隨著(zhù)模塊化測試設備的日益普及，圍繞模塊化與傳統臺式儀器的優(yōu)劣對比產(chǎn)生了許多誤解。這些誤解雖然聽(tīng)起來(lái)很有道理，但這些結論往往真假并存，讓人虛實(shí)難辨。為了通過(guò)熟悉的語(yǔ)言和容易理解的概念來(lái)理解復雜事務(wù)，人們口口相傳便形成了所謂的神話(huà)，就如近代科學(xué)昌明之前用于解釋星座組成的希臘神話(huà)。為應用選擇最適合的測試與測量?jì)x器同樣復雜，因此出現誤解并不足為奇。

是德科技擁有超過(guò)75年的臺式儀器開(kāi)發(fā)經(jīng)驗和超過(guò)30年的模塊化儀器開(kāi)發(fā)經(jīng)驗，能夠為用戶(hù)提供最尖端的產(chǎn)品。是德科技深知在兩類(lèi)產(chǎn)品之間做出選擇的難度，但是，去偽存真并消除誤解，是德科技可以幫助客戶(hù)針對具體應用選擇理想的產(chǎn)品。下面將討論部分普遍認同的誤解并闡明其真相。

誤解1：模塊化儀器價(jià)格必然低于臺式產(chǎn)品

該誤解產(chǎn)生的原因在于臺式儀器普遍價(jià)格昂貴。顯然，功能完備的獨立儀器包含眾多按鈕并配有前面板顯示屏，非常適合某些研發(fā)環(huán)境，但其并非大多數自動(dòng)測試環(huán)境的最佳選擇。模塊化儀器通常將貴重元件隱藏在內部，因此給人以?xún)r(jià)格低廉的印象。例如，當代PXI背板支持18個(gè)插槽和4GB/s的數據傳輸速率，但不可避免地增加了連接器、開(kāi)關(guān)和背板材料的成本。充分裝載寬帶連接儀器的機箱能夠發(fā)揮高成本帶來(lái)的性能提升，但對于其他應用來(lái)說(shuō)這些開(kāi)支可能并非必要。因此，實(shí)現單個(gè)儀器的PXI系統，其成本比相同的“臺式”儀器要高出10%～40%。

這個(gè)誤解包含哪些事實(shí)？作為獨立產(chǎn)品時(shí),臺式儀器的價(jià)格可能相對較低，而在單機箱內集成多臺儀器的模塊化解決方案往往可以攤薄成本。通常，單臺機箱整合2～4臺儀器可以獲得與臺式儀器相當的價(jià)格。

此外，儀器制造成本并不等同于客戶(hù)的購買(mǎi)價(jià)格。部分廠(chǎng)商希望借助模塊化儀器進(jìn)入測試與測量市場(chǎng)。為了提高市場(chǎng)份額，一些廠(chǎng)商不惜將產(chǎn)品價(jià)格降低到市場(chǎng)價(jià)格以下，以利潤換取市場(chǎng)。當然，此類(lèi)策略不可能長(cháng)期持續。

誤解2：模塊化儀器天生能夠提供更高的吞吐量

該誤解可能源于模塊化系統通常配置的快速背板。實(shí)際上，在選擇臺式或模塊化儀器的背板時(shí)，需要綜合考慮預期應用的預算和功能需要。換句話(huà)說(shuō)，模塊化儀器不是必須要配備比臺式儀器速度更高的背板。背板選擇取決于儀器用途(圖1)。例如，使用臺式儀器時(shí)，通過(guò)寬帶背板連接儀器采集單元與計算單元更為方便，因為兩者之間只需點(diǎn)對點(diǎn)連接。與此同時(shí)，模塊化儀器的背板必須支持幾乎無(wú)限的連接組合。大多數當代PXI機箱使用了第二代PCIe總線(xiàn)和接口標準，以支持背板實(shí)現高吞吐量。部分臺式儀器的內部背板采用了相同的第二代PCIe標準，但臺式儀器的總線(xiàn)設計通常只需支持該儀器的特定要求。例如，第二代PCIe標準的性能要求超過(guò)了16位30MHz任意波形發(fā)生器的性能需要，因此此類(lèi)設備通常采用速度和成本相對較低的總線(xiàn)(例如USB)。同時(shí)，160GSa/s采樣率的示波器的性能要求高于第二代PCIe標準，因此需要速度更高的專(zhuān)有總線(xiàn)。

該誤解包括兩個(gè)方面的事實(shí)。首先，模塊化儀器的背板的確通常速度很快，因為它們被設計成支持廣泛的應用和不同的數據速率。為了滿(mǎn)足儀器間快速通信的要求，模塊化解決方案通常需要使用通用或標準背板。模塊化儀器則通常選擇寬帶背板標準，以適應最嚴苛的應用場(chǎng)景。

其次，模塊化儀器升級部件更方便，也就是說(shuō)模塊化系統可以更靈活且更經(jīng)濟高效地升級任何限制性能的部件，相比之下，臺式儀器速度升級更加困難。例如，如果CPU成為模塊化系統的性能瓶頸，用戶(hù)可以在市場(chǎng)出現新款PC時(shí)輕松升級。同樣，如果模數轉換器影響系統性能，真正的模塊化體系結構支持用戶(hù)僅升級數字化儀。因此，即使臺式儀器和模塊化儀器具有相同的初始速度，模塊化儀器可以通過(guò)逐步升級實(shí)現速度提升并超過(guò)臺式設備。
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誤解3：模塊化儀器具有較高吞吐量的原因在于其采用二進(jìn)制驅動(dòng)程序接口(例如IVI)替代了文本接口(例如SCPI)

