電子測量儀器的新發(fā)展

電子測量儀器的新發(fā)展

進(jìn)入21 世紀(jì)以來，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已難以用日新月異來描述。新工藝、新材料、新的制造技術(shù)催生了新的一代電子元器件，同時(shí)也促使電子測量技術(shù)和電子測量儀器產(chǎn)生了新概念和新發(fā)展趨勢。本文擬從現(xiàn)代電子測量儀器發(fā)展的三個(gè)明顯特點(diǎn)入手，以供讀者參考。

現(xiàn)代電子測量儀器的發(fā)展趨勢

儀器性能更加優(yōu)異

　　儀器的性能更加優(yōu)異，測量功能更加強(qiáng)大，儀器的測量精度，測試靈敏度，測量的動(dòng)態(tài)范圍等都達(dá)到了前所未有的高度。例如，Agilent 公司的PSA 頻譜分析儀的測量靈敏度高達(dá)—169dBm(接近物理界熱噪聲—174dBm) ， PNA 網(wǎng)絡(luò)分析儀的動(dòng)態(tài)范圍高達(dá)143dB ， Agilent 83453A 高分辨率分光計(jì)分辨帶寬=0.0001nm(亞皮米) (突破皮米分辨帶寬的壁壘) ，Agilent 86107A 精密時(shí)基參考模塊，對小于100ns 的時(shí)延，抖動(dòng)為1.7ps RMS( 突破皮秒抖動(dòng)瓶頸) ，DSO80000系列的示波器， 其單一A/D 芯片具有20GSa/s 實(shí)時(shí)高采樣率，使之成為世界上采樣率最快的示波器(40GSa/s 實(shí)時(shí)采樣率，13GHz 帶寬) 。另

外，更多強(qiáng)大的測量功能被賦予單臺儀表中，如Agilent 公司的8960系列無線綜合測試儀(集移動(dòng)手機(jī)和基站的射頻測試與協(xié)議測試于一身) ； ESG/PSG矢量信號源可以靈活產(chǎn)生包括連續(xù)波/調(diào)幅/調(diào)頻/調(diào)相/脈沖調(diào)制，全制式通信協(xié)議( GSM/ EDGE/ WCDMA/ TD2SCDMA/CDMAOne/CDMA2000/CDMA20001X2EV/藍(lán)牙/WLAN/PHS/PDC/NADC/DECT/TETRA等) ，任意波形及用于今后的其他信號；MSO 混合信號示波器(2/4 個(gè)模擬測量通道+16 個(gè)邏輯分析通道) 使單臺儀器同時(shí)具備示波器和邏輯分析儀的功能； Infiniium示波器內(nèi)裝VSA 矢量信號分析軟件后也成為世界上測量分析帶寬最寬的矢量信號分析儀。

儀器與計(jì)算機(jī)融為一體

　　儀器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的前所未有的融合。首先，越來越多的儀器選用以Windows 軟件和Intel 芯片為平臺，采用Windows GUI 和基于軍用標(biāo)準(zhǔn)的軟件，用Windows 軟件代替儀器內(nèi)部操作軟件，并易于與MS辦公室應(yīng)用軟件連接，充分發(fā)揮其效能，如Agilent公司的儀器可用Word 語言捕獲屏幕圖像，用Excel語言繪制的波形數(shù)據(jù)，用Excel 語言捕獲測量數(shù)據(jù)，易于自由地從互聯(lián)網(wǎng)下載和升級最新的軟件版本，利用Windows Help 提高了儀器操作學(xué)習(xí)的方便性；同時(shí)，觸摸屏被廣泛利用，話音控制可解決雙手同時(shí)被占用時(shí)操作儀器的問題，通過網(wǎng)絡(luò)控制儀器操作，并用基于MS Windows 和MS Visual Studio 實(shí)現(xiàn)測試自動(dòng)化；另外，儀器內(nèi)部的VBA 軟件可有效地幫助實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的測試自動(dòng)化。
 
