電子測(cè)試通常分為兩類(lèi),。第一類(lèi)是自激電子設(shè)備,，如電源、振蕩器,、發(fā)射機(jī)和信號(hào)發(fā)生器,。他們使用數(shù)字化儀、示波器或頻譜分析儀等數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行測(cè)試,。第二類(lèi)測(cè)試所需設(shè)備包括放大器,、濾波器、接收器和數(shù)字接口等,。這些設(shè)備必須由信號(hào)源外部激發(fā),，才能使用信號(hào)采集儀器。因此,，這類(lèi)測(cè)試通常被稱(chēng)為源響應(yīng)測(cè)試,。

Spectrum 儀器公司推出的hybridNETBOX，將多通道數(shù)字化儀和任意波形發(fā)生器(AWG)通過(guò)一個(gè)通用的LXI兼容儀整合,，能夠同時(shí)滿(mǎn)足激發(fā)和響應(yīng)監(jiān)測(cè),。這是一款將測(cè)試系統(tǒng)容納于一個(gè)設(shè)備的解決方案。圖1為一款經(jīng)典的hybridNETBOX,。

圖1: DN2.806-08型號(hào),，包括8個(gè)具有16位AWG的通道，與數(shù)字化器一同置于LXI儀表箱內(nèi),。

hybridNETBOX共有6個(gè)型號(hào)可選,，采樣和輸出時(shí)鐘速率為40MS/s、80MS/s及125MS/s,，可通過(guò)2,、4和8通道進(jìn)行信號(hào)的生成和采集。每個(gè)通道的分辨率為16位,，帶寬高達(dá)60 MHz,，與采樣率成正比。該技術(shù)確保了數(shù)字化儀和AWG通道的高精準(zhǔn)度,。

AWG有2至8個(gè)通道,，無(wú)論是內(nèi)部還是外部的生成均通過(guò)同一個(gè)時(shí)鐘和觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)完全同步,。AWG輸出電平可在±6 V時(shí)達(dá)到50歐姆，或±12 V時(shí)達(dá)到高阻抗,，并有2通道和4通道可選,。同時(shí)，用戶(hù)亦可選擇±3 V時(shí)達(dá)到50歐姆或±6 V時(shí)達(dá)到高阻抗的8通道版本,。此外,，4條數(shù)字I/O線(xiàn)顯著提升了AWG功能，用戶(hù)可通過(guò)編程標(biāo)記脈沖和外部時(shí)鐘及觸發(fā)器輸入,。

2至8個(gè)數(shù)字化儀通道可處理大范圍的輸入信號(hào),，可變輸入范圍可從±200mv到±10v，可進(jìn)行DC偏移設(shè)置,，用戶(hù)還能選擇50 Ohm和1 MOhm輸入阻抗,。數(shù)字化儀可采用單端和差分模式。此外,，數(shù)字化儀還提供外部時(shí)鐘,、觸發(fā)輸入以及兩條供用戶(hù)定義的通用數(shù)字I/O線(xiàn)。

hybridNETBOX與LXI完美兼容,。產(chǎn)品可通過(guò)后面板的Gbit以太網(wǎng)端口,，輕松與單個(gè)設(shè)備、多個(gè)設(shè)備,、電腦或網(wǎng)絡(luò)連接,。hybridNETBOX可自由編程，并為Windows和Linux操作系統(tǒng)提供了驅(qū)動(dòng)程序,。

Spectrum儀器旗下產(chǎn)品均配有SBench 6軟件工具,，用于信號(hào)的控制、顯示,、測(cè)量,、處理和生成報(bào)告。此外,，設(shè)備也可以通過(guò)C++、LabVIEW,、MATLAB,、Visual Basic.NET、Python和其他主流編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)編程,。

源響應(yīng)測(cè)試（Source Response Testing）

hybridNETBOX擁有8個(gè)通道,，用于信號(hào)的生成和采集，是刺激反應(yīng)類(lèi)測(cè)試系統(tǒng)的理想配置,。鑒于一個(gè)hybridNETBOX能產(chǎn)生多個(gè)發(fā)射和接收信號(hào),，完美符合了陣列MIMO或總線(xiàn)系統(tǒng)的測(cè)試和評(píng)估,。hybridNETBOX適合在ATE應(yīng)用中自動(dòng)測(cè)試部件和組件，以確保被測(cè)試設(shè)備的功能和校準(zhǔn),。

源響應(yīng)測(cè)試示例,，AC開(kāi)環(huán)增益運(yùn)算放大器通過(guò)一個(gè)AWG和數(shù)字化儀測(cè)量。測(cè)試電路如圖2所示,。

圖2: AC開(kāi)環(huán)增益運(yùn)算放大器測(cè)試電路,，將AWG和數(shù)字化儀作為源和相應(yīng)測(cè)量

該測(cè)試適用于小的AC波形，從AWG到被測(cè)的運(yùn)算放大器的輸入,。由于放大器的增益相當(dāng)高,，輸入信號(hào)必須衰減。一個(gè)10,000到1的電阻衰減器(R1和R2)將輸入分貝降低至80,。放大器U1為被測(cè)器件(DUT),。U2是一個(gè)輔助放大器，用于穩(wěn)定被測(cè)器件輸出的平均直流電平,。

