量測業界在2004年成立了LXI（LAN eXtensions for Instrumentation）聯盟，目的是要簡化測試系統整合的工作，以及降低測試系統設計與維護的相關成本。LXI標準係架構在高速乙太網路和IEEE 1588的促成技術上，藉由制訂一些準則和建議來確保不同廠商間的儀器可以相容互運。LXI充分利用了乙太網路產業發展出來的技術，相較於既有的點對點和卡槽箱式架構，能提供多項優點，以簡化系統整合與支援的工作、降低成本，以及提供新的使用模式和能力。

LXI聯盟已獲得量測產業中許多廠商的支援，所提出的規格善用了自動發現與定址、網路和資產管理，以及點對點通訊等技術，可以簡化系統整合的工作。LXI採統一的觸發模式並使用IEEE 1588標準，在許多的應用中，都能讓系統整合者以軟體觸發的方式取代接線，有助於簡化系統的組裝、消除困難度高的同步作業，並提供系統建構人員新的選項。LXI也是合成式儀器的理想平台，這種儀器的尺寸較小巧，當測試需求改變的時候，很容易重新配置，而且硬體和軟體之間也能相互獨立。最後，由於LXI採用普遍使用的乙太網路技術，不需要用到特殊的纜線、介面卡和主機，因此也可以降低成本。

LXI簡介

LXI聯盟是最近幾年來多項發展匯聚整合的結果。首先，根據一項研究結果顯示，量測產業已經可以接受採用LAN技術的儀器了，乙太網路的基礎建設已經非常普及，特別是與量測的標準比起來，網路設備的成本確實低廉許多，而且測試工程師也愈來愈習慣這項技術。其次，高速的LAN已無所不在，可以承載足以滿足量測需求的IO通訊管道。第三，IEEE 1588標準可以讓確定性的時序（deterministic timing）在網路上運行。第四個相關的因素則是合成式儀器的發展，這種儀器主要是由航太/國防產業所推動的，目的是要尋求更低的測試系統支援成本。

在LXI聯盟成立之前，量測產業均仰賴特殊的點對點I/O，如GPIB和MXI，或是卡槽箱式的背板架構，如VXI和PXI。這些都是量測產業自行發展出來的，完全沒有應用電腦業界開發出的工程技術，因此依循的是相當簡單的使用模式，且需仰賴昂貴的介面卡、纜線和主機。LXI聯盟認為，既然每天從事乙太網路技術研發的工程師總數比整個量測產業的工程師人數還要多，何不運用這些已經發展得很完善的技術，直接擁有與電腦和周邊裝置一樣先進的點對點通訊及網路管理能力。乙太網路既普及又便宜，也不需要使用任何特殊的介面卡，因為目前大部分新的電腦都已經內建LAN介面了。乙太網路也可以支援任何一種媒介，例如銅導線、光纖玻璃與無線傳輸等，且其頻寬是對稱的，因此不需要像使用USB一樣，考慮裝置是主控端或是受控端。

客戶對早期推出、可支援乙太網路的儀器接受度相當高，但是大部分先前推出的產品因延遲時間的不確定性、速度以及非確定的時序等因素的限制，僅能做為配角而已。LXI採用IEEE 1588和Gigabit乙太網路等技術，將乙太網路提升為測試系統與設備架構的核心角色。100 base-T和Gigabit乙太網路的普及為大部分實際的測試系統打通了速度上的瓶頸，而IEEE 1588則可以為乙太網路提供確定性的時序，能達到量測業界要求的嚴苛同步標準。

LXI聯盟

隨著LAN演進為可以取代GPIB和MXI，幾家量測公司也開始使用LAN或考慮使用LAN做為主要的互連技術。然而如果讓每家公司各自設計自己的乙太網路機制的話，要讓不同廠商做出來的儀器相容互通的機率可能相當低，最佳的狀況是可能會有很多人打電話進來，塞爆技術支援專線，但更可能發生的狀況是，不良的使用經驗會阻礙測試產業繼續使用乙太網路做為重要的介面標準。若真要轉移為乙太網路，必須透過產業聯盟的努力才可能成功，也就是需要一個獨立的產業組織，致力於確保互通性和推廣標準的採用。有鑑於此，才提出並共同成立了LXI聯盟，此聯盟的第一優先任務是提出一套一致的乙太網路實作建議，以確保各產品能相容互通。LXI聯盟體認到如果無法大幅簡化系統整合者的工作、降低成本以及提高生產力的話，這個聯盟可能也不會成功，同時LXI聯盟也認為必須充分運用既有的商用技術，而不是重新設計一些獨特的技術，以免重蹈覆轍，因此，LXI標準實際上是提供如何應用既有的開放式工業標準的建議。

