選擇合適的測(cè)量?jī)x器，是構(gòu)建自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的重中之重。為工作選擇合適的工具知易行難，尤其是需要了解和權(quán)衡許多因素時(shí)更是如此。本指南介紹了市面上儀器的主要類別，以及常見的選擇標(biāo)準(zhǔn)，可幫助您縮小選擇范圍，從而選出最適合應(yīng)用的儀器。

Part.1

模擬和射頻測(cè)試儀器的范圍非常廣泛，分為數(shù)百個(gè)產(chǎn)品類別，共計(jì)數(shù)千種產(chǎn)品型號(hào)。而且，這些儀器也受相關(guān)物理定律的制約，即體現(xiàn)在放大器技術(shù)和制造儀器所需的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)上的噪聲與帶寬的基本原理。由于存在這些基本的物理限制，工程師經(jīng)常需要在測(cè)量精確度和數(shù)據(jù)采集速度之間進(jìn)行取舍。下圖顯示的是隨著傳統(tǒng)和模塊化儀器的技術(shù)進(jìn)步，速度與分辨率之間的關(guān)系如何隨著時(shí)間的推移而變化。

儀器的分辨率與采樣率

圖中的曲線代表了不同儀器類別的示例。DMM位于圖的左上角，能以低速提供高精度，示波器位于圖的右下角，能以較低的分辨率進(jìn)行高頻采樣，而數(shù)據(jù)采集（DAQ）產(chǎn)品位于圖的左下角，具有更高的通道密度和更低的成本。

當(dāng)然，如果要確定從哪個(gè)類別的儀器開始研究，首先要考慮與測(cè)量任務(wù)相關(guān)的一些問題，例如信號(hào)的方向與信號(hào)的頻率等。因此，小伙伴們可以掃描二維碼，下載最新版《儀器選擇指南》白皮書查閱更詳細(xì)的解讀內(nèi)容~

Part.2

除了認(rèn)識(shí)從物理角度進(jìn)行正確測(cè)量所需的模擬前端外，構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)還需要采用穩(wěn)定、可重復(fù)、快速且能連接PC的儀器。因此，合適的總線類型也是評(píng)估儀器的重要標(biāo)準(zhǔn)。

如今，USB、PCI Express和以太網(wǎng)/LAN作為儀器控制的有效通信選項(xiàng)而備受關(guān)注。部分行業(yè)人士稱，這些總線中的某一種，其本身就代表了所有儀器需求的解決方案。實(shí)際上，未來(lái)的測(cè)試和測(cè)量系統(tǒng)很可能仍然會(huì)同時(shí)采用多種總線技術(shù)，因?yàn)槊糠N總線都有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。接下來(lái)，讓我們對(duì)比一下幾種常見總線類型的各自特性。

01 GPIB

IEEE 488總線(通常稱為GPIB)是專為儀器控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)且經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的總線。作為一種強(qiáng)大可靠的通信總線，GPIB已經(jīng)應(yīng)用了30年，由于具有低延遲和可接受的帶寬，至今仍然是儀器控制中最常應(yīng)用的通信總線。GPIB目前在行業(yè)中的應(yīng)用最為廣泛，市場(chǎng)上有10,000多種儀器型號(hào)采用GPIB連接。

GPIB的最大帶寬約為1.8 MB/s，非常適合用于獨(dú)立儀器的通信和控制。最新的高速版本HS488將帶寬提高至8 MB/s。數(shù)據(jù)傳輸基于消息實(shí)現(xiàn)，這些消息通常采用ASCII字符的形式。多臺(tái)GPIB儀器可以通過(guò)電纜連接，總距離可長(zhǎng)達(dá)20 m，并且?guī)捰煽偩€上的所有儀器共享。雖然帶寬相對(duì)較低，但GPIB延遲顯著低于(優(yōu)于)USB，尤其低于以太網(wǎng)。GPIB儀器在連接到系統(tǒng)后不會(huì)自動(dòng)檢測(cè)或自動(dòng)配置；但是GPIB軟件仍是最佳選擇之一，而且堅(jiān)固耐用的電纜和連接器也適用于惡劣的物理環(huán)境。無(wú)論是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有設(shè)備自動(dòng)化的應(yīng)用，還是需要高度專業(yè)化儀器的系統(tǒng)，GPIB都是它們的理想選擇。

02  USB

USB近年來(lái)已廣泛用于連接計(jì)算機(jī)外設(shè)。這種趨勢(shì)已經(jīng)擴(kuò)展到測(cè)試和測(cè)量領(lǐng)域，越來(lái)越多的儀器供應(yīng)商在儀器中添加了USB設(shè)備控制器功能。雖然大多數(shù)筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)和服務(wù)器可能配有多個(gè)USB端口，但這些端口通常都連接到同一個(gè)主機(jī)控制器，因此USB帶寬要由所有端口共享。

