合成儀器（SI）由模塊化組件構(gòu)建并啟用高速處理器和近代總線技術(shù)，有望給測試用戶帶來更多的功能與靈活性，較低廉的總成本、更高速操作、更小的物理占用面積以及較長的使用壽命。然而，生產(chǎn)廠家和用戶共同面臨的一個問題是缺乏統(tǒng)一的，能滿足體系結(jié)構(gòu)和商品化要求的設計標準。PXI和VXI模塊儀器是這類應用的候選，但對SI設計人員亦有諸多限制，終形成具有專用接口與控制模塊包裝的混合系統(tǒng)。

SI體系結(jié)構(gòu)和要求
乍一看，SI的基本要求和常規(guī)機柜式儀器十分相似。然而深入的調(diào)查研究后，會發(fā)現(xiàn)合成體系結(jié)構(gòu)所獨有的隱含著的要求，因此有必要快速地審視通用SI系統(tǒng)的某些基本屬性。首先，SI的機械結(jié)構(gòu)能提供良好的RF隔離，尺寸的靈活性，適度的冷卻，方便地I/O接入。儀表的總體積能靈活地容納尺寸較大高功率的微波部件，電源容量能適應模塊的各種要求，如基帶開關(guān)模塊所消耗的功率要比RF小得多。
經(jīng)驗教訓告訴我們，用插卡箱模塊規(guī)格結(jié)構(gòu)構(gòu)建的儀器對物理包裝有很多嚴格的限制，不能適應尺寸較大的RF模塊，亦無法解決計算機總線標準和靈敏的RF信號之間的隔離問題，另一個需要關(guān)注的事項是，插卡箱規(guī)格相關(guān)的過度緊張物理要求導致有限的模塊可使用性，在生產(chǎn)廠家由機柜式儀器轉(zhuǎn)而生產(chǎn)SI模塊時，會增加選項的平均投資，從而大大增加儀器的成本。
電氣要求，特別是數(shù)據(jù)與控制總線帶寬和等待時間常常是模塊設計的決定性因素?；鶐谀K之間驅(qū)動大量的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生和采集復雜調(diào)制波形的系統(tǒng)尤為如此，對近代軍事數(shù)字通信協(xié)議來說，20~50MB/S的數(shù)據(jù)速率是十分普遍的。
在上下變頻器，本地振蕩，信號調(diào)節(jié)器和DUT接口之間，數(shù)據(jù)與控制要求是中等的，開關(guān)同步要求則是隨功能要求變化的，其范圍在數(shù)微秒至數(shù)十毫秒之間，前者是引腳二極管輸出時間；后者是機械開關(guān)和衰減器動作時間。對多數(shù)應用，激勵源、響應和基帶模塊之間的同步時間僅為數(shù)十毫微秒，極具挑戰(zhàn)性。
綜上所述，合成系統(tǒng)的要求大致是這樣的，在一個10MB/S量級數(shù)據(jù)總線帶寬的大系統(tǒng)中，基帶模塊需用帶寬超過50MB/S的高速數(shù)據(jù)總線連接的。雖然這些要求會隨具體應用而有所變化，但是對大多數(shù)SI應用是十分典型的，這也成討論LXI應用的出發(fā)點。

圖1 一般的SI體系結(jié)構(gòu)

LXI功能性和性能
LXI是以太網(wǎng)技術(shù)在測試自動化領(lǐng)域的應用擴展。LXI主要是一個定義Ethernet802.3基接口技術(shù)實施綱要的功能性接口規(guī)范，旨在保證嵌入式IEEE1588協(xié)議基儀器間的互操作性，并提供所需的觸發(fā)功能。此外，它還規(guī)定了相關(guān)的布線觸發(fā)總線，為關(guān)鍵性應用提供增強的觸發(fā)同步功能。
國際LXI協(xié)會初步將基于LXI的儀器分為3個等級：等級C具有通過LAN的編程控制能力，可以與其它廠商的儀器很好地協(xié)同工作；等級B擁有等級C的一切能力，并且加上了IEEE1588網(wǎng)絡實踐同步標準；等級A擁有等級B的一切能力，同時具備硬件觸發(fā)能力。
?對SI，等級A LXI值得關(guān)注，IEEE1588同步協(xié)議和高速步線低壓差分信號觸發(fā)總線提供確定的定時，由于多數(shù)SI模塊沒有前面板和顯示，用戶界面是通過Web接口定義的，一個可交換的虛擬儀器應用編程界面（IVI API）在計算機與模塊間提供通信，LXI機械規(guī)范保證模塊像系統(tǒng)好鄰居一樣工作。
?觸發(fā)總線工作在100MHz，相當于1ns，實際可達到的性能約為2ns，并可配置成星形、菊鏈、或混合體系結(jié)構(gòu)，IEEE1588協(xié)議用實時時鐘來提供確定的網(wǎng)絡定時，與使用的LAN速度無關(guān)。
?在LXI以太網(wǎng)總線上，對2Σ分布，IEEE1588提供約50ns定時同步。數(shù)據(jù)吞率和LXI總線等待時間明顯地在很大程度上取決于處理器和接口硬件。在服務器和工作站中，千兆位以太網(wǎng)已十分普遍。1GB/S的峰值速率，當然在實際使用中很少能達到這一性能水平。在以太網(wǎng)上執(zhí)行的標準面向連接協(xié)議是TCP/IP。由于主CPU主要負責處理計算量大的TCP/IP軟件棧，等待時間相對較大，在50~120礢范圍內(nèi)。這些等待時間將影響典型SI設計所要求的上下關(guān)系。
多數(shù)先進的SI體系結(jié)構(gòu)傾向于使用分布在系統(tǒng)中各類工作模塊中的的公共測試調(diào)試表或狀態(tài)機調(diào)度表，調(diào)度表同步在1588協(xié)議中完成。這種安排可讓廣泛分布的組件以約100ns速率同步事件。更的調(diào)度表事件同步可用布線觸發(fā)總線完成。
對LXI總線來說，主要等待時間是在專用語言程序環(huán)境中執(zhí)行過程事件的時間。在此場合，典型編程技術(shù)要求主CPU交換上下關(guān)系來執(zhí)行命令，當然還有專用語言程序解釋所涉及的其它等待時間。據(jù)報道，Microsoft XP和Linux兩種操作系統(tǒng)的上下交換時間超過30祍。考慮到附加的解釋器等待時間，正是這些等待時間，而不是以太網(wǎng)總線的等待時間，構(gòu)成端對端數(shù)據(jù)和模塊中事件傳輸?shù)闹饕蛩亍?BR>
圖2 詳細的SI結(jié)構(gòu)