LXI聯盟的主要目標是設計和採用以LAN為基礎的規格，以確保不同供應商做出來的儀器能相容互通。在成立後的第一年內，LXI聯盟舉行過五次全員出席的會議、兩次相容性測試大會（plug-fest），以及無數次的工作小組會議，另外也在2005年11月舉行了第三次的相容性測試大會與開放會議。目前LXI聯盟有40個會員，代表了量測產業所有主要的廠商，也有許多使用者和系統整合者參與。每一次的全員出席會議都有獨立的系統整合者或潛在使用者的專題場次，以討論其測試環境以及他們喜歡與不喜歡LXI的地方。而在LXI聯盟宣佈成立的12個月後，也就是2005年9月26日，發表了第一版的LXI規格Release 1.0。

LXI觸發

LXI儀器提供了三種功能類別的定義，分別標定為類別 A、B和C，其差異點在於觸發的能力。類別C是基礎的類別，不具有以時間為基準的觸發能力，而LXI類別A和類別B的儀器則採用IEEE 1588標準，可以讓測試系統中的不同設備獨立自主地執行複雜的事件序列，完全不需系統控制器的介入。類別B將IEEE 1588加入基礎的類別中，而類別A則除了IEEE 1588之外，還多加了一個8通道的LVDS高速觸發匯流排。

LXI規格的主要特色是採用統一的觸發模式和API，它會一視同仁地看待所有的觸發源。在LAN觸發與硬體觸發間定義出完全相同的程序呼叫方式，可以讓程式設計人員使用單一套API呼叫功能，並切換不同的觸發類型。舉例來說，如果使用一個名為Arb的驅動程式來設定一部任意波形產生器，當程式設計人員想要使用LXI觸發匯流排的第二號線做為觸發信號的來源時，這一行程式的寫法為：

Arb.Trigger.Source＝“LXI2”

如果想要切換為使用相同的ID，但透過LAN來觸發的話，只要將命令改為：

Arb.Trigger.Source = “LAN2”

如此便可以了。LXI的規格建議LXI儀器應該要能透過任何可用的方法，觸發執行任何可進行的動作，不過，這樣的建議並非所有的狀況下都是實際可行的。如果某項量測可以透過傳統的硬體觸發線來觸發的話，那麼它應該也能透過LAN、LXI觸發匯流排或該儀器支援的任何其它觸發輸入方式來進行觸發。測試開發人員可以設定該儀器接受合適的觸發源，並將觸發源繞接到想要執行的動作上。

依循IEEE 1588同步標準的時間觸發API可以讓程式設計人員指定一個動作，並設定一個鬧鐘，在任何指定的時間到了的時候執行該動作，如此一來，程式設計人員和系統整合人員就能以近乎完美的一致程度，執行各種複雜的測試序列。舉例來說，可以設定數位轉換器（digitizer）在指定的時間開始執行量測，並在1秒鐘後停止量測，然後等待100msec，之後再開始執行其它量測，工程師可以設定同一測試系統中的接收器在數位轉換器暫停等待的100msec期間，改變其頻率。透過IEEE 1588提供的時鐘同步能力，這些動作都可以用近乎完美的時序來執行，而且儀器或控制器之間只要透過LAN來連接就可以了。

需要瞭解的一點是，如果系統內所有的時鐘都相互同步的話，採用以時間為基準（time-based）的觸發方式就沒有所謂的時間延遲（latency）了。雖然如此，在真實的世界中，時鐘同步無法做到完美，時鐘的準確度只能達到50～100nsec而已，因此會導致一種新的觸發不確定度產生，也就是抖動。當IEEE 1588的時鐘同步演算法調整系統的時鐘時，會帶來一些不確定度而遮蓋掉所有time-based觸發的精確度。工程師必須要瞭解延遲與抖動之間的差異，並使用最適合其應用的觸發類型。

有些應用對觸發抖動較不敏感，或是覺得觸發抖動的問題比延遲來得小。舉雷達測試範圍的例子來說，儀器之間的距離可能相當遠，但不論儀器之間相隔多遠，IEEE 1588時鐘同步演算法都會將所有的系統時鐘對準。硬體觸發延遲大約為每英呎1nsec，如果儀器距離很遠的話，那麼以時間為基準的觸發抖動就會比硬體信號的延遲來得小。對某些應用而言，這有可能成為關鍵的促成技術。

IEEE帶來的time-based觸發並非所有測試應用的萬靈丹，這也是還需要尋求其它觸發機制的動機。以時間為基準的觸發必須要事先排定儀器的動作，但這一點不一定都切合實際，舉例來說，以時間為基準的觸發無法用來反應非同步的事件，而且對UUT引發的觸發事件來說，也不是很好的選擇。

