使用LXI加強(qiáng)汽車電子測試

汽車行業(yè)競爭激烈，整個(gè)行業(yè)一直面臨著提升質(zhì)量同時(shí)降低成本的壓力。因此，諸如電子功能測試之類有益且高要求的行為經(jīng)常被視為“必不可少的麻煩”，此類投資必須提供高回報(bào)。

我們將介紹基于LAN接口的儀器擴(kuò)展(LXI" target="_blank">LXI)，這是為下一代測試系統(tǒng)提供的解決方案。首先，LXI是一種基于經(jīng)過驗(yàn)證、并廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)的測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過時(shí)間檢驗(yàn)，為實(shí)現(xiàn)高效測量提供“恰好”的冷卻、電源、屏蔽和物理尺寸，又不會降低性能，同時(shí)采用模塊化設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)外型。LXI概念用于臺式儀器中，進(jìn)一步提升了LXI的吸引力，這些儀器的銷售量一直要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于卡槽儀器，同時(shí)以極具競爭力的價(jià)格提供了很好的性能。

由于這些優(yōu)勢，負(fù)責(zé)測試汽車電子器件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以使用LXI最大限度地提高性能，最大限度地降低成本，并面向未來作好規(guī)劃。正如2006年4月份LXI Connexion雜志中所說，考慮使用LXI的充分理由至少有10個(gè)。這些理由同時(shí)適用于當(dāng)前測試系統(tǒng)和未來測試系統(tǒng)：

1. 易用性

2. 性能

3. 成本

4. 擴(kuò)充能力

5. 使用壽命

6. 靈活性

7. 機(jī)架空間

8. 分布式系統(tǒng)

9. IEEE-1588同步

10. 合成儀器

更深入地理解這10個(gè)理由，將有助于說明LXI測試系統(tǒng)對汽車行業(yè)的價(jià)值。

易用性

由于新車型每年都在變化，汽車電子制造商必須在非常短的時(shí)間內(nèi)把新產(chǎn)品推向市場。任何阻礙迅速開發(fā)測試系統(tǒng)或降低生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間的東西都是不能容忍的。因此，迅速建立系統(tǒng)依賴于盡快連接儀器及使系統(tǒng)投入運(yùn)行。這不僅可以節(jié)約時(shí)間，還可以使制造商把重點(diǎn)放在更重要的任務(wù)上，即模塊和子組件的功能驗(yàn)證。

目前，許多系統(tǒng)是使用基于VXI" target="_blank">VXI或基于PXI的硬件建立的。由于必須使用嵌入式PC或通過接口卡和電纜連接的獨(dú)立式PC控制這些系統(tǒng)，因此開發(fā)人員面臨著四個(gè)主要問題，而LXI則解決了這些問題：

接口：LXI采用的不是MXI或GPIB" target="_blank">GPIB 接口，而是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域長期來的標(biāo)準(zhǔn)接口—以太網(wǎng)。因此，用戶不需要在PC中安裝額外的接口卡，不需要安裝專用電纜，也不需要安裝專用軟件。僅憑這一點(diǎn)，就可以讓系統(tǒng)在幾分鐘內(nèi)、而不是幾小時(shí)內(nèi)投入運(yùn)行。

PC配置：由于PXI 卡槽是PC背板的擴(kuò)展，因此每次插拔卡時(shí)都必須重新引導(dǎo)整個(gè)系統(tǒng)。而LXI則不需要這樣做：它采用局域網(wǎng)連接，在連接或斷開儀器時(shí)不必重新啟動PC。此外，某些模塊化LXI儀器，如安捷倫34980A多功能開關(guān)/測量單元，支持“熱插拔”或在電源打開時(shí)插拔卡。

