
圖2 詳細(xì)的SI結(jié)構(gòu)

用LXI標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)SI
SI系統(tǒng)可方便地嵌入在VXI或PXI機(jī)箱的基帶體系結(jié)構(gòu)基本部件構(gòu)建。然而，在同一機(jī)械和電氣環(huán)境中很難完全包含RF體系結(jié)構(gòu)，尤其是高性能微波系統(tǒng)。致使眾多生產(chǎn)廠家采用插卡箱基基帶部件連接至大型RF部件相結(jié)合的方案來(lái)設(shè)計(jì)混合系統(tǒng)，即放置在商品化插卡箱內(nèi)的基帶模塊與由專(zhuān)用數(shù)據(jù)和控制總線控制的定制RF模塊相結(jié)合的系統(tǒng)，因?yàn)镽F系統(tǒng)需要良好的屏蔽而且是耗電大戶(hù)。
采用以太網(wǎng)總線作為主要系統(tǒng)總線的標(biāo)準(zhǔn)基系統(tǒng)有很多吸引人的優(yōu)點(diǎn)，具備很多先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)特性，比如傳統(tǒng)的測(cè)試與測(cè)量接口不能提供對(duì)等通信，還有以太網(wǎng)電纜和插卡是標(biāo)準(zhǔn)的、廣泛使用的，且基本上是的。
PoE（通過(guò)以太網(wǎng)供電）功能和IEEE1588協(xié)議簡(jiǎn)化分布測(cè)量應(yīng)用，此類(lèi)應(yīng)用中大量傳感器是環(huán)繞較大DUT分布的，或是按地域分布的，IEEE1588的時(shí)間批量處理簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)和通道管理以及后采集分析。一種供典型的激勵(lì)/響應(yīng)SI測(cè)試系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。該體系結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立的激勵(lì)和響應(yīng)基帶模塊，通過(guò)LXI總線連接至服務(wù)器，在基帶模塊之間有LXI觸發(fā)總線。在此設(shè)計(jì)中，變頻器提供信號(hào)調(diào)節(jié)功能。
當(dāng)然在實(shí)際使用中，任務(wù)可以是獨(dú)立的。DUT接口提供接口開(kāi)關(guān)和向后循環(huán)校正功能，還可包括信號(hào)調(diào)理器、高功率激勵(lì)放大器以及低噪聲響應(yīng)放大器。
按LXI標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的這個(gè)實(shí)例容易滿足各類(lèi)要求，其性能已超過(guò)目前構(gòu)建的多數(shù)SI系統(tǒng)的性能?？偩€帶寬是50MB/S，在LXI觸發(fā)總線上的基帶觸發(fā)為2ns、在IEEE1588上的上/下變頻器與DUT觸發(fā)優(yōu)于100ns。不僅如此，IEEE1588允許時(shí)間批量處理用于后采集分析，這是事析驅(qū)動(dòng)觸發(fā)無(wú)法提供的。

LXI包裝密度、冷卻與功率容量
由于LXI主要是一個(gè)接口標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)測(cè)試儀表的機(jī)械結(jié)構(gòu)沒(méi)有多大限制。對(duì)SI和尺寸為的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，LXI機(jī)械規(guī)范定義了1U半機(jī)柜寬模塊，一堆類(lèi)似的模塊能緊緊地整合成測(cè)試裝置，系統(tǒng)還配備了為這類(lèi)應(yīng)用設(shè)計(jì)的冷卻裝置和電纜接口。
后面板設(shè)有LXI與觸發(fā)總線連接器，允許使用AC電流或DC電源。前面板含有狀態(tài)指示燈和復(fù)位按鈕，整個(gè)單元通過(guò)中間模塊和機(jī)柜安裝把手安裝在一個(gè)19英寸機(jī)柜中。生產(chǎn)廠家和用戶(hù)關(guān)心的是熱穩(wěn)定性問(wèn)題，聯(lián)合體的初步研究表明，每個(gè)1U單元能合理地應(yīng)付100W功率而無(wú)需特殊的設(shè)計(jì)考慮；2U單元在類(lèi)似的條件下能應(yīng)付400W功率。

結(jié)語(yǔ)
在SI系統(tǒng)各種方案中，LXI不失為一個(gè)用開(kāi)放的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的極具吸引力的備選方案。它沒(méi)有現(xiàn)有專(zhuān)用總線標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)加的尺寸限制，并充分利用以太網(wǎng)的功能接入高性能的處理器和服務(wù)器。重要的是，基于真正的物理組件和功能組件體系結(jié)構(gòu)，滿足SI系列產(chǎn)品低成本與高性能兩者要求，發(fā)揮建立可互換商用SI標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)。■（東華）