利用虚拟仪器平台构建测试和测量设备

2005年7月7日，美国国家仪器有限公司(National Instruments，“NI”)在深圳香格里拉酒店主办第二届“中国PXI技术和应用论坛”。借此机会，电子工程专辑对NI全球市场及客户运营高级副总裁John Graff和NI大中国区总经理陈大庞两位先生作了一次专访，介绍虚拟仪器的最新技术发展趋势和动态。

EETC: 目前，有哪些新计算机技术被用于NI的虚拟仪器技术?
A: 计算机商用技术是市场上最先进、最尖端的技术，由于应用非常广泛所以价格比较合理。从NI多年的发展历程来看，我们一直选择正确的商用计算机技术，并将这些技术运用到产品中。对于使用NI虚拟仪器产品的用户而言，他们可以在最短的时间内享受到商用计算机技术带来的巨大优势，而不需要花费很大的精力去了解这些技术的细节。

虚拟仪器技术的三个成功因素包括PC机的高速发展，低成本、高性能的数据转换器以及系统设计软件的出现。众所周知，我们用计算机作为测试平台的时间已经有很多年了，在过去十年当中，PC的功能越来越强大，通过使用每一代的PC处理器、显示和I/O总线分析测量和解决新的应用挑战，虚拟仪器技术充分利用了PC性能的提高。另外，得益于半导体技术的进步、A/D和D/A转换器的功能越来越强大，NI的优势就在于集成ADC和DAC，使它们在板卡上充分发挥功能，许多测试仪器已经建立在PC、PXI或PCI-EXPRESS的基础上。还有一点就是自定义仪器系统直观界面的系统设计软件进一步促进了虚拟仪器技术的发展，LabVIEW正是这类软件的一个很好的例子。利用这些最新的技术，NI虚拟仪器技术可以实现更高的分辨率，更快的测试速度，以及更高的测试频率。

例如现在，我们基于PXI的测量仪器已经能够解决射频级的测量问题但是，在几年以前，我们还不能做到RF级的测量。这些产品将基于计算机的测量仪器的应用范围扩展到例如移动电话测试、通信测试等等诸多领域。

EETC：在软件领域有那些新技术或新突破？

Graff：NI全球市场
及客户运营高级副总裁。

A：作为NI的旗舰产品，LabVIEW图形化编程软件一直是我们研发的重点，我们的努力方向是使LabVIEW的应用更为便利并拓展到更多的应用领域。过去两年中，我们很高兴看到尤其是在中国地区LabVIEW的用户呈现快速增长的势头。

此外，我们不断为LabVIEW添加新的模块化软件(Modulation Software) ，不断增加新的测试工具集(Tool-Kit)，通过相应的模块/工具包使LabVIEW可以定位到不同的硬件测试，例如FPGA、DSP等。最近，NI新推出的LabVIEW数字滤波器设计工具包，使工程师们无需信号处理经即可轻松地开发自定义的数字滤波器。

EETC：我们看到NI跟许多传统的台式测量设备提供商开展了广泛的合作，您可以谈谈NI产品定位跟他们之间的差异吗？
A：基本的差异在于，我们提供给工程师硬件和软件两方面的工具，然后，告诉他们如何自己构建测量仪器。基于计算机的测量仪器具有功能简化、成本低廉、能够灵活地适应被测对象的变化而变化的特点。这些优势对于正在成长起来的新一代的工程师们而言尤为可贵，所以我们看到，虚拟仪器技术的用户基础远远大于传统的盒式测量设备。

传统的盒式仪器只能完成面向特定应用的测量任务，成本高，缺乏灵活性，不适合于大批量的装备。而我们提供基于PXI的板卡和LabVIEW软件工具，因此，具有很大的成本优势和灵活性。这是根本差异所在。

EETC：就虚拟仪器技术而言，其中哪一部分的发展最显著？
A：虽然PXI是由NI于1997年提出的技术标准，但是这一技术发展迅猛，得到的应用最为广泛。其主要增长动力来自我们的模块化测量仪器 (modular Instruments)、RF测量和数字化仪器等等。所以说，这也是NI连续两年在中国举办PXI技术和应用论坛的原因所在。此外，分布式和基于互联网的测试和测量应用也是主要的增长动力。

EETC：一些工程师认为，学习虚拟仪器技术需要花费较多的时间，您怎么看待这个问题？
A：通过各种会议和研讨会，我们也发现这是工程师面临的一个巨大挑战。我们的研发部门一直在努力使仪器更加便于操作，选项更适合应用的需求，从而使工程师能够较快解决应用中面临的测量问题。关键在于工程师要看到未来行业的发展趋势--工程师的测试测量需求越来越复杂，同时虚拟仪器技术已经逐渐成为主流技术。

EETC：从这方面看，是否盒式仪器具有更多优势？
A：应该说从历史角度看，盒式仪器确实有方便之处，只要几个按钮就能够实现操作。

但是在某些自动化领域，测试测量必需要通过软件进行编程，虚拟仪器技术的优势就体现出来了。它可以实现仪器间的握手等通讯交流，此外采用虚拟仪器由于可以自己设计测量仪器，因而有很大的灵活性，例如目前基于USB的测量装置发展很快。你可以把基于USB的设计装置和其它采集设备通过虚拟仪器连接起来，这就是很简单的仪器，我们称之为“5分钟应用”，你只要插上电，5分钟就可以拥有自己的测量设备。正如刚才提到的，整个行业在发展之中，虚拟仪器技术正在成为测试测量行业的主流技术。