驅(qū)動程序：在PXI系統(tǒng)重新引導(dǎo)時(shí)，PC通過設(shè)備查找流程，識別新連接的設(shè)備，這通常要求下載和安裝設(shè)備驅(qū)動程序。驅(qū)動程序的局限性可能會導(dǎo)致問題，耗費(fèi)大量時(shí)間，如后文所述。LXI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用IVI-COM驅(qū)動程序，可以更簡便地在各種開發(fā)環(huán)境中工作。但是，在要求更高的功能或性能時(shí)，可以直接通過標(biāo)準(zhǔn)程控儀器命令(SCPI)直接對某些LXI儀器編程。(SCPI是一種既定的標(biāo)準(zhǔn)，可以通過簡單的VISA功能在任何計(jì)算機(jī)語言下使用。)

用戶接口：由于沒有前面板，因此有時(shí)很難使用基于PC的軟件，診斷PXI和VXI設(shè)備中的問題。在開發(fā)人員第一次學(xué)習(xí)新設(shè)備的功能時(shí)，通常要求全面閱讀產(chǎn)品手冊。在臺式LXI儀器中，前面板使用戶能夠簡便對儀器進(jìn)行操作，了解其工作方式。當(dāng)然，大多數(shù)模塊化LXI儀器沒有前面板，但其內(nèi)置web界面使得用戶只需簡單地在連接的PC上打開網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，就可以學(xué)習(xí)儀器功能。由于瀏覽器功能，用戶還可以更簡便地查看世界上任何地方的設(shè)備上發(fā)生的情況，簡化系統(tǒng)支持，幫助保證更高的系統(tǒng)可用性。如圖1所示。

圖1：許多安捷倫LXI儀器包括前面板，因此其操作學(xué)習(xí)和調(diào)試起來非常簡便，而不需連接計(jì)算機(jī)。

性能

汽車電子器件測試涉及各個(gè)方面，從要求數(shù)千項(xiàng)測試的復(fù)雜的傳動系統(tǒng)控制模塊，到可能要求傳送大量數(shù)據(jù)的簡單的安全氣囊模塊。這些測試要求高，通常會挑戰(zhàn)GPIB的傳輸速度，GPIB的最大數(shù)據(jù)速率約為1 MB/s。在局域網(wǎng)中，I/O傳送速度不再是一個(gè)問題，因?yàn)?Gbit/s連接正變得日益常見，10Gbit已經(jīng)開始出現(xiàn)?！　?/p>

在同時(shí)要求交互程控及傳送大量數(shù)據(jù)的典型汽車應(yīng)用中，I/O性能對LXI設(shè)備不應(yīng)該是一個(gè)問題。很明顯，在傳送大塊數(shù)據(jù)時(shí)，如數(shù)字化儀捕獲的波形，局域網(wǎng)的速度優(yōu)勢會顯現(xiàn)出來。在交互程控中，有一個(gè)人們已經(jīng)非常了解的局域網(wǎng)中的時(shí)延問題。計(jì)算機(jī)行業(yè)正在針對這個(gè)問題尋找解決方案，因?yàn)檫@對存儲網(wǎng)絡(luò)也是一個(gè)問題。儀器廠商還正通過在LXI設(shè)備中預(yù)存指令，來減少所需的通信周期數(shù)量。

成本

最大限度地降低整體測試成本要求以盡可能低的價(jià)格進(jìn)行快速可靠的測試。某些商業(yè)刊物聲稱，功能測試不增加任何價(jià)值：因?yàn)樗幵谥圃炝鞒痰暮笃陔A段，制造商已經(jīng)檢測了進(jìn)入這個(gè)階段的部件，執(zhí)行了X射線檢測，完成了在線測試。事實(shí)上，這些步驟確實(shí)改善了產(chǎn)品質(zhì)量，但并不能消除對功能測試的需求，因?yàn)樗鼈儾荒軝z測器件前期缺陷、設(shè)計(jì)錯(cuò)誤(如確定容限)和不可達(dá)節(jié)點(diǎn)(通常是因?yàn)闆]有進(jìn)行可測性設(shè)計(jì)引起的)而產(chǎn)生的問題。

