虚拟仪器是如何优化自动化测试的

在T/R组件测试中，测试设备的日趋复杂和技术的渐进融合迫使测试系统需要变得更加灵活。一方面成本的压力要求测试系统具有更长的生命周期，另一方面测试系统仍须适应被测件随时间变化而带来的各种变化，并且为了“降本增效”，T/R组件的自动化测试已经迫在眉睫。实现这些目标的唯一途径便是采用一种软件定义的模块化架构，而这就是虚拟仪器。

传统仪器与虚拟仪器架构比较[1]

虚拟仪器以PC为基础，以软件为核心，搭配模块化仪器（如PXI/PXIe），以更低的成本灵活定制并实现测试功能。用户通过定制的软件实现更高的灵活性与更长的生命周期。同时，用户还可以利用软件工具部署自动化测试序列，自动执行测试项。

一、虚拟仪器是如何优化自动化测试的

1.1 灵活扩展功能

除了传统仪器中的专用组件和电路外，独立仪器的一般架构与虚拟仪器非常相似。区别在于灵活性以及可以根据特定需求修改和调整的能力。传统的仪器可能包含用于执行特定数据处理功能的集成电路；但是在虚拟仪器中，这些功能由在PC处理器上运行的软件执行。这样不仅可以轻松扩展功能，而且只要提前写好自动化测试程序，软件就可以控制测试系统自动化执行。

高灵活性软件自定义仪器[2]

用户需要并且要求系统能够不断适应变化，同时还需要可维护、可扩充的解决方案以便长期使用。建立以功能强大的开发软件（如LabVIEW）为核心的虚拟仪器系统，既可以设计出软、硬件无缝集成的开放式架构测试系统，又能确保测试系统不仅能在今天使用，在未来同样可以轻松集成新技术，并且根据新要求在原有基础上扩展系统功能、轻松部署自动化测试。

1.2 高精度定时和同步

虚拟仪器的硬件部分为模块化仪器（如PXIe），PXI Express规范将PCI Express信号集成到了PXI标准，使得背板带宽达到6 GB/s。通过吸纳100 MHz差分参考时钟和差分触发器，PXI Express也增强了PXI的定时和同步特性。

在PXI现有的定时和同步功能基础上，PXI Express还提供了附加的定时和触发总线，包括100MHz差分系统时钟、差分信号，以及差分星形触发等。通过使用差分时钟和触发，PXI Express系统增加了对仪器时钟的抗噪声能力，并能传输更高频率的时钟信号。

PXIe增强定时与同步功能[3]

综上所述，虚拟仪器拥有非常高精度的定时和同步功能，这在自动化测试系统中是非常重要的，因为在一个自动化测试系统中往往就需要多仪器之间进行时钟同步、同步触发等操作。所以，拥有高精度同步和定时的虚拟仪器在自动化测试中十分具有优势。

1.3 媲美台式仪器的高性能模块

虚拟仪器中的硬件组成部分——模块化仪器经过多年的发展，已经拥有了几十种类别和几千种相关产品，如此种类丰富的模块化仪器可以匹配各种测试测量的场景。

PXIe模块化仪器[4]

这些仪器级硬件的实现并没有牺牲测量性能。实际上，通过模块化仪器方法设计的仪器，包括业界最高分辨率的数字化仪、最高带宽的任意波形发生器和最精确的7位半数字万用表。

模块化仪器性能指标[5]

模块化仪器拥有高集成度、高灵活性、低成本、低功耗等方面的优势，在这样的前提下还具有媲美传统台式仪器的性能指标，所以使用模块化仪器对成本控制、效率要求、质量控制、灵活扩展等都较为严格的自动化测试系统来说无疑是首选。

二、VST让T/R组件模块化更高效

2.1 降低系统复杂度

传统T/R组件测试中可能需要用到多个厂商的各种不同的设备，并且在多站点进行“流水线”测试。这样不仅需要占用较大场地，而且由于不同厂商、不同设备的数据交互方式可能不同，这就导致整个测试系统庞大且十分复杂。

毫米波矢量信号收发仪（VST）模块，可提供高速的优质测量，并且其架构还可以满足待测设备(DUT)的需求，即使需求不断发生变化也不足为惧。VST的核心在于将宽带矢量信号发生器、矢量信号分析仪、高速数字接口和功能强大的FPGA整合到一台PXI仪器上，以更少的连接整合测试系统要求并简化复杂的T/R组件测试。

VST模块实物图[6]

不少T/R测试应用在RF或基带波形生成和分析之外，还需要额外的I/O。这可能需要使用电源或源测量单元(SMU)、基于模式的用于DUT控制的数字设备，或各种其他模拟、数字和直流仪器。

由于VST模块集成了多种测量仪器为一体，所以在进行T/R组件测试时只需要使用VST设备加其他一些模块化仪器即可匹配测试需求，这样大大简化了系统的整体设计复杂度，而且多台模块化仪器的数据交互十分方便，不仅减少场地占用，还将“流水线”测试变为自动化测试，使用户的重心可以放在自动化测试软件的开发上。

