虚拟仪器技术已成为测试行业的主流技术

虚拟仪器技术已成为测试行业的主流技术

论述决定虚拟仪器技术成功的关键因素和它的发展前景。
　　关键词：虚拟仪器；测试；测试系统；软件

VI Technology Has Been Main Technology in Test Field

(National Instruments Co., China Branch, Shanghai 200437, China)

Key words: VI; measurement; test system; software

如今在测试应用中使用虚拟仪器技术已成为主流。绝大多数测试行业已接受虚拟仪器技术的概念，或者倾向于采用虚拟仪器技术。例如，具有代表性的美国军方虽然不是技术趋势的领导者，但也在广泛地使用虚拟仪器技术。作为世界上最大的ATE(自动化测试设备)独立用户，美国国防部已在他们所推动的综合性仪器中采用了基于软件的仪器概念。目前，数千家大型的公司已经开始使用虚拟仪器技术。仅在生产检测中，象Lexmark,Motorola,Delphi,ABB和Phillips这些行业领导者已在关键性项目、大规模产品检测应用中使用虚拟仪器技术的硬件和软件。而在工业领域，虚拟仪器技术已被用于自动化、石油钻探和提炼、生产中的机器控制，甚至是核反应堆的控制。?

在测试和测量领域中，传统仪器通过使用已有的架构来提高测量的性能并沿着这样方向不断革新。而在虚拟仪器技术出现的早期，由于它的测量性能比较低，对传统仪器厂商并没有带来多大威胁，所以，他们很大程度上忽视了虚拟仪器技术的存在。然而到了二十世纪八十年代的晚期和九十年代的早期，虚拟仪器技术开始应用于需要灵活性的测量中，而这些应用通过传统的方式是无法实现的。到了九十年代末和二十一世纪，随着PC处理器和商业化半导体的性能和精度的进一步提高，虚拟仪器技术的测量性能比原来提高了许多。现在，虚拟仪器技术已可以和传统仪器的测量性能相当，甚至超过它们，而且还具有更高的数据传输率、灵活性、可扩展性以及更低的系统成本。
　　测试测量行业领导者安捷伦已开始采用虚拟仪器技术的概念。例如，安捷伦最近推出的产品包括一套基于以太网的“综合性仪器”以及能兼容PXI的任意波形发生器，而PXI是工业标准的虚拟仪器技术平台。近来安捷伦的John Stratton也表示支持软件定义的综合性仪器概念：“和目前标准的采用机架解决方案相比，另一种方案是使用综合性仪器。综合性仪器采用软件算法和硬件模块来代替分离的测试单元。”在最近召开的投资者大会上，安捷伦的首席运营官Bill Sullivan提出，“转向使用基于软件配置的模块化仪器，能让用户轻松地进行重复配置和重复使用，这将是测试和测量未来的发展方向”。?

虚拟仪器技术为建立测试系统提供了新的方式，从而影响了传统仪器市场。虚拟仪器技术成功的关键在于利用了快速发展的PC架构，提高了工程师的技术能力，降低了成本，采用了高性能的半导体数据转换器，以及引入了系统设计软件，而系统设计软件能使广大用户建立虚拟仪器技术系统。
2.1PC性能不断革新并降低了成本
　　在过去二十年里，PC的性能已提高了10，000倍，其他任何商业化技术都不曾有过这样高的性能增长。由于虚拟仪器技术采用PC处理器来进行测量分析，随着新一代PC处理器的出现，使用虚拟仪器技术就可以实现新的应用。例如，目前的3GHz PC可用来进行复杂的频域和调制分析以用于通信测试应用。使用1990年的PC(Intel 386/16)，65，000个点的FFT(用于频谱分析的基本测量)需要1100s。而现在使用3.4GHz?的P4计算机实现相同的FFT只需要约0 .8s。与此同时，硬盘、显示和总线带宽也有类似的性能提高。新一代的高速PC总线PCI Express能提供的带宽高达3.2GBytes/s，从而可以利用PC架构来实现超高带宽的测量。某些厂商声称高速内部总线将会让位给如以太网和USB这样的外部总线。毋庸置疑，这些外部总线适合某些特定的应用需求(如以太网适用于分布系统，而USB易于进行桌面连接)，但是，同样也有高速的数据传输速率需求。例如，一个100MS/s的14位IF数字化仪能生成200MB/s的数据，这将高于千兆以太网的80MB/s带宽。基于这样的原因，您不会在市场上看到有任何以太网的视频卡；甚至是千兆的网络也比PCI Express慢30倍。实际上，千兆以太网接口和其他外设是通过PCI Express和CPU相连的。虚拟仪器技术的基于软件的方式可以在应用软件中对总线进行抽象，从而利用所有这些总线——PCI，PCI Express,USB和以太网。许多传统仪器厂商采用在仪器中嵌入PC的方式来解决这一问题。这些仪器通常有一个嵌入式仪器处理器和一个通过内部总线和仪器盒相连的标准PC主板。然而，这种方式损失了PC技术的两个关键优势——一是像Dell这种桌面PC厂商的规模经济优势，二是能轻松地升级PC从而对测量性能进行大幅度的提高。此外，如图1，这些设备的功能是由厂商定义的，用户无法利用设备中的固件来自定义测量的功能。