USB的延遲相對(duì)較短(介于延遲最長(zhǎng)的以太網(wǎng)和延遲最短的PCI和PCI Express之間)，并且電纜長(zhǎng)度最長(zhǎng)為5 m。USB設(shè)備可自動(dòng)檢測(cè)，這意味著與LAN或GPIB等其他技術(shù)不同，當(dāng)用戶將USB設(shè)備連接至PC時(shí)會(huì)立即被PC識(shí)別和配置。在本文所介紹的所有總線中，USB連接器的可靠性和安全性最低。可能需要使用外部電纜扎帶將其固定到位。

USB設(shè)備非常適合于需要采用便攜式測(cè)量、筆記本電腦或臺(tái)式數(shù)據(jù)記錄以及車載數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用。USB普遍應(yīng)用于PC并且具有即插即用的易用性，因此已經(jīng)成為獨(dú)立儀器普遍采用的通信總線。USB測(cè)試和測(cè)量類(USBTMC)產(chǎn)品規(guī)范可滿足各種測(cè)試和測(cè)量設(shè)備的通信要求。

03 PCI

在本文介紹的所有儀器總線中，PCI和PCI Express的帶寬和延遲性能最為出色。PCI帶寬為132 MB/s，由總線上的所有設(shè)備共享。PCI延遲性能非常出色，以700 ns為基準(zhǔn)，而以太網(wǎng)延遲為1 ms。PCI總線基于寄存器進(jìn)行通信。與本文提到的其他總線不同，PCI不能連接外部?jī)x器。它是一種用于PC插入卡和模塊化儀器系統(tǒng)(如PXI)的內(nèi)部PC總線，因此無(wú)法直接測(cè)量通信距離。盡管如此，當(dāng)連接到PXI系統(tǒng)時(shí)，使用NI光纖MXI接口，PCI總線可以延長(zhǎng)至200 m。因?yàn)镻CI連接位于計(jì)算機(jī)內(nèi)部，我們可以認(rèn)為，連接器的可靠性受其所在PC的穩(wěn)定性和耐用性限制。

PXI模塊化儀器系統(tǒng)基于PCI信號(hào)構(gòu)建，通過(guò)高性能背板連接器和多個(gè)螺栓端子增強(qiáng)了連接性，保持連接到位。在插入PCI或PXI模塊后啟動(dòng)，Windows就會(huì)自動(dòng)檢測(cè)并安裝模塊的驅(qū)動(dòng)程序。通常，PCI儀器的成本較低，因?yàn)樗鼈円蕾囉谕泄芩鼈兊腜C的電源、處理器、顯示器和存儲(chǔ)器運(yùn)行，而不是將以上硬件并入儀器本身中。

04 PCI Express

PCI Express和PCI類似，是PCI標(biāo)準(zhǔn)的最新版本。因此，前文對(duì)PCI的大部分評(píng)價(jià)也適用于PCI Express。

PCI和PCI Express性能的主要區(qū)別在于PCI Express具有更高的帶寬，并為每個(gè)設(shè)備提供專用帶寬。在本指南涵蓋的所有總線中，只有PCI Express為總線上的每個(gè)外設(shè)提供專用帶寬。而對(duì)于GPIB、USB和LAN，帶寬均由所連接的外設(shè)共享。數(shù)據(jù)通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接傳輸，這些連接稱為通道，第1代鏈路每個(gè)方向的傳輸速率為250 MB/s。每個(gè)PCI Express鏈路可以由多個(gè)通道組成，因此PCI Express總線的帶寬取決于其在插槽和設(shè)備中的實(shí)現(xiàn)方式。x1鏈路(單個(gè)通道)、x4鏈路和x16鏈路分別提供250 MB/s、1 GB/s和4 GB/s的專用帶寬。

PCI Express實(shí)現(xiàn)了軟件向后兼容性，意味著遷移到PCI Express標(biāo)準(zhǔn)的用戶可以保留其采用PCI時(shí)進(jìn)行的軟件投資。PCI Express也可通過(guò)外部電纜進(jìn)行擴(kuò)展。高速的內(nèi)部PC總線專為快速通信而設(shè)計(jì)。因此，PCI Express是需要高帶寬的高性能數(shù)據(jù)密集型系統(tǒng)的不二之選，也是集成和同步多種類型儀器的理想選擇。

總線性能對(duì)比

上圖即是考慮總線的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)時(shí)，針對(duì)帶寬和延遲這兩個(gè)最重要特性的對(duì)比。此外，更多關(guān)于選擇測(cè)試和測(cè)量?jī)x器的基礎(chǔ)知識(shí)無(wú)法一一列舉，請(qǐng)下載最新版《儀器選擇指南》白皮書進(jìn)行完整查閱~