AC開(kāi)環(huán)增益被用于頻率函數(shù),。輸入波形必須在所需測(cè)試頻率范圍內(nèi)具有平坦的頻率響應(yīng)。滿(mǎn)足此要求的波形可以是線(xiàn)性?huà)哳l,，或是脈沖函數(shù),。通過(guò)Spectrum公司的SBench6控制和信號(hào)處理軟件，AWG可通過(guò)編程輕松獲得這兩種信號(hào),。SBench 6可使用標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)和數(shù)學(xué)方程創(chuàng)建波形,，或從數(shù)字化儀或示波器導(dǎo)入波形。在這種情況下,，使用數(shù)學(xué)方程掃描時(shí)間為1秒,，可以創(chuàng)建從100 Hz到100 kHz的正弦掃描。正弦掃頻能夠提供比脈沖函數(shù)更廣的動(dòng)態(tài)范圍,。掃描信號(hào)被應(yīng)用于測(cè)試電路和數(shù)字化儀測(cè)量在掃描期間的電路輸出,。圖3顯示了結(jié)果。

圖3:AC開(kāi)環(huán)增益測(cè)量的四個(gè)主要步驟,。信號(hào)產(chǎn)生(左上),，輸入信號(hào)頻率范圍驗(yàn)證(右上)，輸出信號(hào)采集(左下),，從輸出信號(hào)中提取頻率響應(yīng)(右下),，即AC開(kāi)環(huán)增益。

左上角的圖顯示了一秒內(nèi)的正弦掃描輸入信號(hào),，以驗(yàn)證振幅的平滑度,。SBench6的信號(hào)處理能力包括對(duì)快速傅里葉變換(FFT)的計(jì)算。FFT如同頻譜分析儀一樣,，能夠顯示信號(hào)的功率和頻率,。右上方的圖包含輸入信號(hào)的FFT,，用于驗(yàn)證從100 Hz到kHz的平坦頻率響應(yīng)。左下方的圖顯示了運(yùn)算放大器對(duì)衰減輸入信號(hào)的響應(yīng),。輸出信號(hào)的頻譜顯示在右下方的圖中,，包括80db衰減器的振幅校正。這個(gè)波普視圖是AC開(kāi)環(huán)增益,，顯示AC增益從100 Hz到100 kHz,，最大AC增益為112 dB。振幅下降頻率為每八度-6 dB或每10度-20 dB,，符合預(yù)期的運(yùn)放,。

為了是測(cè)試更簡(jiǎn)單，hybridNETBOX包含了信號(hào)源和信號(hào)采集硬件,。請(qǐng)記住,，多達(dá)8個(gè)通道的信號(hào)源和數(shù)字化器可同時(shí)進(jìn)行8個(gè)并行測(cè)試。

記錄回放應(yīng)用程序

hybridNETBOX的另一大亮點(diǎn)是能夠獲取一個(gè)或多個(gè)信號(hào),，并根據(jù)模擬需要或需要替換丟失的組件時(shí)對(duì)其重放,。例如，從三線(xiàn)動(dòng)態(tài)心電圖記錄器獲取和重放心電圖信號(hào),。這將意味著病人無(wú)需佩戴設(shè)備亦可進(jìn)行電路開(kāi)發(fā),。預(yù)錄信號(hào)庫(kù)進(jìn)一步擴(kuò)展了這種模擬能力。圖4為示例,。

上面的三幅圖顯示從lead 1至lead 3所獲得的信號(hào),。這些線(xiàn)被復(fù)制到指定為Function、Function_01和Function_02的AWG通道中,。通過(guò)AWG輸出前,，還可以通過(guò)SBench6提供的過(guò)濾和信號(hào)處理功能對(duì)獲取的通道進(jìn)一步優(yōu)化。

圖4:使用三線(xiàn)動(dòng)態(tài)心電圖記錄器記錄和回放測(cè)試策略的示例,。上面三幅圖中線(xiàn)表示從lead 1到 lead 3,，此后被復(fù)雜并被三個(gè)AWG通道重放。

與之類(lèi)似,，一些異常的現(xiàn)象亦可通過(guò)這種方式處理信號(hào),，然后轉(zhuǎn)移至AWG通道，并按需輸出,。圖5展示了50Hz的異常信號(hào)通過(guò)lead 1的處理過(guò)程,。最初的lead 1信號(hào)顯示在左上方的圖中，可以看到每個(gè)心臟周期,。整個(gè)信號(hào)的FFT顯示在上方中間的圖中。右上方的圖顯示了FFT在50Hz的水平擴(kuò)展視圖,。請(qǐng)注意,，原始信號(hào)為50Hz,。左下方的圖顯示了同樣的lead 1信號(hào)，外加0.1V和50Hz的異常信號(hào),。有50Hz異常信號(hào)的FFT顯示在底部中間的圖中,。一條橙色的線(xiàn)表示50 Hz，由于增加異常顯示出振幅的增加,。右下角的圖的FFT約為50Hz,。增加50Hz的振幅干擾也被標(biāo)記下來(lái)?；胤徘翱尚薷墨@取信號(hào)的功能,，方便用戶(hù)根據(jù)需要評(píng)估濾波和糾錯(cuò)電路的有效性。

