测试DIY:自力更生构建测量装置 

2012-03-21 16:41:09来源: eefocus
  集成电路自1960年代研发成功,经过几十年的经验积累,它的发展轨迹由摩尔定律作出总结,集成度每18个月增加一倍。与此相对应,表现为逻辑电路的时钟频率每两年提高一倍。测量仪器作为电路开发工具,必须与时共进,不断扩展频率,带宽也要每两年提高一倍。根据统计,数字示波器表现出色,带宽从1GHz提高到16GHz只用去六年时间。示波器是电路开发中最常用的测量工具,测量仪器供给商可用高投入来获得高回报。目前带宽1GHz的产品售价约1万美元,带宽10GHz的产品售价在5万美元,这样的价位只有高级实验室才能用得起,一般实验室和生产车间只能望而却步。

  信息技术、数字通信、光纤网络、消费电子推动集成电路的迅猛发展,特别是沟通数字域和模拟域之间的A/D和D/A转换器、处理RF前端的信号调理器、RF数字变频器等芯片变为批量生产。十年前频率1GHz以上的芯片绝大部分属专用产品,现在频率5GHz以下的芯片纷纷走上货架,频率10GHz的某些芯片也接受订货。为了实现数据交换和电子产品的互操作性,通信协议和接口标准从专用走向开放,测量仪器就有IEEE488、VXI、PXI、LXI等多种标准接口可供选用。此外,射频用的同轴接插头、接插件、同轴电缆、高频探头、多芯缆线均有现货供应。计算技术的发展使CPU芯片的时钟频率提高到5GHz,DSP芯片的时钟频率达到1GHz,而且还有配套的快速存储器、外围芯片、I/O接口和编程工具。这些硬件和软件条件都为自行构建测量仪器提供良好的物质基础。

  经过几十年的实践,测量仪器设计人员已经总结一套可在二十一世纪持续发展的路线图。值得介绍的是美国国防部制订的新一代测试规划,目标是将各军种兵种的不同结构的自动测试系统,用统一合成的仪器所取代。合成仪器主要由上变频器、下变频器、数字化器和高速I/O四种模块组成硬件,再由软件平台构建成用户定义的自动测试系统。合成仪器的四大模块的内容和接口尚未定型,一种合成仪器的方框图如图1所示,它是根据信号发生器、频谱分析仪、频率计数器、网络分析仪、数字示波器等通用测量仪器综合而成。显然易见,这些模块最终将由片上系统(SoC)芯片来实现。从2000年开始,美国测量业界的著名公司已开发出一些合成仪器的原型机,以便在制订合成仪器标准时获得更大的发言权。



  如果我们从合成仪器的概念出发,在市售的集成电路中选择集成度高、性能优异的产品,从而自力更生构建适用、经济的专用测量仪器,用来代替特性全面,售价昂贵的通用测量仪器。回顾测量仪器的发展过程可知,早期的电子应如果我们从合成仪器的概念出发,在市售的集成电路中选择集成度高、性能优异的产品,从而自力更生构建适用、经济的专用测量仪器,用来代替特性全面,售价昂贵的通用测量仪器。回顾测量仪器的发展过程可知,早期的电子应用比较简单,电路设计者借助数量不多的电子元器件的测量工具。后来,电子应用越来越复杂,电路设计者专注于产品,测量仪器衍生成独立的专业。到了集成电路阶段,测量仪器业界兴旺,自成体系,人才专业化,元器件专用化,第三方很难参与竞争。

  例如电子示波器,在电子管年代模拟示波器供应商超过五十家,再发展到晶体管年代,模拟示波器的供应商变为只有二十多家。转变成集成电路技术,数字示波器的供应商再减少到十多家,品种齐全的大户不到四家。原因在于大公司拥雄厚的人力物力资源,特别是开发出专用的射频前端片上系统(SoC),甚至片上仪器(IOC)芯片,加上完善的应用程序,使产品处于领先,占有市场的大部分份额。一些小型公司只能另辟途径,围绕PC机发展多种多样的插件、模块、附件为主的数字示波器,它们充分发挥货架上的集成电路和零配件的作用,开发带宽100MHz以下的虚拟多用数字示波器,集中数字多用表,波形发生器,频谱分析器、数字示波器在一起,由于经济实惠,携带方便,而占有一定市场。这些实例说明,即使在集成电路非常发达的2000年代,电子测量仪器同样能够采用DIY(Do It Yourself)方式,即自己动手来实现。DIY在国际上非常流行,从玩具、用具、家具、机械、电子等等都有DIY套件供应。测量仪器的DIY并非难不可及,以下列举作为参考。

  RF功率计

  在射频测量中,功率是基本参数,功率计采用比较简单的电路结构,最重要的元件是将功率转换成电流的拾波器。查阅RF拾波器资料可知,Linear Techology的LTC5533 检波器芯片具有很高集成度,非常合适作为DIY功率计使用。它的主要特点是,频率量程300MHz~11GHz,功率量程-32dBm~+12dBm,两通道输入,供电电压2.7V~6.0V,供电电流500mA(工作状态,每路)~2mA(待机状态,每路),工作温度-40℃~+85℃,输出电流4mA,动态范围40dB,两通道隔离比45dB,4mm×3mm的DFN封装。
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关键字:测量装置  测量波形  射频信号

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0321/article_4865.html
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