总线测试仪

据统计，测试仪器产业所占电子工业的产值大约只有不足2%，而电子工业的产值不过占世界总产值的2%左右，但依靠测试仪器拉动的新技术带来的附加价值却可以占全世界每年新增价值的70%～75%。作为一种应用遍及基础研究到生产线的基础性产品和技术，电子测试仪器行业的强大，完全可以拉动一个国家创新带动的新增价值。　　只是，在这样一个看似微小却影响巨大的行业里，中国一直充当着舞台上的配角。无论从国防还是民用需求，我们接触到的测试系统以及测试仪器，在高性能应用上无一例外都是进口品牌。　　在刚刚闭幕的第八届国防电子展会上，来自航天系统、军事院校和军方的一线测试系统研发、应用及计量研究的专家学者认为，作为一个高技术、资本密集、横跨多个学科并且强调多年技术积累的行业，我国在测试仪器方面与国外企业的差距是多方面的，不仅仅是技术、经验和资金不足，更重要的是在概念、标准和理念等方向的差距和在决策方面的不够重视。　　技术差距　　业内专家认为，对国产测试仪器而言，我们始终是跟着别人的脚步在学习，在追赶，这是技术方面存在的最大问题。例如近几年在军用测试方面，是各种总线技术的盛行，然而这些总线技术，都是外国定义研发的，这也就意味着，中国要应用这些总线技术，就逃不开他们定义的测试系统架构及测试方法，多数情况下我们不得不去购买他们的产品来满足国内的测试系统要求。　　如果说在这些系统级测试仪器方面，因为开放的总线，技术差距相对比较小，那么在台式仪器方面，国内外的差距几乎很难去估量。业内人士认为，对于基础的测试仪器而言，其架构和概念并不难理解，但到了具体的功能定义和产品的功能实现方面，我们就存在着较大的差距，这让中国的测试仪器开发和应用陷入的是一个尴尬的循环：我们无法跟踪先进的电子技术发展的前沿科技，就没有办法了解其测试需求，就自然无法去为此开发适合最新技术的测试仪器，那么更谈不上把握最新的测试市场脉搏和赚取最丰厚的那部分利润 而你做不来先进新技术的测试，新技术出现的时候你就抓不住，人家也不可能交给你去满足最初的测试需求，这样就无法了解最新的技术动向，也就无法将新技术应用到你的测试仪器中。　　据了解，在应用测试中，制约本土测试仪器应用一个更重要的问题来自于核心半导体器件的缺失：国内的测试仪器企业，无论是老牌国有研究所还是新兴的私有测试仪器企业，自身具备的芯片研发能力相比国际巨头有较大的差距。可以说，测试用的芯片因为其特殊的一些要求，在市场上是很难找到相关合适的产品，特别是在信号分析和信号采集方面，模拟前端技术和信号采集技术的不足，直接体现在国产的测试仪器无法捕获需要的一些特征信号，比如雷达和微波技术的绝大部分需求，商用芯片是无法满足其测试需求的，这样的结果是，国产的测试仪器厂商不是不知道怎么去满足，而是没有相关的半导体器件能够做出满足这些采样率、带宽需求的产品，而这两点，恰恰是实际应用中许多信号分析和信号处理的前提。　　观念差距　　“抹平技术上的差距，不是一蹴而就的事情。但比起技术上的差距，我们在测试仪器上存在的观念和思维的差距更大。”一位来自计量研究领域的专家说。　　据介绍，测试仪器是个资本密集型企业，企业的生产规模很重要，测试仪器又是一个市场比较小的行业，因为仪器种类繁多，所以单个仪器种类的市场注定不可能很大。这给中国企业迎头赶上增加了更大的难度，一方面，作为技术密集型和积累型行业，面对这么多已经领先很多的国外竞争对手，要把测试仪器做大做强，就要有足够多的投入，并且短期内不要指望回报，这一点无疑仅靠一些私企是很难有这么强大的财力去做支撑的。因此，必须要有国家战略高度的规划和相关资源的大力支撑，才有机会去不断缩小差距。　　另一方面，因为市场不大，所以就更要强调企业研发的连续性和专注性，而对于国内的私企来说，他们面临着生存的压力，而对于很多国有科研院所而言，他们也面临创收指标以及各种前沿课题的研究，无法专注于对一两类的产品进行精耕细作。　　