汽車制造商似乎矛盾的要求使這一切進(jìn)一步復(fù)雜化，他們可能會由于發(fā)貨延遲及缺陷率高而受到處罰。為解決這個(gè)問題，要求儀器使用有限的資金提供最優(yōu)的功能和性能(圖2)。它還要求認(rèn)真考慮硬件購置成本和后續(xù)成本，如備件、保修、當(dāng)?shù)鼐S修或回廠維修、能否提供租賃設(shè)備等等。在許多情況下，逐臺儀器比較價(jià)格表明，LXI的硬件成本最多要比PXI低40%。

圖2：34980A LXI多功能開關(guān)/測量單元是一種低成本8插槽主機(jī)，并可以選配內(nèi)置DMM，使其成為經(jīng)濟(jì)的開關(guān)子系統(tǒng)備選方案。

還應(yīng)考慮卡槽儀器與LXI相比的學(xué)習(xí)曲線成本?？ú蹆x器要求對每個(gè)開發(fā)環(huán)境使用不同的軟件驅(qū)動程序，如LabVIEW、Visual Basic、C++等等。LXI儀器通常提供了一個(gè)選項(xiàng)，允許使用驅(qū)動程序或SCPI。對熟悉SCPI的開發(fā)人員，儀器的學(xué)習(xí)曲線一般非常短。當(dāng)然，.NET環(huán)境的IntelliSense幫助功能和聯(lián)機(jī)文檔有助于簡化使用驅(qū)動程序進(jìn)行的編程工作。

擴(kuò)充能力

圖3是使用LXI設(shè)備建立的典型的汽車電子功能測試系統(tǒng)：可擴(kuò)展的干簧繼電器矩陣，多個(gè)電樞繼電器負(fù)載開關(guān)，多條任意波形輸出通道，多條數(shù)模轉(zhuǎn)換通道。

圖3：在汽車測試系統(tǒng)中，LXI實(shí)現(xiàn)了更高的擴(kuò)充能力和靈活性，可以滿足當(dāng)前和未來需求。

在基于卡槽的系統(tǒng)中，這些設(shè)備會迅速插滿每個(gè)插槽，這時(shí)哪怕只需要再增加一臺設(shè)備，都會要求另一個(gè)機(jī)箱和計(jì)算機(jī)接口。對只需少量板卡的簡單系統(tǒng)，卡槽增加了成本，占用了空間，盡管空插槽將來可以擴(kuò)容。LXI儀器剛好提供了所需的功能，并能夠在以后簡便地增加功能，而不用增加卡槽或額外的計(jì)算機(jī)接口。系統(tǒng)最多要求增加一臺低成本局域網(wǎng)交換機(jī)，為新增的LXI設(shè)備提供更多的端口。

使用壽命

惠普公司測試測量部(現(xiàn)在的安捷倫科技)在20世紀(jì)70年代中期發(fā)明了GPIB，這一接口目前仍是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。局域網(wǎng)自20世紀(jì)70年代出現(xiàn)，最初是阿帕網(wǎng)。圖4比較了過去30多年中出現(xiàn)的各種接口。最值得一提的是，局域網(wǎng)的性能正在不斷提高，同時(shí)保持向下兼容能力。局域網(wǎng)的廣泛使用表明，在長期內(nèi)，它將繼續(xù)作為計(jì)算機(jī)行業(yè)的主導(dǎo)力量。

圖4: LAN一直在演變，并保持向下兼容能力，其它接口則是不停變更。

LXI標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)計(jì)的擴(kuò)展功能保證了它將在長期內(nèi)滿足測試測量行業(yè)的需求。汽車電子行業(yè)必須能夠?yàn)槠囆蘩硖峁┓e極支持，保持產(chǎn)品的長使用壽命，這就必然對使用壽命提出很高的要求。LXI正是為這一環(huán)境提供穩(wěn)定的、使用壽命長的測試環(huán)境而設(shè)計(jì)的。

靈活性

基于卡槽的解決方案限制了儀器在測試機(jī)架中的最佳位置。例如，最好把開關(guān)儀器放在一個(gè)低成本子系統(tǒng)中，把激勵(lì)/測量儀器放在另一個(gè)子系統(tǒng)，這可以簡化服務(wù)，同時(shí)不會低效率地使用高成本、高性能背板來控制低速繼電器(這種情況通常發(fā)生在PXI或VXI 卡槽中)。