用LXI標準設計SI
SI系統(tǒng)可方便地嵌入在VXI或PXI機箱的基帶體系結(jié)構(gòu)基本部件構(gòu)建。然而，在同一機械和電氣環(huán)境中很難完全包含RF體系結(jié)構(gòu)，尤其是高性能微波系統(tǒng)。致使眾多生產(chǎn)廠家采用插卡箱基基帶部件連接至大型RF部件相結(jié)合的方案來設計混合系統(tǒng)，即放置在商品化插卡箱內(nèi)的基帶模塊與由專用數(shù)據(jù)和控制總線控制的定制RF模塊相結(jié)合的系統(tǒng)，因為RF系統(tǒng)需要良好的屏蔽而且是耗電大戶。
采用以太網(wǎng)總線作為主要系統(tǒng)總線的標準基系統(tǒng)有很多吸引人的優(yōu)點，具備很多先進的網(wǎng)絡特性，比如傳統(tǒng)的測試與測量接口不能提供對等通信，還有以太網(wǎng)電纜和插卡是標準的、廣泛使用的，且基本上是的。
PoE（通過以太網(wǎng)供電）功能和IEEE1588協(xié)議簡化分布測量應用，此類應用中大量傳感器是環(huán)繞較大DUT分布的，或是按地域分布的，IEEE1588的時間批量處理簡化了數(shù)據(jù)和通道管理以及后采集分析。一種供典型的激勵/響應SI測試系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。該體系結(jié)構(gòu)具有獨立的激勵和響應基帶模塊，通過LXI總線連接至服務器，在基帶模塊之間有LXI觸發(fā)總線。在此設計中，變頻器提供信號調(diào)節(jié)功能。
當然在實際使用中，任務可以是獨立的。DUT接口提供接口開關(guān)和向后循環(huán)校正功能，還可包括信號調(diào)理器、高功率激勵放大器以及低噪聲響應放大器。
按LXI標準構(gòu)建的這個實例容易滿足各類要求，其性能已超過目前構(gòu)建的多數(shù)SI系統(tǒng)的性能?？偩€帶寬是50MB/S，在LXI觸發(fā)總線上的基帶觸發(fā)為2ns、在IEEE1588上的上/下變頻器與DUT觸發(fā)優(yōu)于100ns。不僅如此，IEEE1588允許時間批量處理用于后采集分析，這是事析驅(qū)動觸發(fā)無法提供的。

LXI包裝密度、冷卻與功率容量
由于LXI主要是一個接口標準，對測試儀表的機械結(jié)構(gòu)沒有多大限制。對SI和尺寸為的應用來說，LXI機械規(guī)范定義了1U半機柜寬模塊，一堆類似的模塊能緊緊地整合成測試裝置，系統(tǒng)還配備了為這類應用設計的冷卻裝置和電纜接口。
后面板設有LXI與觸發(fā)總線連接器，允許使用AC電流或DC電源。前面板含有狀態(tài)指示燈和復位按鈕，整個單元通過中間模塊和機柜安裝把手安裝在一個19英寸機柜中。生產(chǎn)廠家和用戶關(guān)心的是熱穩(wěn)定性問題，聯(lián)合體的初步研究表明，每個1U單元能合理地應付100W功率而無需特殊的設計考慮；2U單元在類似的條件下能應付400W功率。

結(jié)語
在SI系統(tǒng)各種方案中，LXI不失為一個用開放的以太網(wǎng)標準構(gòu)建的極具吸引力的備選方案。它沒有現(xiàn)有專用總線標準強加的尺寸限制，并充分利用以太網(wǎng)的功能接入高性能的處理器和服務器。重要的是，基于真正的物理組件和功能組件體系結(jié)構(gòu)，滿足SI系列產(chǎn)品低成本與高性能兩者要求，發(fā)揮建立可互換商用SI標準的優(yōu)勢?！觯|華）