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电子仪器的设计挑战:性能、速度、成本
2007年12月7日  产通学院,365PR  

(产通社/杨棋,12月5日)现代电子仪器的设计和制造技术趋于智能化,普遍采用EDA、SMT、CAM、CAT等设计、制造技术来提高产品的设计水平和产品的制造质量,缩短生产周期。对于电子仪器开发商,这些挑战可以概括为:


设计和测试之间的连接

过去几年里,EDA工具开发者投入大量资金来研究他们的仿真和分析结果与用以测量真实世界的电路和系统的仪器之间的联系。对这种功能需求主要来自通讯技术开发者,因为他们会用到很多复杂的调制格式。借助于较宽的带宽,这些信号可能被电路中的振幅和时域干扰所改变。个别电路可能不再通过简单的增益、噪声大小、中断点和3dB带宽进行描述。目前,这些电路的规范可能已经包括通带平整度、总体延迟扩展和相邻信道功率比等,其中相邻信道功率比可能带有动态偏压和增益控制。

在仿真环境中,这些参数可以通过数学公式进行定义,或者通过面向测量的模型进行定义。然而,个体电路可能与仿真模型有所差异,即使微小的差异也可能影响系统性能。通过与测试设备之间的连接,每个“真实”可以通过预期的波形进行驱动,该波形通过一个任意波形产生器进行产生,其参数可以通过仿真器进行设置。然后,将输出结果返回仿真器,仿真器将真实反映馈送给系统提示器,并观察其效果。

在建立并测量了更多的系统模块后,仿真系统就渐渐被真实系统所取代。目前,能够从概念到完成来系统地管理一个项目的EDA系统已经开始投入使用。

如果没有现场端对端系统,是不可能完成误码率(BER)测试的。但是,当一个系统的未完成部分通过仿真进行描述时,一个很有意义的BER测试可能一开始就完成了,而不是原型系统完全建立之后。通过在仿真系统中加入统计模型,仿真甚至可以含有信号传播通路。


性能和速度

设计工程师不仅要面对通信系统性能不断提高的挑战,而且还要应对越来越复杂的电子产品的大规模制造难题。由于WLAN接口或PCS电话本质上仍然属于复杂的数字调制系统中的一个高性能发射器和接收器,其生产制造当然需要相当高的性能测试,并且测试速度也要满足大批量生产的需求。

频域测试的速度通常由被测仪器的扫除速度控制。同前几年相比,合成器的速度正在快速提高,某些扩频系统有时会使用一些信号处理技术。因此,要提高测试速度,下一个步骤就是采用自适应扫描技术,以测量性能不太重要的个别频率点,如主要通带的带外频率点,此处适合逐点检查;信号通带的中央通常性能表现较好,没必要进行过多的测试。关键频率出现在滤波器附近的突变区域,这里需要对有关标准进行适当验证。

目前,速度测试方面的其他改进表现在预期的计算机控制测试装备和数据采集,如性能局限性的显示、指示这些局限性已经克服的警报系统。另外,对失效进行统计分析能指出失效的来源,并向设计和装配人员提出建议,以提高测试产量。


千兆位串行总线

业界对高速千兆位(multigigabit)串行总线需求的增加,不断推动着测试测量仪器的发展,使电子仪器制造商面临着前所未有的挑战。其中,串行总线,如HyperTransport、RapidIO、PCI Express和USB使用分组 (packet-oriented)通讯方式。在这些情况下,寻址信息与数据信息打包在一起,通过单一路径从A点向B点发送,或者通过多路径方式发送(即并行传输方式)。同以前的并行总线架构相比,串行总线是明显背离,甚至于革命性的,因为以前的传输架构同时具有地址和数据总线,或者通过一个总线传送多元化的信息。因此,T&M设计师正面临着各种各样的信号完整性方面的巨大挑战。

特别是,由于数码式数据率的不断提高,使模拟信号的完整性问题比以前任何时候都显得更加重要。在信号传输速度快速增长的今天,电子互连方面的“模拟效应”开始支配系统的整体表现,

这就是大家常说的瓶颈效应。这样一来,系统的整体性能已经不再只受传输介质的影响,连接器、插座、电脑板卡,以及其它与传输系统有关的硬件也会影响系统的整体表现。
一般来说,高数据率的测试比低数据率的测试更加困难。此外,由于高数据率可能会增加和加重信号流的不规则性,检测高数据率系统的不规则变得更为重要。这样,抖动测试变成了一个主要的测量叁数。

衡量高速串行链路的最重要尺度就是进行误码率测试,因为BER是受系统的抖动数量的多少影响的。因此,T&M仪器制造商正在蜂拥而至地向正在着手千兆位串行网络用下一代芯片及其它电子器件的制造商们靠近,这些下游客户包括Intel、IBM等芯片巨头,以及连接器、插座、包装材料和个电脑制造商。

目前一些新出现的最新设备包括:即时示波器、取样示波器、数码通讯分析仪(DCA)、时隙分析仪(TIA)、协议分析仪、以及误码率测试仪(BERT)等。这些T&M仪器着眼于高达每秒千兆位的数据传输应用,其数据率已经达到了现代测量工具的应用要求带宽。


测量成本

降低测试成本是电子仪器制造商追求的一个重要目标,并可能为其带来明显的竞争优势。因为今天的电子制造商在成本控制和产品设计与上市时间上正面临着前所未有的压力。由于电子系统的复杂程度迅速提高,而元器件成本和利润空间又不断萎缩,测试在决定电子产品最终价格方面正扮演着越来越重要的角色。

    
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