LXI儀器實(shí)現(xiàn)了一種較好的方法。安捷倫34980A帶有內(nèi)置DMM及多種可供選擇的開關(guān)卡，為創(chuàng)建開關(guān)子系統(tǒng)提供了一種低成本專用方式。也可以把基于LXI的儀器子系統(tǒng)放在別的地方。

功能性可能也是一個(gè)問題：在基于卡槽的電源中，幾乎沒有哪個(gè)電源能夠滿足汽車電子的當(dāng)前要求。這就需要使用基于不同結(jié)構(gòu)的外部電源。一個(gè)較好的備選方案是最新的、恰好滿足LXI標(biāo)準(zhǔn)的電源。例如，安捷倫已經(jīng)更新了經(jīng)過驗(yàn)證的設(shè)計(jì)，以滿足LXI標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)增加了其它改進(jìn)功能，如快速向上/向下編程、建立和監(jiān)測帶有功率的波形及緊湊的機(jī)箱，如安捷倫N6700模塊化電源和N5700系列高功率電源(圖5)。

圖5: 某些LXI電源的尺寸和功能要優(yōu)于GPIB和PXI電源。

機(jī)架空間

在汽車應(yīng)用中，基于LXI的功能測試系統(tǒng)可以組裝在高度只有400毫米的機(jī)架中(圖6)。之所以實(shí)現(xiàn)了這么高的空間利用率，在一定程度上是由于其采用基于LXI的設(shè)備，如1U 安捷倫N6700B模塊化電源系統(tǒng)和集成DMM的8插槽安捷倫34980A。

圖6：在LXI中，功能測試系統(tǒng)可以裝在高度只有400毫米的機(jī)架中。

為實(shí)現(xiàn)最大密度，系統(tǒng)開發(fā)人員通常使用基于卡槽的儀器。在VXI中，一個(gè)C型卡槽可以在大約6U中容納最多12部高性能儀器，但這種解決方案的成本通常會很高。PXI也實(shí)現(xiàn)了高密度，但其緊湊的4U尺寸有四個(gè)主要缺點(diǎn)：　　

卡的尺寸：由于PXI卡的尺寸，有時(shí)必需使用一個(gè)以上的插槽，才能實(shí)現(xiàn)所需的功能。

而LXI儀器可以使用各種尺寸創(chuàng)建，保證滿足預(yù)計(jì)用途。

屏蔽：PXI卡會受到各種干擾問題的影響。例如，發(fā)出高磁性干擾的SCXI電源可能會降低相鄰PXI DMM的性能，可能會使DMM的分辨率降低整整一位。VXI避免了這些問題，因?yàn)樗笏锌ǘ加衅帘螜C(jī)箱。類似的，LXI設(shè)備本身帶有屏蔽，因?yàn)樗鼈兺耆仟?dú)立式設(shè)備。

冷卻和功率：卡槽必須提供足夠的冷卻和電源容量以同時(shí)處理最大數(shù)量的儀器或繼電器。在高要求系統(tǒng)中，可能必須升級到一臺或多臺成本更高的、能夠提供所需冷卻和功率的機(jī)箱。此外，汽車電子中應(yīng)用要求的儀器輸出電壓經(jīng)常超出許多PXI主機(jī)的電壓能力。一般來說，LXI儀器是為目標(biāo)應(yīng)用提供所需的功率、電壓和冷卻而設(shè)計(jì)的。

分布式系統(tǒng)

汽車生產(chǎn)測試系統(tǒng)一般把所有儀器共放在一起。但是，能夠把LXI儀器放在需要進(jìn)行測量的地方，將為耐用性測試系統(tǒng)、研發(fā)測試系統(tǒng)和生產(chǎn)檢驗(yàn)系統(tǒng)帶來許多好處。比如，可以把LXI儀器放在環(huán)境艙旁邊，通過一條無線局域網(wǎng)鏈路連接到測試工程師桌面上的PC。