再者，因为市场细分复杂，因此对测试仪器的架构和理念研究的短期意义很难体现，这就让一些原本从战略上国家支持其研究测试仪器架构和概念的研究机构不再愿意将精力集中于此，而是去追求短期利益更好的其他工作，从而造成只有各个仪器厂商去自己研发这些通用的基础理念，造成很多研发资源的重复浪费。　　一些来自航天领域的专家认为，国产仪器产业另一个欠缺是服务。可以说，作为一个毛利率超过50%的行业，很大部分的企业销售利润是用以提供优质的市场培育、售后服务和技术支持的。特别是在用户的测试体验和测试习惯培养方面，国内企业在意识上的差距与国际企业相比差得实在太远。　　某国内测试仪器生产企业表示，他们和国外竞争对手的产品性能类似，但用户界面和操作的通用性方面相差太远，而在用户中的宣传更是几乎为零。当用户有相应的测试需求时，即使两个产品的性价比等指标完全不同，用户也很难去选择他们的产品而放弃国外产品，原因只有一个：用户会用。　　“测试测量和仪器产业，是国内一些重要领域必须的保障，也是研发前沿科技的利器，同时更是任何电子技术都避不开的一个重要环节。”业内专家呼吁，测试仪器的问题虽然基础，但不是小问题，是国家在软件和硬件方面不足的集中体现，解决测试仪器的落后问题，需要的是国有科研机构和企业，以及民营和私营企业共同努力，需要从标准到架构到概念的一系列测试体系的逐步建立。《中国质量报》

仪器仪表是信息的源头, 是人类获取有关自然界知识、 认识世界的工具。 信息高速公路作为信息社会的基础结构,奠定了它在人与自然的逻辑关系中的桥梁和纽带的地位。 测试仪器位于信息高速公路与自然之间的环域, 是信息高速公路中信息的重要来源。 纵观仪器技术的发展，其历经了模拟仪器、 数字仪器、 智能仪器和虚拟仪器等几个主要阶段，如图。( 1)模拟仪器:20世纪 50 年代以前, 电测量技术主要是模拟测量, 此类仪器的基本结构是电磁机械式, 主要是借助指针来显示测量结果。( 2)数字仪器:20 世纪 50 年代, 数字技术的引入和集成电路的出现, 使电测仪器由模拟式逐渐演化为数字式, 其特点是将模拟信号测量转化为数字信号测量, 并以数字方式输出最终结果, 适用于快速响应和较高准确度的测量。 这类仪器目前相当普及, 如数字电压表、 数字频率计等。( 3)智能仪器:出现于 20 世纪 70年代, 是现代测试技术与计算机技术相结合的产物。 它是含有微计算机或微处理器的测试仪器, 测量结果具有存储、 运算、 逻辑判断及自动操作、自动控制等功能, 即具有一定智能作用, 故将其称之为 “ 智能仪器” 。 智能仪器将传统数字仪器中控制环节、 数据采集与处理、 自调零、 自校准、 自动调节量程等功能改由微处理器完成, 从而提高测量精度和速度。( 4)虚拟仪器:这一概念早在 20 世纪 70 年代就已提出,但真正得以实现则是在 PCI、 GPIB、 VXI、 PXI 等总线标准出现之后才变为可能, 并随着卡式仪器、 VXI 总线仪器、 PXI 总线仪器等的推出而得到迅速发展。 虚拟仪器是在计算机基础上通过增加相关硬件和软件构建而成的、 具有可视化界面的仪器。 虚拟仪器是现代计算机技术与仪器技术完美结合的产物,软件在仪器的开发和使用的全过程中起着至关重要的作用, 可以说没有了软件就没有虚拟仪器。 它基于 “ 软件就是仪器” 的思想, 利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能,真正实现由用户自己设计和定义满足自己特殊要求的仪器。以太网的发展为基于网络的测试系统提供了平台, 也成就了 LXI [12 - 13] 的诞生。 2004 年 9 月 VXI 科技公司和安捷伦联合推出一种新的基于工业以太网的总线规范—LXI。 LXI 标准用以太网作为系统的骨干, 无需 VXI 或 PXI 方式的机箱。 LXI联盟于 2005 年 10月通过了 IEEE1588 协议, 为 LXI 网络化虚拟仪器的设计与实现提供了标准。 未来的总线将会向专业化和大众化方向发展, 因此, 在 LXI 仪器还未完全占领市场之前,VXI、 PXI 和 USB等都将成为市场的主流总线技术。随着信息高速公路和仪器技术的进一步发展与结合, 基于Internet 的远程测控是现代测试技术和虚拟仪器技术的发展方向之一。 以 Internet 为代表的网络技术的成熟以及它与仪器技术的结合, 为仪器技术的发展带来了前所未有的空间和机遇, 可以肯定, 网络化测试技术的时代已经来临。

