测试测量技术发展趋势
0 评级 | out of 5
打印
概览
作者：徐赟, 技术市场工程师, NI 中国分公司
30 多年来，作为测试测量行业的创新者和虚拟仪器技术的领导者，National
Instruments 一直致力于为工程师和科学家们提供一个通用的软硬件平台，用于科
技应用和工程创新。伴随着测试需求的多样化和复杂化，这种以软件为核心的测
试策略正逐渐成为行业主流的技术，并得到广泛的应用，在提高效率的同时降低
测试成本。在新兴商业技术不断涌现的今天和未来，测试测量行业正呈现出五个
重要的发展方向。
目录
1. 趋势一：软件定义的仪器系统成为主流
2. 趋势二：多核/并行测试带来机遇和挑战
3. 趋势三：基于 FPGA 的自定义仪器将更为流行
4. 趋势四：无线标准测试的爆炸性增长
5. 趋势五：协议感知（Protocol-Aware）ATE 将影响半导体的测试
趋势一：软件定义的仪器系统成为主流
如今的电子产品(像 iPhone 和 Wii 等)已越来越依重于软件去定义产品的功能。同
样的，在产品设计和客户需求日益复杂的今天，用于测试测量的仪器系统也朝着
以软件为核心的模块化方向发展，使得用户能够更快更灵活的将测试集成到设计
过程中去，进一步减少了开发时间。
通过软件定义模块化硬件的功能，用户可以快速实现不同的测试功能，并应用定
制数据分析算法和创建自定义的用户界面。相比于传统仪器固定的功能限制和只
是“测试结果”的呈现，以软件为核心的模块化仪器系统能够赋予用户更多的主动
权，甚至将自主的知识产权(IP)应用到测试系统中。(见图 1)
在业界，被认为是最保守的客户之一的美国国防部在 2002 年向国会提交的报告
中指出下一代测试系统(NxTest)必须是基于现成可用商业技术(COTS)的模块化
的硬件，并同时强调了软件的能动作用。最新的合成仪器(Synthetic
Instrumentation)的概念也无非是经过重新包装的虚拟仪器技术，将软件的开放性
和硬件的模块化重新结合在了一起。
javascript:()
javascript:()
在媒体界,《电子系统设计》杂志的编辑 Louis Frenzel 先生在他最近关于测试行
业趋势的文章(Synthetic Instrumentation No Longer A Test Case)中也再次肯定了
虚拟仪器技术对于测试测量行业的革新作用以及软件定义仪器的发展方向。
图 1：以软件为核心的模块化系统参考架构
趋势二：多核/并行测试带来机遇和挑战
多核时代的来临已成为不可避免的发展趋势，双核乃至八核的商用 PC 现在已随
处可见。得益于 PC 架构的软件定义的仪器，用户可以在第一时间享受到多核处
理器为自动化测试应用带来的巨大性能提升。
要充分发挥多核的性能优势，就必须创建多线程的应用程序，例如我们可以将自
动化测试程序的数据采集、数据分析、数据记录乃至用户界面部分创建不同的线
程，从而分配到不同的核上并行的运行。不过，这样并行的开发理念使得习惯于
传统串行开发方式的工程师难以适应，尤其是当核的数目越来越多……
挑战和机遇往往是并存的，作为图形化语言的代表，LabVIEW 在设计当初就考
虑到了并行处理的需求，从 LabVIEW 开始支持多线程到现在已有 10 多年的
历史。可以毫不夸张地说，天生并行的 LabVIEW 就是这样一种驰骋多核技术时
代的编程语言，通过自动的程序多线程化(见图 2)，开发人员可以无需考虑底层
的实现机制，就可以高效地享用多核技术所带来的益处。
无论是欧南天文台极大望远镜高达 2700 万次乘加运算的镜面控制，到 Tokamak
核聚变装置的实时处理运算，还是 NASA 的飞机安全性测试和 TORC 汽车控制
快速原型设计，LabVIEW 多核技术都为这些应用带来了巨大的性能和吞吐量的
提升，随着多核技术的进一步发展，提升的幅度将更为可观。
图 2：LabVIEW 中的自动多线程和并行的数据流编程
趋势三：基于 FPGA 的自定义仪器将更为流行
随着设计和测试的要求越来越高，FPGA(现场可编程门阵列)技术正逐渐被引入
到最新的模块化仪器中，这也就是我们所说的基于 FPGA 的自定义仪器。
FPGA 的高性能和可重复配置特性一直是硬件设计工程师们的最爱，而对于测试
工程师而言，又何尝不想拥有硬件级的确定性和并行性呢？像诸如实时系统仿真、
高速内存测试等应用都需要用到 FPGA 来确保响应的实时性和高速的数据流入
和流出，FPGA 的 IP 核更是可以为工程师植入自主知识产权的算法提供契机。
然而，苦于对硬件设计知识的缺乏和对 VHDL 或 Verilog 语言编程的恐惧，许多
测试工程师对于 FPGA 技术望而却步。
现在，NI 提供的 R 系列数据采集和 FlexRIO 产品家族将高性能的 FPGA 集成到
现成可用的 I/O 板卡上，供用户根据应用进行定制和重复配置，同时配合
LabVIEW FPGA 直观方便的图形化编程，用户能够在无需编写底层 VHDL 代码
的情况下，快速地配置和编程 FPGA 的功能，用于自动化测试和控制应用。(见
图 3)
前段时间，欧洲核子研究中心(CERN)为世界最强大的粒子加速度器——大型强
子对撞机(LHC)配备了超过 120 套带有可重复配置 I/O 模块的 NI PXI 系统，用于
控制瞄准仪的运动轨迹和监测其实时位置，从而确保粒子在既定的路径中运作。
为了保证极高的可靠性和精确性，FPGA 成为其必备的测试和控制技术。
随着对 FPGA 技术应用复杂性的简化，可以预计，拥有高性能和灵活性的 FPGA
技术将越来越多的被应用于未来的仪器系统中.
