T-Clock技术 实现PXI整合同步测试

由于单部仪器上的触发/响应通道有限，或因为需要混合信号的触发/响应信道，因此许多测试与测量应用，将需要对多部仪器进行时间控制与同步化。举例来说，一部示波器可能最多有 4 个信道，而信号发生器最多有 2 个通道。从电子业的混合信号测试，到科学方面的雷射光谱学，这些应用都需要对较多的通道进行频率与同步化，或必须针对数字输入与输出信道、模拟输入与输出通道，建立此两分组之间的关系。

一、在应用程序中的频率与同步化

在电子业界，混合信号测试为测试设备与芯片内建系统(SOC) 技术的一个重要层面。随着将声音、影像，与数据，结合在消费性电子产品与通信产品中的趋势，对于此类技术的测试需求(从基本产品至RF) 则更需要精确的频率与同步化。

基本上，混合信号设备具备多个数字与模拟信道。这些信道多半在一部 ATE 系统中同时进行测试，以节省测试时间，并提高处理能力。此外，模拟信道还使用同步取样系统进行测试。同步取样系统需要在模拟转数字 (ADC) 与数字转模拟(DAC) 测试中，将不同的频率进行同步化。在频率领域测量中，这种同步作业可以减少频谱泄漏 (spectral leakage)，因此非常需要此同步化作业。

以下 LabVIEW 图表显示异步取样与同步取样的效果。白色轨迹是异步频率，采集几次模拟正弦波周期。FFT 的频谱溢漏造成光谱图中的"下摆"。在同样的取样率下，同步取样系统产生的是红色轨迹。同步取样的重要优点之一，是因为信号采集时间较短，因此缩短了测试的时间。之所以能够缩短采集的时间，是因为不需要采集额外的信号周期(这些额外的数据是应用于数字窗口中，以便消除频谱泄漏)。

原则上，能够满足市场上种类多样设备弹性需求的ATE系统应该为仪器提供衍生自主要参考频率的不同频率，以便进行同步取样。此外，这套系统应该能够提供源自主要参考频率的任意频率频率。

图 1. 以T-Clock (TClk) 同步NI PXI-5421 任意波形发生器与NI PXI-5122示波器，以更短的时间与更高的准确度，达到相位的同步

在通信方面，模拟及数字基带I/Q信号的产生及采集需要相位偏移 (phase offset) 与控制。数字信号发生器/分析仪，以同步化任意波形发生器与示波器，以处理数字与模拟 I/Q 信号的产生与采集。举例来说，在 3G W-CDMA 模式中，以接近 5 MHz 带宽的信号而言，各信道之间的相位差距值及增益差距值，分别可以低到 0.003% 与 0.1%。在未来的 4G 通信模式中(例如多重输入、多重输出，MIMO)，将殷切需以同步化进行多通道的基带、IF，与 RF 信号产生与采集。一项正渐渐成形的技术──数字波束成形(Digital Beamforming)，正开始进入多种应用环境中，例如 4G MIMO 通信、国防，与航天工业的雷达应用。数字波束成形需要具备数字能量降转 (downconversion) 引擎的多信道相位协调数字化系统。

在半导体业方面，实务上的数字测试可能要消耗数千个数字针脚。市场上典型的整合电路 (IC) 可能要占用数字 I/O 的 200 个针脚。在这种应用环境中，多部数字信号发生器及分析仪进行同步化，并以不可或缺的针脚对针脚偏斜与抖动，来处理大量接脚的 IC。

在消费性电子方面，组件的数字影像信号产生与采集，可能需要多达五种不同的信号：三个主要的影像信号、H-Sync，与 V-Sync。通过频率与同步，可同步化任意波形发生器和示波器，分别产生并采集高画质的影像信号，像素速率可以逼近 165 MHz。CMOS成像传感器(一种可望随着影像电话与数字相机普及，而成为主流的技术)，就是混合信号技术的范例。其中的任意波形发生器、示波器，与数字信号分析仪经过同步化，供设计验证与检验芯片或芯片组。

在物理科学方面，具备大量信道的数字化系统被应用于电浆融合、雷射分散实验，与粒子和天体物理学的光子/粒子侦测和追踪。在这些例子里，具备大量信道的数字化系统用于以 2D 或 3D 方式重建时空现象。这种应用方式需要多个通道同时取样，有时甚至超过数百个通道。

在医疗诊断系统方面，由于出现低价位 12 与 14 位的 50 MHz ADC，3D 数字成像系统正在迅速取代模拟系统。这类系统往往拥有数百到一千多个通道。在非破坏性测试中，3D 超音波成像是通过包含 50 MHz 示波器的多信道系统所完成。一种比超音波成像更为进步的成像方法──光学同调断层扫描术(Optical coherence tomography，OCT)，可能需要数个示波器通道，以沟通多种光电二极管，进行同步取样。

正如这许多应用领域所呈现的趋势，频率与同步技术，将是多信道信号/数据发生并采集的重要元素。

二、NI 的模块仪器平台

目前的NI模块仪器硬件平台为P