LXI支援LAN-based的觸發，其運作方式是透過纜線送出一個電子信號，很像是傳統的硬體觸發方式。當接收裝置收到該信號的時候，就會執行一個事先決定好的動作。在許多的應用中，透過LAN進行觸發可以免除雜亂的觸發接線，能簡化系統整合及設備升級的作業。透過LAN進行觸發可以超越傳統的硬體觸發，因為它可以攜帶時間戳記資訊，而硬體觸發則不能。LXI儀器會依據經過同步的系統時鐘來提供時間戳記，可以提供系統整合人員事件何時發生的時間記錄，或當有多個事件發生時，用以協調各項工作的進行。在實用的層級上，這樣的機制可以實做出一些重要的觸發模式，例如循環式資料擷取緩衝區，在此情況下，可以設定LXI儀器到一個循環式緩衝區內擷取資料，就像邏輯分析儀一樣。當LAN觸發事件到達的時候，數位轉換器就可以利用含在觸發事件中的時間戳記，回到過去的時間來擷取觸發信號收到之前就已經發生的事件。這種觸發方法在過去大部分的儀器中都不可能辦到。

IEEE 1588：關鍵的促成技術

與測試系統整合人員討論的結果讓LXI成員更加確信：IEEE 1588提供之同步與時間戳記機制可以簡化整合人員的工作。過去，整合人員需利用自行開發的程式碼，透過程式來補償系統硬體的延遲，但是每當硬體被換掉或纜線長度有變動的時候，原先的程式碼就不再合用，需要付出高昂的除錯和重新設計成本。隨著整合人員對IEEE 1588的熟悉度愈來愈高，相信市場的需求自然會使它成為量測產業的主力標準。在許多的應用中，系統設計人員已不需要再針對觸發纜線的延遲進行校準和修正，而且整合人員也可以任意地更換儀器，脆弱的測試程式再也不會因時序特性而無法執行。

IEEE 1588將時間的概念帶到網路中，提供了可以橫跨分散式節點協調各自動作的機制。不過，IEEE 1588只定義如何將網路上的各個時鐘加以同步，卻沒有提到應該如何應用這種同步機制，LXI則進一步將IEEE 1588的基礎加以延伸，定義了在測試環境中該如何加以運用的問題。LXI聯盟制訂了透過LAN進行和以時間為基準的觸發功能，並設計出細部的API，清楚地描述要如何運用以時間為基準的觸發。統一的LXI觸發模式可以讓測試程式設計人員切換使用不同的硬體、軟體、以及由時間引發的各種觸發，並藉由減少硬體與接線的工作，簡化系統整合的作業。

LXI的點對點通訊

IEEE 1588加上LXI的規格可進行點對點或模組對模組的通訊。在LXI出現之前，大部分的量測系統都是仰賴使用中央控制器的主從式架構，在此架構下，除了有一些基本的觸發線之外（僅能用來傳遞觸發信號緣而已），就沒有其它儀器對儀器之間的通訊了，每一部儀器都需直接與控制器進行通訊，再由控制器將命令送到其它儀器上。雖然這樣的架構在產業中已成功地運作了很多年，但卻無法充分利用分散式運算架構的優點。含有高頻道數的系統或是以控制器為主的量測應用很容易造成中央控制器極大的負擔，形成處理速度的瓶頸，使得高頻寬的IO發揮不了作用，並將可以實現的效能降到低於預期的水準。透過LXI，儀器可以直接與其它儀器進行通訊，不需要透過控制器，如此一來，就可以簡化諸如激發-響應量測等應用。當收到來自系統內的一部或多部其它儀器的觸發訊息時，LXI可以讓系統設計人員命令系統下載可執行的程式碼，控制器不必再處理控制訊息後，可以更專心處理資料，如此一來，系統管理的作業變少了，系統的反應就會變得更快速。

LXI透過IEEE 1588進行點對點通訊最有意思的部份或許是可以將測試軟體和系統硬體分開。每一部LXI儀器都會知道自己的反應時間，表示說LXI儀器可以事先將自己設定好以執行命令或程式，然後再等待觸發事件。一部儀器可以透過群播（multicast）的方式送出命令，不需要先知道有哪些儀器正在聆聽，同樣地，一部儀器也可以在不知道是誰送出命令的情況下，聆聽網路上傳來的命令，並將所有無關的命令濾除掉，只處理自己需要處理的命令。控制器和測試軟體不需要知道任何有關儀器執行時間的資訊，也不需要內建任何事件發生前的設定或延遲時間。如此一來，就可以建構出一套可讓各個儀器獨立運作，不需仰賴控制器處理的系統，也可以讓系統設計和支援人員視需要更換儀器，而不必修改任何測試程式。將測試程式與賴以執行的硬體分離開來的結果就是測試程式更容易移轉使用。