       其次，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)被大量應(yīng)用到儀器之中，使得儀器具備了更加先進(jìn)的連通性，如Agilent 公司的儀器大都具備采用了USB 接口，LAN 接口，GPIB 接口。同時(shí)，也安裝了標(biāo)準(zhǔn)光標(biāo)指示器(鼠標(biāo)、跟蹤球、觸摸鍵、操縱桿等)和其他部件(鍵盤、CD RW 驅(qū)動(dòng)器、直接連結(jié)打印機(jī)的并行接口，用于外部監(jiān)視器的VGA 輸出，內(nèi)部硬盤驅(qū)動(dòng)器等) 。特別值得一提的是，在軍工等特殊行業(yè)，測試數(shù)據(jù)的安全性和保密性要求格外重要，為此，Agilent 公司在儀器上設(shè)計(jì)了可卸出的硬盤(如PNA 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和Infiniium 示波器) ，使工作人員在實(shí)驗(yàn)室完成測試任務(wù)后，卸出硬盤，單獨(dú)運(yùn)輸儀器至測試現(xiàn)場(如戰(zhàn)地) ，再由操作人員取出隨身攜帶的硬盤裝入儀器，再進(jìn)行現(xiàn)場測量，從而保證了數(shù)據(jù)的安全性和保密性。

測試及仿真軟件在儀器中廣泛應(yīng)用

　　隨著計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和處理數(shù)據(jù)能力的不斷增加，及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用，儀器的硬件和測試軟件及仿真軟件的結(jié)合越來越緊密。首先，硬件的模塊化設(shè)計(jì)，使得通過不同的硬件模塊組合配以不同的軟件，從而形成不同功能的儀器和不同的測試解決方案，如Agilent 公司的DAC-J 寬帶示波器86100C ，通過插入不同的模塊并配以不同軟件，該儀器可成為抖動(dòng)分析儀，寬帶示波器，數(shù)字通信分析儀，時(shí)域反射分析儀；此外，VXI 結(jié)構(gòu)的測試儀器更加充分地解釋了模塊化結(jié)構(gòu)儀器的靈活配置和應(yīng)用。

　　其次，軟件無線電的概念已有了全新的解釋和現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用，Agilent 公司的89601A 矢量分析軟件是實(shí)現(xiàn)這一理念的最好例證，它利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理能力將大量的數(shù)字信號處理功能和數(shù)據(jù)分析功能充分展現(xiàn)在計(jì)算機(jī)軟件之中，通過與不同的數(shù)據(jù)采集前端(如VXI 結(jié)構(gòu)的矢量信號分析儀，頻譜分析儀， Infiniium 數(shù)字示波器) 相結(jié)合，組合出不同功能的矢量信號分析儀。

　　同時(shí)，其捕獲的信號和數(shù)據(jù)分析的結(jié)果可以作為EDA 仿真軟件(如Agilent 公司的ADS 高級設(shè)計(jì)仿真軟件) 的數(shù)據(jù)輸入來源，用于驅(qū)動(dòng)ADS 高級設(shè)計(jì)仿真軟件進(jìn)行部件及系統(tǒng)級仿真；并且，ADS 高級設(shè)計(jì)仿真軟件的仿真結(jié)果可送入Agilent 公司的ESG/PSG矢量信號源產(chǎn)生出信號通過VSA 矢量信號分析儀的捕獲和分析，反過來可進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與真實(shí)產(chǎn)品之間的數(shù)據(jù)驗(yàn)證，即實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、仿真、測量和驗(yàn)證的有機(jī)結(jié)合。以Agilent ADS 高級設(shè)計(jì)仿真軟件為代表的EDA 軟件，通過與Agilent 公司測試儀器(包括:頻譜分析儀，網(wǎng)絡(luò)分析儀，信號源，示波器，邏輯分析儀等) 的動(dòng)態(tài)鏈接，從而實(shí)現(xiàn)了測量域與仿真域的有機(jī)結(jié)合，在設(shè)計(jì)、仿真和驗(yàn)證之間架起了橋梁，從而加速設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，完善系統(tǒng)及部件的半實(shí)物仿真手段，達(dá)到迅速拓展?jié)M足需要的測量解決方案的目的| 壓差計(jì)| 水活度儀| 邏輯分析儀| 扭力計(jì)| 色度計(jì)。

展望未來

　　綜上所述，21 世紀(jì)的電子測量儀器隨著芯片技術(shù)和DSP 技術(shù)的發(fā)展將達(dá)到前所未有的高性能，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與儀器的進(jìn)一步融合

， 儀器的易操作性，易升級性，測量能力，數(shù)據(jù)處理和分析能力，都得到了大幅度提高。與此同時(shí)，軟件無線電正越來越多地被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域， 仿真技術(shù)將為用戶的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證提供了更加強(qiáng)大和方便的工具。