图 3:NI 带 FPGA 的可重复
配置 I/O 板卡和 LabVIEW FPGA 图形化编程
趋势四：无线标准测试的爆炸性增长
近年来无线通信标准的发展可谓是日新月异，从 2000 年前只有四五种的无线标
准到现在众多新标准如雨后春笋般涌现。越来越多的消费电子产品和工业产品都
或多或少的集成了无线通信的功能，像苹果公司最新的 3G 版 iPhone 手机，更是
同时集成了 UMTS, HSDPA, GSM, EDGE, Wi-Fi, GPS 和蓝牙等多种最新的无线
标准。这些都给无线技术的开发和测试带来了巨大的挑战，测试技术如何跟上无
线技术的发展成为工程师面临的最大难题。通常传统射频仪器的购买周期是 5
至 7 年，而新标准和新技术的推出周期却是每两年一轮，购买的射频测试设备由
于其固件和功能的限定通常难以跟上新标准的发展速度。
面对这样的挑战，一种以软件为核心的无线测试平台正崭露头角。信号的上下变
频和数字化由模块化的射频硬件的完成，而编解码和调制解调的过程全部通过软
件实现。这样，在统一的模块化硬件平台上，只需修改软件就可以满足不同无线
标准的测试需求，使得工程师有能力在第一时间测试最新的标准，加快产品的上
市时间。
NI LabVIEW 和 PXI RF 平台就是这样一个软件无线电的测试平台，多年来已经
成为工程师和科学家们开发无线标准和测试无线应用的必备工具。德州大学奥斯
汀分校的师生基于 NI 的软件无线电平台，在短短 6 周时间内开发出
MIMO-OFDM 4G 的系统原型；成都华日通信公司(国内无线电频谱管理设备主要
供应商)利用 NI PXI 矢量信号分析仪和 LabVIEW 开发了带有自主产权的
HR-100 宽带无线电接收机和监测系统，已广泛应用于国内的频谱监测和信号定
向领域。聚星仪器(NI 大陆地区系统联盟商)也开发出了全球首个支持 C1G2
RFID 标准全部指令的测试设备，并实现了与 RFID 标签微秒级的实时通信。
图 4：基于 LabVIEW 和 PXI 软件无线台测试平台
趋势五：协议感知（Protocol-Aware）ATE 将影响半
导体的测试
如今的半导体器件变得愈加的复杂，高级的片上系统(SoC)和封装系统(SiP)相比
典型的基于矢量的器件测试而言，需要更为复杂的系统级的功能测试。现在器件
的功能也不再是通过简单的并行数字接口实现，而是更多的依赖于高速串行总线
和无线协议进行输出，这就要求测试设备和器件之间能够在指定的时钟周期内完
成高速的激励和响应测试。
复杂的测试需求催生了协议感知(Protocol-Aware)ATE 的诞生，Andrew Evans 在
2007 国际测试会议(ITC)上发表的论文“The New ATE - Protocol Aware”中首次提
出了这个概念。这是一种模仿器件真实使用环境(包括外围接口)的方法，按照器
件期望的使用方式，进行有针对性的器件功能测试和验证。
国际半导体测试协会(STC)和新近成立的半导体测试合作联盟(CAST)都在考虑
为自动化测试厂商制定开放的测试架构以满足日益增加的半导体测试需求和降
低测试成本。NI 作为 STC 协会便携式测试仪器模块(PTIM)工作组的主席，正在
致力于创建一种新的指南和标准，使得工程师能够将第三方的模块化测试仪器
(如 PXI)集成到传统的半导体 ATE 中，以实现更为灵活自定义、符合“协议感知”
要求的半导体测试系统。
把握发展趋势，占据市场先机，在全球经济步入调整期的今天，相信测试测
量行业仍会有一个美好的未来。
