用来搜集资料和进行功能测试的电子测试系统在设计上最好采专用的切换子系统，这样才能增加切换器的数量，又不会影响到仪器的配置，反之亦然。设计切换系统一般所采用的技术有VXI、PXI以及特殊的专用卡槽箱（cardcage），VXI和PXI是相当昂贵的解决方案，因为这些主机是专为需要很大的电源及高速背板（backplane ）的仪器所设计的。相反地​​，特殊的专用切换系统具有刚好够用的电源供应能力、刚好够用的冷却能力，以及刚好够用的速度来完成所要求的工作，不需负担高性能仪器的需求。这些子系统采用的新式LAN和USB介面在效能和使用简易性方面皆胜过其它的介面，有些特殊的专用卡槽箱的开放程度还可以高到让客户将自己的介面卡插上去，大幅提高了应用的弹性。

本文将介绍一套含有LAN、USB和GPIB介面、面包板模组卡，以及多种切换器、加上内建DMM的切换/量测子系统，如何在资料搜集或功能测试系统中扮演核心的角色，协助提高系统的弹性和降低系统成本。

《图一 典型的功能测试系统的方块图》

传统的测试系统设计方法

(图一)是一套典型测试系统的方块图，仪器系透过切换矩阵绕接到类比汇流排上，待测产品（DUT）的接脚则是透过另外的切换矩阵连接到同一个类比汇流排上。 （此一架构若要可行，其前提是DUT需具有某种内建的自我测试能力，可以测试DUT的某些部份，而不需要用上所有的激发条件，也不需要同时监看所有的反应。）高电流的负载和电源供应器会透过专属的通用型继电器连接到DUT上，还会使用夹接系统将DUT与测试系统连起来，仪器与切换两套系统都设计在同一个VXI或PXI的主机中。

这种结构会出现几个问题:

接线可能会很麻烦

此架构需要使用许多的接线将仪器与类比汇流排连接起来，还要再由切换矩阵连接到夹具上，且因切换器与仪器位在同一个地方，所以要进行维修可能不是那么容易。

扫描式量测更为困难

在资料搜集的应用中，透过DMM以及一连串的继电器来进行扫描时，会需要更多的程式码来控制，因为相较于结合了切换/量测功能的仪器，此架构会需要进行更复杂的触发，请参考(图二)。

《图二 》

没有太多可扩充的空间

不论继电器的密度有多高，对测试系统来说似乎永远都不够用，因此，光是切换器可能很快就会塞满VXI或PXI的主机，使得能够提供给新仪器使用的空间变得更少。讽刺的是，如果没有把卡槽箱塞满，将需要花费每个插槽350～500美元的成本才能保有日后增加仪器的弹性，但到头来可能也用不上。只是如果将它塞满了，当往后需要再加入一台仪器的时候，可能需要另外增加四个EIA单位，或更多的机架空间以及数千美元的花费，才能提供可以容纳该仪器所需的额外基础设备（如卡槽箱与电脑介面）。

成本高

VXI和PXI卡槽箱是专为处理高速、高准确度的仪器所设计的，因此使用卡槽箱的相关成本会比对等的机架层叠式（rack & stack）仪器高出许多。

互连用的缆线相当昂贵

在上文提到的范例系统中，仪器是透过一部昂贵的嵌入式PC，或是昂贵的FireWire、MXI-3或GPIB介面（每条线的每一端都需要一块介面卡）来控制的， GPIB缆线也是相当贵的东西。目前新的替代方法是使用USB或LAN，许多量测仪器厂商所提供之新仪器的标准配备现在都包含这些低价位的介面，所有的大型电子商店也都有贩售这些缆线，这就是在仪器I/O上采用电脑业界标准的好处。 (图三)所列为GPIB、USB、LAN、FireWire以及MXI-3接线的相对成本。

《图三 》

现代化的测试系统设计方法

那么，测试工程师到底该怎么做才好呢？是要选择一套高价位的单一尺寸全包式（one-size-fits-all）卡槽箱，还是要选择价位较低、但很容易就会占用掉机架空间的机架层叠式仪器呢？