生產(chǎn)測試系統(tǒng)還可以從遠(yuǎn)程測試頭中受益。通過使用暢銷的LXI開關(guān)模塊，可以創(chuàng)建測試夾具，比如自動適應(yīng)線路上的任何引擎控制模塊，而不論采用哪種針腳輸出。它可以安裝在機(jī)箱內(nèi)部，并連接自動機(jī)械成品測試箱內(nèi)部。

只有LXI能夠把激勵(lì)儀器和測量儀器放在所需的地方，使回連到系統(tǒng)核心的線纜達(dá)到最少，甚至不需要使用線纜。安捷倫L4400A系列(1U高度、沒有前面板)模塊就是為這類遠(yuǎn)程應(yīng)用或分布式應(yīng)用設(shè)計(jì)的(圖7)。

圖7：安捷倫L4400A系列LXI開關(guān)模塊可以建立強(qiáng)大的遠(yuǎn)程測試系統(tǒng)

另一個(gè)有利于LXI的因素是遠(yuǎn)程調(diào)試和診斷。擁有遠(yuǎn)程接入權(quán)限的服務(wù)技術(shù)人員只需使用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，就可以從世界上幾乎任何地方診斷測試系統(tǒng)。如果在系統(tǒng)中增加一部連接局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，那么遠(yuǎn)程技術(shù)人員在其它地方診斷系統(tǒng)時(shí)，還可以看到系統(tǒng)中正在發(fā)生的情況。

IEEE-1588同步

在大批量生產(chǎn)線中，每個(gè)模塊的測試時(shí)間降低短短一秒的時(shí)間都會帶來幾千美元的收益。在這種情況下，導(dǎo)致測試執(zhí)行時(shí)間延長的任何硬件或軟件變化在整體上都是不能接受的。　　

LXI通過廣泛的觸發(fā)功能滿足了這一需求。它最初在Class A LXI儀器中提供了一條標(biāo)準(zhǔn)化觸發(fā)總線。隨著LXI不斷發(fā)展，它為改善測試執(zhí)行時(shí)間提供了一種全新的方式：從儀器到儀器基于高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘同步的自行觸發(fā)測量。通過這一功能，即IEEE-1588高精度時(shí)間協(xié)議，可以在不需要主計(jì)算機(jī)干預(yù)的情況下，執(zhí)行復(fù)雜耗時(shí)的測量。這可以最大限度地降低(或消除)測試系統(tǒng)的觸發(fā)連線，減少I/O瓶頸。目前并不是所有LXI設(shè)備上都提供了這種新功能，但預(yù)計(jì)將有越來越多的LXI設(shè)備提供這一功能，因此值得進(jìn)一步研究。

合成儀器　　

隨著汽車成為互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)和GPS的滾動的連接樞紐，它們正采取多種無線通信方式。其結(jié)果是，汽車行業(yè)中的測試要求開始與電信行業(yè)和航空/國防行業(yè)的要求融合在一起，將來，越來越多的RF測試儀表可能會進(jìn)入汽車電子測試系統(tǒng)。

在美國海軍NxTest(“下一項(xiàng)測試”)行動計(jì)劃的推動下，航空/國防行業(yè)要求使用分散的儀器構(gòu)件，如RF放大器、上變頻器和下變頻器、數(shù)字化器，這些構(gòu)件在使用過程中能夠簡便地安排和重新安排，提供示波器、網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜分析儀等功能。安捷倫是這個(gè)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，已經(jīng)提供基于LXI的合成儀器(圖8)。

圖8：安捷倫N8201A 26.5 GHz 高性能下變頻器是一種基于LXI的合成儀器模塊

可行的架構(gòu)

通過上文，我們可以明顯看出，LXI為長期要求構(gòu)建，特別適合汽車電子測試。其主要優(yōu)勢包括成本、擴(kuò)充能力和簡便易用性，同時(shí)在性能、使用壽命、靈活性、同步和機(jī)架空間方面也提供了優(yōu)勢。測試測量行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)支持這一標(biāo)準(zhǔn)，使開發(fā)人員堅(jiān)信LXI是當(dāng)前和未來的可行架構(gòu)。

作者：

Steve Stetle

安捷倫科技