p　　致远电子2001年成立，原本是一家从事嵌入式产品开发的公司。可在2012年开始决定进入测试测量仪器领域后，第一个功率分析仪产品，从定义到产品下线，只用了一年多的时间，随后，更是连续推出了示波器、逻辑分析仪、电子负载、CAN总线分析仪、以及ZST光伏逆变器检测仪等等测试仪器，逐渐在测试测量行业崭露头角。最近，电子工程专辑记者有机会采访了广州致远电子有限公司研发副总刘英斌，他见证了致远测试仪器的起步与发展。/pp style="text-align: center "img width="450" height="338" title="3.jpg" style="width: 450px height: 338px " src="http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/a76d6372-d292-4c5a-8a9e-a5857b27252f.jpg" border="0" vspace="0" hspace="0"//pp style="text-align: center "strong广州致远电子有限公司研发副总 刘英斌/strongp　　strong缘起/strong/pp　　一直以来，国产测试仪器都是给人一种高性价比，档次不高的印象。致远电子是做嵌入式产品开发的，在开发过程中需要用到不同的测试仪器，“我们会购买不同厂商的仪器，不论是国内厂商的，还是国外厂商的，但很多时候，我们觉得买到的仪器都不太合用。”刘英斌对电子工程专辑记者表示。/pp　　“以前，我们去买安捷伦的那些仪器，其中一个示波器花了5、6万元，附带的一个小推车就卖我们7、8千元，”他回忆说，“当时我们就觉得，高端测试仪器好像被国外厂商垄断了，我们是不是应该做点什么?”/pp　　同时，从致远电子购买的国内厂商生产的一些仪器来看，刘英斌认为国内厂商做产品不够用心，产品大都是能用，但并没有把性能完全发挥出来，在高端测试仪器里面基本没有话语权。/pp　　因此，他们开始决定进入测试测量行业，而且一开始就决定做客户想要的产品。/ppstrong　　行动/strong/pp　　致远电子最熟悉的莫过于工业领域，因为不管是他们的嵌入式产品、无线通信产品，还是CAN总线产品，基本上都是应用在工业市场。因此，他们从工业领域里常用的功率分析仪入手了。/pp　　刘英斌表示，“我们先安排了3到5个人去做市场调研，然后把功率分析仪的所有功能和需求细化出来。我们根据这些需求分析，哪些功能是我们现在就可以提供的，比如基础模块 哪些是跟设备相关的，需要重新开发的?”/pp　　他进一步解释称，基础模块就是指以太网、USB驱动、触摸屏、操作系统等所有产品都会用到的技术。跟设备相关的模块和技术，如果是功率分析仪的话，就是指1459算法以及其他的一些功率算法等等。/pp　　在明确了需求后，“我们会将基础模块部分安排到公司的嵌入式团队去处理，而跟设备相关的核心技术和产品应用相关的功能则由功率分析仪的团队负责开发。这个团队大概20人左右。”/pp　　由于致远电子在嵌入式领域有十多年的研发积累，也由于他们这种模块化的分工合作方式，“我们很快就推出了我们的功率分析仪产品。当时功率分析仪做得最好的就是横河和福禄克，他们占了大部分的市场，而现在，我们抢了国内大部分的市场，在功率分析仪市场我们起码占了1/3以上的市场，成为高端功率分析仪的国产厂家”刘英斌自豪地表示。