模塊化儀器不一定要使用二進(jìn)制接口，臺式儀器也不一定要使用SCPI接口。有些臺式儀器可以同時(shí)支持SCPI和IVI，部分模塊化產(chǎn)品同樣如此。最終選擇通常取決于儀器的用途。
在大多數應用中，發(fā)送和接收驅動(dòng)程序命令耗時(shí)僅占測量時(shí)間的極小部分。鑒于儀器廠(chǎng)商致力于幫助用戶(hù)簡(jiǎn)化測量，這一點(diǎn)更為明顯。例如，是德科技“單鍵測試”(OBT)應用程序可以讓用戶(hù)使用有限的命令完成整個(gè)通信標準(例如GSM、LTE等)的測試。這些OBT應用程序可以使用SCPI(可編程儀器的標準命令)執行自動(dòng)測試(只需用戶(hù)啟動(dòng)測試，并在測試結束后獲取結果)，也可以使用儀器內部的高速二進(jìn)制通信來(lái)完成測試過(guò)程中的硬件控制。因此，客戶(hù)使用SCPI或者IVI啟動(dòng)一鍵式測試的吞吐量差異可以忽略不計。

該誤解包括哪些事實(shí)？通過(guò)IVI等二進(jìn)制驅動(dòng)程序接口發(fā)送命令的速度高于SCPI等解釋型命令接口。如果應用需要大量且頻繁的PC與儀器之間的通信，驅動(dòng)程序接口成為性能限制因素的可能性將增加。這與系統是否采用模塊化結構無(wú)關(guān)。

誤解4：模塊化儀器的信號完整性不如臺式設備

大多數情況下，儀器采用模塊化外形尺寸并不會(huì )影響其信號完整性。事實(shí)上，在許多應用中，多個(gè)儀器之間的相互依賴(lài)會(huì )直接影響系統級的指標。對于這些應用，模塊化系統通?？梢蕴峁└玫闹笜?。例如，有些應用要求很?chē)揽恋膬x器間偏差(例如MIMO應用)，此時(shí)，使用通用背板更容易滿(mǎn)足要求。

該誤解包括哪些事實(shí)？空間受限的應用更適合選擇模塊化解決方案，例如重視單位面積成本的某些制造環(huán)境。許多廠(chǎng)商在設計過(guò)程中做出的選擇驗證了這一點(diǎn)。在空間有限的應用中，模塊化儀器廠(chǎng)商傾向于犧牲部分性能來(lái)縮減儀器尺寸。例如，他們可能選用體積較小、性能較低的振蕩器，或縮小PCB的走線(xiàn)間距，從而導致信號耦合。但是，這是儀器設計過(guò)程中的權衡，并非模塊化本身的缺點(diǎn)。

一些模塊化儀器應用了分區，可以實(shí)現更方便的儀器部件升級?？缭侥M接口的分區可能需要增加連線(xiàn)，這可能會(huì )小幅影響性能。此外，支持部件升級的系統可能會(huì )增加儀器校準的難度。

誤解5：模塊化儀器指模塊化硬件，而不是模塊化軟件

提及模塊化儀器，大多數工程師想到的是PXI、AXI、VXI或其他類(lèi)型的機箱和插入式模塊。符合標準的機箱當然屬于模塊化的重要內容，但必須結合模塊化軟件和校準才能發(fā)揮模塊化硬件的最大價(jià)值。例如，是德科技的M9391A和M9393A PXIe矢量信號分析儀(圖2)是包含4款PXI模塊的模塊化系統：時(shí)鐘源、頻率合成器、下變頻器和數字化儀。


縮減硬件尺寸是模塊化的重要目標，但硬件、軟件和校準的全面模塊化才能實(shí)現模塊化的真正價(jià)值。例如，上述產(chǎn)品允許客戶(hù)獨立升級時(shí)鐘源，以獲得更出色的相位噪聲性能。驅動(dòng)程序必須支持模塊化。同樣，傳統臺式儀器的校準涵蓋全部4個(gè)部件，目的是應用最簡(jiǎn)便的方法確保最佳性能，但該方法不適合支持時(shí)鐘源模塊升級的系統。此時(shí)需要采用不同的模塊化校準方法，以確?？缮壍膬?yōu)勢。通過(guò)此例可知，模塊化儀器中硬件和軟件同樣重要。

該誤解包含哪些事實(shí)？部分模塊化產(chǎn)品只是采用模塊化背板的傳統臺式儀器—這是事實(shí)。例如，有的PXI VSA只是占據多個(gè)PXI背板插槽的一個(gè)大型模塊，而非4個(gè)模塊組成的系統。此類(lèi)產(chǎn)品的軟件和校準與傳統儀器并無(wú)二致。盡管具有體積小、支持儀器間快速連接等模塊化硬件的優(yōu)勢，但此類(lèi)產(chǎn)品在可升級性方面無(wú)法與支持模塊化硬件、軟件及校準的產(chǎn)品(例如M9393A PXIe VSA)相提并論。

結語(yǔ)

模塊化儀器與臺式測試儀器相比較差異不顯著(zhù)但是非常重要。模塊化更適合構建多儀器系統。但當需要從單臺儀器獲得最佳性能時(shí)，專(zhuān)用臺式儀器就很棒。在大多數系統中，可以綜合選擇臺式和模塊化儀器，在價(jià)格、性能和靈活性之間獲得最佳的組合。臺式儀器可能更適合產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程的原型測試階段，而模塊化產(chǎn)品有可能在系統驗證等階段發(fā)揮更大效用。因此，確定一個(gè)可以實(shí)現臺式儀器與模塊化產(chǎn)品靈活轉換的方法，從而節省測試時(shí)間和費用才是上佳之選。希望讀者能夠借此文明白關(guān)于模塊化的誤解，原因以及真相，參透模塊化設計的精髓。

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