传统T/R测试系统向自动化测试转变

2.2 提高速度并增强可扩展性

在验证和生产测试环境中，设备吞吐量、自动化水平和测试时间会直接影响结果的好坏。VST的硬件和软件架构针对测量速度进行了优化，同时不影响测量的性能。VST使用的软件驱动工具，确保用户可以快速适应并享有VST所提供的行业领先的测试优化服务。

用户可以从100多种C、.NET和LabVIEW范例程序中选择合适的程序，轻松开启仪器自动化之旅。VST的驱动API包含高级参数，通过智能优化仪器设置，助您以更少的软件调用获得更优的测量结果。此外还大大降低了多测量并行机制和多DUT测量的软件复杂程度。使用最新的处理器技术和易于编程的多线程测量，可实现出色的测量速度，从而缩短测试时间。

在LabVIEW和.NET中使用VST驱动API进行测量[7]

作为PXI平台的一部分，VST设备与所有PXI仪器共享相同的基础资源，从而简化了测试的开发、触发和同步过程，更大限度提高了测量速度。用户可以使用用于同步多个VST的TClk技术来同步其他仪器，打造统一的自动化测试和自动化测量解决方案。

集成多种仪器代码示意图[8]

三、T/R组件指令控制的优秀平台——PXI Digital Pattern

PXI Digital Pattern是基于向量的PXI数字通道板卡，它将ATE级数字功能引入到业界标准的PXI平台中。基于向量的PXI数字通道板卡专门用于测试各种射频和混合信号IC，包括RF前端、电源管理IC以及具有内置连接和传感器的收发器和物联网片上系统。

基于向量的PXI数字通道板卡可以使用数字Pattern编辑器，这是一个用于导入、编辑或创建测试Pattern的交互式工具。该软件集成了用于器件引脚图、规格参数和Pattern的编辑表，用以开发或编辑导入的数字测试向量和Pattern。

3.1 指令信号控制

在T/R组件测试中往往需要多个端口之间协调配合，比如某个端口在什么样的状态下需要其他端口以什么样的状态来配合实现整体功能。基于向量的PXI数字通道板卡可以利用驱动中集成的数字Pattern编辑器来实现指令信号控制。

数字Pattern编辑器可以不仅有配置仪器设备通道如何与待测设备连接，为每个引脚设置电压电平等基础功能；它还可以用来定义向量时间集，设置边沿和比较发生时间，每个向量可以定义四个驱动边沿以及比较边沿，这样可以轻松实现多通道指令信号控制。

Pattern边沿配置时序图[9]

3.2 人机交互友好

传统T/R组件测试中往往使用专用的FPGA设备进行指令信号控制，FPGA编程不仅麻烦，而且复杂。相比之下，使用基于向量的PXI数字通道板卡搭配驱动中自带的软件工具数字Pattern编辑器可以无需编程，只通过简单的配置设置即可实现指令信号控制，这样做不仅省心省力，而且人机交互十分简便、友好。

Pattern编辑器界面

使用Pattern还有个好处就是可以快速适应T/R型号迭代或逻辑变更，一旦出现变化只需要在配置表中更改对应配置后保存即可。传统的FPGA遇到这类变化可能需要大量修改代码后重新编译、生成和部署。

3.3 无缝接入控制程序

PXI Digital Pattern在LabVIEW里有一套独立的API，可以支持在LabIVEW中使用编程的方式来实现指令交互控制。前面提到的软件工具数字Pattern编辑器也可以支持在LabVIEW中通过API直接调用，这样就可以在Pattern编辑器中编辑好指令信号控制表，在控制程序中无缝接入。LabVIEW提供了大量范例，使软件编程也比较友好，让初学者也能很快上手。

LabVIEW调用Pattern编辑器范例[10]

四、总结

模块化的VST设备和基于向量的PXI数字通道设备在助力T/R组件自动化测试中都发挥出了重要作用。虚拟仪器通过共享组件、高速总线和开放的用户定义软件助力T/R测试系统拥有更高的性价比、更具开放的灵活性、更高的测试效率、更高的集成度。使用虚拟仪器搭建测试系统可以轻松实现自动化“黑灯测试”。所以，虚拟仪器已经成为当下T/R组件自动化测试需求的最合适的选择。

虚拟仪器基于平台的自动化测试方法[11]

结语在这篇文章中，我们详细介绍了T/R组件虚拟仪器自动化测试系统中的两大法宝——VST和Pattern。VST系列产品作为射频测试和测量的利器，为T/R组件测试系统的高效自动化射频测试提供了可靠的支持；Pattern系列产品提供高精度可编辑的指令信号控制。两大法宝相辅相成，借助虚拟仪器平台共同助力T/R组件测试。

审核编辑：彭菁