基于NI Flex II创新技术的通用仪器可提供最高动态性能

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技术的融合使系统制造商们能够不断满足用户的期望，但也给研发人员和测试工程师带来极大的压力，因为他们需要测试更多的功能，还要尽量缩短测试时间，使产品尽快上市。虚拟仪器能够有效整合快速开发软件和高度灵活的模块化硬件来创建用户定义的测试系统，因而成为克服这些挑战的优秀测试方案。

        消费者需求和期望值的日渐提高促使制造商开发出更新、功能更多的创新产品以保持其竞争地位和利润。汽车中的远程信息处理系统就是一个功能不断增多的典型例子。几年前，汽车还只配备有卡带机和AM/FM收音机。随后出现了光盘，汽车制造商立即在汽车中集成了CD播放机和标准的AM/FM收音机及卡带机。消费者的需求和期望仍在不断提高，现在很容易见到信息处理系统中含有CD/MP3播放器、DVD播放器、AM/FM及卫星广播、GPS和蜂窝电话。所有这些过去由各个独立设备实现的技术现在可被融合进一个成熟而复杂的信息处理系统中。  

图1. NI PXI-5922多分辨率数字转换器的频率-分辨率曲线上的关键点。

         技术的融合使汽车制造商们能够满足用户的期望，并能立足于竞争激烈的市场。但这给研发人员和测试工程师都带来极大的压力，因为他们需要测试更多的功能，还要尽量缩短测试时间，满足上市时间要求。

        让我们从汽车制造商的角度来看。先考虑一下设计和开发信息处理系统所需的成本。几年前，设计师可能只需要一套传统的盒装仪器就能设计和测试卡带机中的有限功能了。然而，为了迎接今天的挑战，设计人员必须购买新的仪器才能完成远程信息处理系统中新功能的测试。随着测试系统的不断膨胀，不仅空间开始不够用，支出也超出预算。如果能用一个集成的测试系统代替所有这些昂贵且种类各异的仪器，并能根据具体应用定义功能，还能提供未来扩展空间那该有多好？

        如今，虚拟仪器已经成为克服这些挑战的首选测试解决方案。它结合了快速开发软件和高度灵活的模块化硬件来创建用户定义的测试系统。虚拟仪器能够提供：用于快速测试开发的直观软件工具；基于创新商用技术的快速、精确的模块化I/O；提供高精确度和高吞吐量并具有一体化同步功能的PC平台。

快速的测试开发软件

        随着自动化逐渐成为快速测试复杂产品的基本要求，软件已成为从设计验证到高度自动化制造测试等所有测试系统中的基本组成部分。为了快速提供能够测试新功能的测试系统，需要一套集成的测试开发工具。这些工具包括测试管理、测试开发和I/O驱动器。  

图2. 在高达15MS/s采样速率条件下与其它数字转换器相比的PX-5922频率-分辨率曲线。

模块化I/O

        第二个重要的测试技术是包括模块化仪器和数据捕获等技术在内的模块化I/O。模块化I/O采用商用芯片技术创建低成本高性能的虚拟仪器。像ADC、DAC、FPGA、DSP等被广泛使用的商用技术的普及化迅速增强了模块化I/O功能和性能。在许多情况下，虚拟仪器的精度超过了传统仪器的精度。

基于PC的测试平台

        所有现代的测试系统都包含有PC。PC已经不仅是测试系统的一部分，而且正逐渐成为重要的集成平台：测试系统中心。千兆赫处理器、高速总线、软件的广泛可用性、不断提高的性能和特别低的价格使得PC已经成为理想的测试平台。如果考察一下过去20年来PC的性能演变，测试系统中具有同样量级性能提升的部分只有被测设备本身了。

用于动态测试的通用仪器

        假设你正在测试车载信息处理系统中的音频和无线功能，执行音频和无线测试所需的仪器是音频分析仪、射频下变频器和中频数字转换器。你可以选择3个PXI或PCI模块，并用软件定义测试系统。如果一个设备能够用于多种用途显然更有益。  

图3. 线性化前后应用于6位Δ-ΣADC的纯正弦波FFT图。

         现在可以使用用于动态测量的通用仪器来实现这一目的。美国国家仪器(NI)公司的PXI-5922多分辨率数字转换器就是这样一种将多个仪器功能集成在一个模块中的设备。通过这个数字转换器，用户可以调整采样速率获得不同的分辨率。例如，在15MS/s的采样速率下，模块可以提供16位的分辨率，通过软件将采样速率降低到500kS/s后，同样的模块(对硬件不作任何改动)将提供24位的分辨率。在本例中，PXI-5992通用仪器既可作为24位音频分析仪，也可以作为16位中频数字转换器使用。

        就像DMM将多个DC测量功能整合进一个仪器那样，PXI-5992也通过在一个数字转换器中提供多种仪器功能改进了AC测量功能。使用该数字转换器和LabVIEW8之类的软件就可以创建新的虚拟仪器。与音频分析仪、频谱分析仪、中频和I/Q基带数字转换器、DC和RMS电压表和频率计数器等许多传统仪器相比，采用这种虚拟仪器能够获得更好的测量性能。

创新的Flex II ADC多分辨率技术

        这种创新的多分辨率技术可以通过NI的 Flex II ADC实现。该模数转换器采用了NI设计的全定制模拟ASIC，是一种增强型的Δ-Σ转换器，利用下面这两种创新技术在宽范围的采样速率下获得了特别高的动态范围：用6位Δ-Σ ADC代替单比特Δ-Σ ADC；拥有专利的数字线性化机制。

        单比特Δ-Σ ADC可以为低频应用提供高分辨和高动态范围。然而，由于采样速度有限，单比特Δ-Σ ADC不适合动态信号频率超过数百KHz的应用场合。而多比特Δ-Σ ADC可以在高频时提供高的动态范围，并且线性化后可以去除多比特Δ-Σ ADC所固有的非线性。  

图4. 高端发生器产生非常纯的10kHz正弦波FFT捕获，其噪声水平低至-170dB FS/Hz，SFDR高达-120dBc。

         图3所示ADC中的非线性如何在频域中表现为谐波。Flex II ADC采用强大的FPGA和线性化专利技术以数字方式消除这些非线性，并在较高采样速率范围内提供较宽的动态范围。动态范围的增加使用户有能力去分析以前会混迹于传统仪器噪声中的信号。

        Flex II ADC是一项伟大的发明，但如果工程师不能在不降低性能的条件下将它集成进数字化仪器，那么它就无法发挥作用。PXI-5922多分辨率数字转换器拥有一流的模块前端，它能充分利用高性能的Flex II ADC功能，释放数字转换器的有效资源，从而提供强大的性能。这种数字转换器可以提供市场上最高的分辨率和最大的动态范围。因此，它不仅可以当作通用仪器使用，而且与它可代替的各种单独仪器相比还能提供更高的动态性能。图4显示出高端发生器产生的非常纯的10kHz正弦波FFT捕获。PXI-5922噪声密度可低至-170dB FS/Hz，本例中的SFDR可高达-120dBc。