圖5:在lead 1動(dòng)態(tài)心電圖信號(hào)上添加一個(gè)50 Hz的干擾信號(hào)

回聲測(cè)距與測(cè)向

hybridNETBOX可利用“回聲”信號(hào)的測(cè)向和測(cè)距,，此類(lèi)應(yīng)用包括雷達(dá),、聲納、激光雷達(dá)或超聲波,。AWG源可生成復(fù)雜的信號(hào),，16位數(shù)字化儀可查看回波信號(hào)所需的動(dòng)態(tài)范圍，如圖6所示,。

圖6:一個(gè)透射超聲脈沖和多個(gè)反射回波,。

這是從測(cè)距儀獲得的40 kHz超聲波脈沖及回聲?；夭}沖的振幅大約比透射脈沖低36 dB,。因此，可以在圖中直觀地看到它們,。通常,，它們的數(shù)值要低得多! hybridNETBOX 的16位振幅分辨率非常適于此類(lèi)應(yīng)用，因?yàn)榛夭ㄐ盘?hào)比透射信號(hào)低得多,，并且需要?jiǎng)討B(tài)范圍來(lái)生成或檢測(cè)低振幅的回波,。

超聲傳感器在測(cè)向方面薄弱，是造成多回波的主要原因,。

所有的回聲測(cè)向和測(cè)距應(yīng)用都遇到了這個(gè)問(wèn)題,，并試圖通過(guò)傳感器或天線(xiàn)的相位陣列提升測(cè)向和增益。hybridNETBOX能夠生成多個(gè)發(fā)射信號(hào)并接收多通道,，是測(cè)試和評(píng)估陣列系統(tǒng)的最佳選擇,。

例如一個(gè)超聲成像系統(tǒng)，將生成的多個(gè)信號(hào)提供給一個(gè)傳感器陣列,。調(diào)整單個(gè)信號(hào)的延遲和衰減可以用來(lái)控制傳感器陣列的輸出,。相控陣系統(tǒng)，無(wú)論是射頻信號(hào)天線(xiàn)還是超聲傳感器，都是一種常見(jiàn)的多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng),。多通道AWG能夠?yàn)轵?qū)動(dòng)這些系統(tǒng)提供所需信號(hào),，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射信號(hào)的轉(zhuǎn)向。同樣,，多通道數(shù)字化儀可接收傳輸信號(hào),。圖7顯示了八單元超聲相控陣傳輸系統(tǒng)的基本信號(hào)組成。

使用SBench6的方程式編輯器,，能夠輕松創(chuàng)建大量的信號(hào)波形,。如圖7左下角的插圖所示。每個(gè)波形的振幅調(diào)制40 kHz余弦波,。這八種波形中的每一種都比前一種延遲了25μs,。調(diào)制包絡(luò)線(xiàn)是由控制沖擊時(shí)間的總坡度和決定衰減時(shí)間的指數(shù)元素組成。它們都以10 MHz計(jì)時(shí),，每個(gè)波形都使用AWG的512 MS內(nèi)存中的16 kS,。長(zhǎng)波形存儲(chǔ)非常重要，因?yàn)樗鼪Q定了既定采樣率的輸出模擬波形的持續(xù)時(shí)間,。

圖7:使用8個(gè)函數(shù)創(chuàng)建了8個(gè)延遲為25μs的超聲波波形,，其中一個(gè)函數(shù)顯示于左下角插入圖中。另一個(gè)插圖顯示了每個(gè)波形由于程序延遲的可能轉(zhuǎn)向或聚焦機(jī)會(huì),。

如果八個(gè)信號(hào)分段同時(shí)到達(dá)傳感器,，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)一致的或側(cè)波前（如圖7右側(cè)插圖所示）。超聲聲學(xué)換能陣列傳輸信號(hào)能夠通過(guò)順序性延遲單個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)控制,。在本案例中,，由傳感器發(fā)出的球面波前在空間上延遲，導(dǎo)致復(fù)合信號(hào)被向下定向,。同樣,，如果驅(qū)動(dòng)信號(hào)從陣列的外部延遲到陣列的內(nèi)部，如圖所示,，光束可以聚焦到中心,。這些相控陣能夠用非機(jī)械手段控制和移動(dòng)輻射波束。本例中的波形實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向功能,。除了延時(shí)之外,，對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)振幅的調(diào)整還能達(dá)到其他效果。AWG用戶(hù)可以完全控制波形的特性和時(shí)間,，以及控制發(fā)射波前的靈活性,。

結(jié)論

以上案例展示了hybridNETBOX的運(yùn)用，并充分印證了信號(hào)源與測(cè)量?jī)x器能夠并存于一款儀器來(lái)單獨(dú)使用,，或作為設(shè)備集成于測(cè)試系統(tǒng)中,。