EETC：NI现在有哪些基于USB的测量方案？
A：USB的好处是便携式、即插即用。NI提供多种选择，满足特定的需求。这样的方案可以是基于USB的DSA(动态信号分析仪)测量设备，也可以是简单的温度测量设备。最近一段时间NI推出了一系列基于USB的数据采集解决方案，每块数据采集卡仅从100美元起，价位低，应用灵活，非常适合高校等市场。

基于USB的测量技术的前景要结合计算机技术的发展来看，目前工程师对计算机和软件的熟悉程度远远大于对盒式测量设备的熟悉程度，因此我们看好虚拟仪器技术的发展。

EETC：我们看到NI的虚拟仪器用在Tektronix等公司的测试和测量设备上，能否谈谈NI与其它测量设备供应商合作的策略？
A：这个问题很有趣，我们有一个论坛叫做“Coopertition”，就是“cooperation(合作)”和“competition(竞争)”这两个词合成的。

如果你跟许多ATE(自动测试设备)公司合作，例如Tektronix、HP和Agilent等等，你会看到商用技术VXI或PXI确实极大地降低了测试成本。我们跟他们合作是因为他们受到成本的巨大压力，例如有些测试设备高达5万美元以上，而利用商用技术，用户可以自己设计测量设备，从而极大地降低测试成本。我们的工作就是利用虚拟仪器技术，帮助ATE公司降低测试设备的成本。

ATE公司的优势在于数字化测试并将计算机测试系统集成起来。他们的业务重点是他们享有技术优势的地方，采用NI或其它公司的标准商用技术，他们就可以节省研发的投入。

再比如，Agilent是我们大客户之一，他们购买了NI大量的产品，然后集成起来构成他们自己的测量系统，通过LabVIEW这样的平台，他们实现了比传统盒式测量设备更具有优势的测量解决方案。他们派工程师到NI接受培训，通过这种方式，我们实现“合作竞争”的双赢局面。

EETC：现在大家都说测试和测量占据研发周期的70%的时间，通过虚拟仪器技术如何能够缩短测试时间？
A：我认为有两个基本办法：一、利用虚拟仪器技术中的模块化仪器，它利于应用且容易构成测试系统。例如，移动电话产品的生命期大致是6个月，采用模块化仪器就能够很好地适应测试对象的变化。二、在设计阶段开展测试。因为，如果产品质量确实不够好，在生产线上就会停滞下来，因此，我们考虑的是把测试进一步前移到设计阶段。

我们认为，越来越多的设计将采用模块化的设计，利用虚拟仪器技术可以将各个模块与原型进行测试和比较，从而使不符合设计指标要求的模块及早返回到设计部门，而不致流到生产线上，从而减低整个产品的测试周期。这恰好是虚拟仪器技术的强项。

EETC：从设计链来看，包括芯片、板、系统乃至大系统的测试，NI的虚拟仪器技术主要定位在哪一个领域？
A：NI的测量仪器在各个领域都取得了成功，我们提供给工程师硬件和软件工具和组件，由他们构造自己的测量设备和解决方案。一种观点认为，虚拟仪器技术就是一个工具，对吗？从这个意义上而言，我们拿出工具，帮助工程师设计自己的解决方案和系统，而不管这是一个什么样的系统。

EETC：简言之，你们提供的是测量设备的设计工具，对吗？那么一个工程师需要花费多少时间才能设计出来自己的测量设备？
A：完全正确。工程师们需要学习的是一种工具，使得他们可以在不同的领域和项目中得到应用。至于开发时间要取决于他们对虚拟仪器技术的掌握程度，以及他们想设计何种测量设备。

当你掌握了虚拟仪器的设计方法，你就可以设计任何测试和测量设备。我们看到，随着研发工作复杂性的增加，工程师不得不设计自己的测试和测量设备，NI提供的虚拟仪器技术给工程师们一个很好的选择。

EETC：NI的虚拟仪器技术目前主要基于并行总线，是否准备推出串行总线的方案？
A：我们公司的历史就是跟各种计算机体系结构一起发展的历史，在过去10到15年间，这种发展的速度很快，主要是Intel阵营给虚拟仪器技术带来了很好的发展平台。我们愿意采用各种最新的计算机技术，为用户设计满足应用需求的产品。我们下面将推出基于PCI-EXPRESS的最新产品，它跟基于PXI的产品是兼容的，软件的兼容性是基于计算机的仪器的最大优势，它可以节省大量的投资。例如，40年前，我们推出的具有GPIB接口仪器，现在还可以跟先进的仪器设备一起使用，这不能不说是奇迹。

我们确实在计划并行和串行总线的产品，这是一个令人激动的领域，包括基于USB的仪器等等。测量仪器对总线速度的要求不像通信这么高，测试过程主要采用触发方式，并行总线完全能够满足应用需求。

EETC：目前中国工程师在哪些领域应用虚拟仪器技术较多？
A：NI的解决方案是鼓励用户设计自己的测试设备，中国的测试工程师非常努力，根据我们了解的情况，汽车及其电子系统中虚拟仪器技术的应用较多，其次是移动电话的测试，还有无线通讯测试。

EETC：虚拟仪器技术在便携式测试设备中的应用情况怎么样？
A：我们有一个针对PDA的虚拟仪器技术解决方案LabVIEW-PDA模块，有了这个工具以及基于USB、与PDA能够协调工作的测试组件，全球掌握LabVIEW的用户就可以在PDA上开发自己的测试和测量解决方案。在便携式测试设备领域，虚拟仪器技术也取得了很大成功。