/ppstrong　　突破/strong/pp　　当然，致远电子并没有在做出功率分析仪以后就止步了，他们随后，还开发出了电能质量分析仪、CAN总线分析仪，以及具有数据挖掘功能的示波器等等测试仪器。/pp　　谈起这些，刘英斌特意指出，他们做的测试仪器跟其他国产仪器有很大的不同，“我们主要针对工业市场，其他国内仪器厂商更多面向学校市场。”/pp　　他拿功率分析仪来说，“跟国外厂家比，我们更偏重硬件，我们是全硬件架构处理。”/pp　　功率分析仪和示波器、万用表的最大区别就是能同时分析电压和电流信号，从而实现对功率信号的分析，如果要实现对功率的准确分析，则必须准确测量电压和电流信号，并且需要同时实现对电压和电流信号的采样，电压和电流信号经过ADC数字化过程中每一个采样点都必须发生在同一时刻，否则就无法实现同步测量。/pp　　“为了实现严格的同步测量，在功率分析仪内部，我们的方法就是采用一个更高频率的同步时钟，比如高稳定性温度补偿的100MHz同步时钟，以避免温度变化带来的时钟漂移所引入的误差，严格保证ADC对各通道电压和电流的同步测量，减少了电压电流的相位误差的引入，从而保证了功率测量的精度。”刘英斌强调。/pp　　说到示波器方面的突破，他更是兴奋，“是德科技曾宣称其示波器是100万次刷新率，以前我们觉得这是一个不可逾越的门槛。后来，我们经过仔细分析，发现是德科技是自己开发了一个芯片来实现的，的确做的很快，但也带来了副作用，那就是示波器的存储容量受到芯片的固化，一般是2M，最多扩展到8M。”/pp　　他进一步阐述，“我们后来经过思考后，想到了另外一个办法来实现100万次的刷新率，那就是有FPGA加DSP的方式来实现。比如我们这台ZDS4054示波器，不仅具有100万次的刷新率，还拥有512M的大数据存储。这是因为我们采用了5个FPGA和1个DSP，我们所有的运算都是用FPGA的硬件来算的，而其他厂家更多的是通过DSP来进行运算，这样我们的仪器可以带给用户更好的使用体验。”/pp　　由于具有了100万次的高刷新率和512M的大数据存储，ZDS4054示波器可以实现“大数据捕获-异常捕获-测量-搜索与标注-分析-找到问题”这样全新的测试分析过程，开创了示波器在数据挖掘与分析新时代。/pp　　ZDS4054示波器支持51种参数测量，还支持30多种免费的协议解码。协议解码功能虽然很多测试测量仪器都有，但他们基本都是收费的。/pp　　当然，他承认这么用FPGA加DSP的架构成本会提高很多，但用户体验会好很多。/pp　　“其实客户最在意的是整体价格和硬指标，而我们的售价跟是德科技和泰克差不多，硬指标差不多或者更高，这样客户也能接受。”刘英斌谈到致远电子测试仪器的竞争力时表示。/ppstrong　　未来/strong/pp　　在刘英斌看来，国产仪器的未来一片光明，因为中国的市场很大，比如说国家在号召《中国制造2025》，如果要配合这个战略的话，会需要很多仪器。/pp　　不过他也指出，国产测试仪器厂商需要走向行业，做针对行业应用的仪器会更有市场。/pp　　他举例说，“以前功率分析仪只有横河和福禄克在做，但现在，除了我们，是德科技和泰克也开始做了。”这说明，他们也看到了这块市场的潜力。/pp　　他承认国内仪器厂商做产品会受到一些制约，比如说芯片，高端仪器需要的ADC芯片基本都是属于禁运范围。/pp　　“做测试仪器，最关键的还是创新，最好不要跟别人去比价格，拼BOM成本。”刘英斌指出。/pp　　对于创新，他的理解是给用户带来价值，解决用户的问题。“比如CAN分析仪，以前用示波器来测CAN总线，只是把CAN总线的高低电平测出来，然后分析。现在我们把眼图、反射特征等实用功能都整合进去，把好几个仪器的功能融合在一起，这样一个仪器就可以给客户提供一个完整的测试。最关键的是我们会把我们的经验，加上我们的一些测试手段，全部融合到我们的应用里面去，让客户很容易找到问题所在。”/pp　　他表示，未来致远电子会沿着时代的脉搏，推出对客户更有价值的测试产品。/pp /p/p