解决之道就在于使用结合了高性能DMM、内建的类比量测汇流排，以及多种切换、DAC、数位I/O、计数及其它功能的切换/量测仪器（Switch/Measure Unit；SMU） ，然后再视需要加入机架层叠式、PXI或VXI仪器到系统中。内建的类比汇流排可以取代图一中切换模组卡拉出来的一大堆线，SMU可以提供许多的插卡空间，而不需占用很多的机架空间。有了特殊的专用背板以及整合式的电源供应器，则不需要付出很多高性能仪器的代价，就可以获得刚好够用的效能。(图四)是采用这种系统的方式所建构出来之系统的方块图,其中切换/量测子系统系做为中间的区块。

《图四 》

现代化的测试系统只会使用LAN或USB来进行I/O，其缆线比较便宜、比较轻、比较小，而且随处买得到。 LAN控制功能甚至可透过网页浏览器，从可上网的任何地点检视仪器的状态。使用LAN或USB的时候，因为采用的是区块传送的方式，因此不同的应用可能会有些微的速度缺陷。虽然如此，LAN的速度很快就会达到1Gbps的水准，而GPIB的速度最高却只能到8Mbps（不包括HS488这种更高效能的GPIB标准，且它至今尚未被广泛采用）。

图四是由各个子系统所组成之系统的方块图，虽然该系统完全是由机架层叠式仪器所组成，但依然可以做得相当精巧，如(图五)所示。所包含的子系统有：

结语

无法真正满足需求、又需要使用昂贵电脑I/O的高价仪器时代几乎已成过去，虽然VXI和PXI还是有其存在的价值，但其最佳的运用场合只限于那些仅以VXI或PXI型态提供的仪器，不过，VXI仍然是需要超高频道数之系统的绝佳选择。

若要将仪器间的相互依赖程度降到最低，就需要以个别的子系统来设计，包括：运算、电源、仪器与切换等。类比汇流排、D/A转换器、数位I/O以及其它的杂项功能，应该要与普遍使用的DMM一起放在切换子系统中。切换/量测仪器能够充分满足这样的需求，所得到的结果将会是一套弹性十足的可扩充系统，且能针对特定的应用以最有利的成本建构完成。

（作者任职于Agilent安捷伦科技）

延 伸 阅 读

近年来随着消费性电子产品走向多样化，生命周期缩短，价格、速度、灵活性，成为自动测试设备（Automated Test Equipment；ATE）生存竞争的首要课题。于工业控制及相关应用领域，价昂、封闭规格的专用控制系统则面临PC-Based测控解决方案开放、价廉与高效能的挑战。相关介绍请见「 智慧型PXI Switch Module 在自动化测控系统中的应用」一文。 线性度（linearity）与单调性（monotonicity）是许多产品（如D/A、A/D转换器以及DMM和感测器）的规格中常会出现的两个专有名词，但似乎也造成了很大的混淆与困惑。你可在「 剖析线性度与单调性 」一文中得到进一步的介绍。 1990年早期，PCI首次被引进至PC，它对于当时在PC上过多可用的I/O汇流排造成全面的影响，其影响范围涵盖如(图一)所显示的VESA本机汇流排、EISA、 ISA和「微通道」。在「 PCI Express架构探微」一文为你做了相关的评析。

市场动态

美商吉时利仪器推出7002-HD高密度双槽式切换开关主机及模组卡，价格降低近40％。 7002-HD可支援384个矩阵交叉点或320个多工通道，仅占用半机架2U高度，为量测工业提供了高密度的半架式2U切换开关套件。相关介绍请见「美商吉时利推出高密度的半架式切换开关系统」一文。 安捷伦科技（Agilent Technologies）发表了业界低价、高效能可取代VXI和PXI切换/量测平台等模组式量测系统的替代方案。 Agilent 34980A多功能切换/量测设备以低于其他同等级切换/量测平台40%的价位，提供完备的核心切换/量测功能作为VXI和PXI的替代方案。你可在「 安捷伦PXI和V​​XI切换/量测平台替代方案价位低、效能高」一文中得到进一步的介绍。 安捷伦科技推出用于Windows的半导体器件分析仪，把电容对电压测量（CV）及电流对电压测量（IV）整合到一台仪器中，使半导体测试工程师节约了时间，提高了生产效率。在「安捷伦科技推出整合CV和EV测量功能的半导体器件分析仪」一文为你做了相关的评析。