合成仪器自动测试系统的结构特点

摘要：本文分析了合成仪器自动测试系统的结构特点。对LXI平台、PXI平台和混合平台构建的三种不同结构的合成仪器自动测试系统特点作了介绍。

关键词：合成仪器；自动测试系统；系统平台；LXI接口；PXI接口

引言

合成仪器是近年来测试测量仪器业界的最热门话题，因为美国国防部门放弃自动测试设备的专用采购，改为商业现货采购，同时提倡各军兵种的自动测试设备结构的模块化，利用数量有限的通用模块综合成各种不同应用的测试测量系统，简称合成仪器。实际上“合成仪器”只是一个技术名词，作为表达一种不同于“自然仪器”的新测量学或者新的测试测量学科之用。

合成仪器的典型系统构成可分为三个子系统：数字处理和控制子系统，A/D和D/A转换器子系统，以及信号调理子系统。再由三个子系统形成两个链路，即激励链路和测量链路，在两个链路之间连接被测器件。这些子系统又由数量不多的基本模块组成，整个系统好像积木魔方体，每边只有几块基本积木即可组合成无数多采多姿的图案。合成仪器是由基本模块组合而成，而且组合体的总数远大于基本模块数，因而，有些合成仪器专家认为使用“协调仪器”更为确切。合成仪器与软件定义无线电有相似之处，但是后者也只有合成功能，欠缺测量和分析能力。合成仪器与虚拟仪器更为相近(实质上虚拟仪器属于合成仪器的超集)，前者比后者的内容更完善。所有合成仪器都是虚拟仪器，同样具有虚拟面板，由软件映射和扩展硬件的功能，由PC管理数据流、分析和表现结果。但是虚拟仪器的硬件来自自然仪器，而合成仪器的硬件来自基本仪器模块，软件起着更大的作用。

目前，合成仪器主要用户是国防/航天部门，设备主要是微波/RF频段的自动测试系统(SI-ATS)，由于起点比较高，能够供应这些设备的测试测量仪器公司还不多。以下介绍三种有代表性的合成仪器ATS系统，第一是安捷伦(Agilent)公司的SI仪器系列，第二是艾法斯(Aeroflet)公司的SMARTE系列，第三是国家仪器(NI)/相位矩阵(Phase Matrix)/BAE系统三家公司合作开发的PXI合成仪器系列。

LXI合成仪器SI系列

安捷伦科技公司在2006年5月宣布六种获得LXI联合体认证的A类LXI标准模块，并且借助这六种LXI模块构成业界第一套合成仪器ATS系统。随后该ATS交付美国海军使用，作为飞行电子设备测试和维护的装备，成为美国国防部新一代测试计划(NxTest)试点工程项目，即统一自动支援系统(CASS)的商用现货采购装备，并考核合成仪器的全面性能。2007年安捷伦正式将合成仪器列入产品目录，作为军民两用的测试测量仪器和自动测试系统供应。

安捷伦的六种合成仪器的型号如下：

· N8201A数字下变频器SI模块
　　· N8211A模拟上变频器SI模块
　　· N8212A矢量上变频器SI模块
　　· N8221A中频数字化仪SI模块
　　· N8241A任意波形发生器SI模块
　　· N8242A任意波形发生器SI模块

显然，以上六种SI模块都是从安捷伦的GPIB总线台面仪器作重新设计成为LXI模块，并且满足A类标准。为了构建成完整的ATS系统，还可选用安捷伦的B类或C类LXI模块，或者采用其它仪器公司供应的LXI模块构成ATS系统。

为了满足美国国防部对合成仪器ATS系统现在和将来的测试方案，A类LXI模块还需要经受四种特殊测试。它们分别是飞行路线测试、中间级(I-Level)测试、库房测试、制造商(OEM)测试，具体内容如下：

· 飞行路线测试——在这种运作下，模块内的接收系统从飞机或车辆接收消息，形成“注意”标志。当系统回到基地，立即识别和找出需要校正的子系统，将损坏单元记录到中央数据库，以便在整个处理过程中跟踪该单元。

· 中间级测试——测试关键在于识别出子系统的损坏模块，如果能够移去该模块，则记录到中央数据库，然后进行下一步测试。

· 库房测试——在集中的维护中心内，对损坏模块作板级的元件识别，然后将维修的单元送回备件库进行修理。目标是提高飞机或车辆的可用性。

· 制造商测试——在标准流程中，合成仪器的ATS系统的板卡、模块或子系统在交付部队和进入服务前应该进行OEM测试。如果制造商和部队都采用相同的硬件/软件测试系统，则测试结果具有更高的可信度。同时极大的地降低ATS系统的开发成本，以及部署和支援的费用。安捷伦公司的合成仪器ATS系统与具有相同特性的台面仪器测试系统的对比如图1所示，前者使用上、下变频器、中频数字化仪、任意波形发生器等模块仪器为主，后者使用