LAN和IEEE 1588在量測上的應用

系統整合者發現IEEE 1588可以帶來多項優點，有些很明顯，很容易想得到，例如可以克服很遠的距離進行同步，天線測試範圍的應用就是一例。有些優點則比較無法直接想得到，例如，在許多應用中都可以不必再使用實體的觸發纜線，或是不必再校準和修正多條觸發纜線的延遲等。這些都可以簡化程式設計人員的工作，並且讓軟體的維護工作變得更容易，因為更換硬體絲毫不會造成測試程式無法執行。在典型的測試系統中，軟體的開發和維護成本往往會遠高於硬體購置的成本。

IEEE 1588加上LAN的觸發能力可以取代一些觸發纜線，但也無法完全取代，能否取代纜線需取決於測試系統的速度要求，這一點往往是由待測品來決定的。有些測試系統（如量測溫度、壓力、或機械刺激等物理的資料蒐集應用）需要毫秒或微秒的解析度，還在目前的IEEE 1588所能應付的範圍內。但在RF的應用（如高速雷達）和一些無線通訊的應用，以及示波器與邏輯分析儀的觸發中，常常會出現時間極為關鍵的應用，需要奈秒和次奈秒級的解析度，是目前的IEEE 1588無法提供的。其它含快速非同步事件或由DUT引發的觸發也不太適合使用IEEE 1588的觸發機制，諸如這些應用正是需要進一步提升IEEE 1588的速度和解析度的動機。

使用IEEE 1588來提供時間戳記可讓儀器供應商和系統整合者利用循環式緩衝區技術，藉由回到過去的時間，來搜尋是否有合乎觸發條件的事件。這種技術在邏輯分析儀和示波器中已經使用了很多年，而IEEE 1588則讓許多其它的儀器和系統也可以運用這項技術。能夠自動為資料加上時間戳記意味著控制器和應用軟體不需要再追蹤資料是什麼時候擷取到的，可以簡化開發大型測試系統時最乏味、也最脆弱的其中一個部份。許多航太用的系統常常會有數百條或數千條控制和資料線，當中有許多都可以透過將時間分散到測試系統的各個部份而免除掉，如此一來，就可以簡化纜線架接和儀器到UUT之間的介面需求、縮短重新配置所需的時間、以及消除測試程式組（一般稱為TPS）中一些比較脆弱的部份。想像為一具噴射機引擎架設儀器，需要用到數千個感應器來監測複雜的激發和響應頻道，或試想一個需要在機身上放置數千個應變規（strain gage）的模態分析系統，在這樣的應用中，嚴謹的時序相互關聯對於維持鄰近點的相位關係非常重要。運用時間戳記與平行執行的能力，資料的解譯與錯誤的建構會變得容易許多，而且測試的執行速度會比較快，許多困難的頻道同步工作也會變得相當簡單。

長久以來，量測都是仰賴普遍使用的10MHz高精確參考時脈來協調各個儀器，特別是需要進行非常嚴格的時序同步的激發-響應量測。雖然IEEE 1588目前還無法提供這種應用所需的穩定度，但未來肯定有機會可以提供。同樣地，在電信的應用中，已經開始看見IEEE 1588的同步能力出現在基礎架構的設備中，用以取代或是傳遞GPS的時序。未來，預期測試儀器會需要這種時序參考機制來進行複雜的解調或到處存在著延遲的量測，或是監測和最佳化行動通訊基礎設備中使用之寬頻線性放大器上的數位預失真（predistortion）演算法。

LXI的網頁介面和乙太網路連線能力可支援分散得很遠的應用，其中一項最吸引人的特色是能夠在需要的地方由遠端的專家進行遙控。舉例來說，位在芬蘭Salo的工程師可以與位在中國的同事一起合作，檢視同一個儀器畫面以找出問題所在，或是不需要離開家裡，也可以監測某個執行程序。當一家公司在不同的地點有不同的專家，需要將其各自的專業匯集起來的時候，這樣的能力相當有幫助。

最後，如前面所述，LXI的點對點通訊模式可以將測試程式與賴以執行的硬體資產分開來，讓測試設計人員和系統支援工程師需要將一部新儀器加入系統中的時候，不需要再進行冗長乏味且成本又高的軟體修改工作，這對於航太/國防等產業來說具有極大的優點，因為這些產業的系統使用期限往往長達數十年，其間，必須汰換一些硬體資產。

結語

為了簡化測試整合的工作以及降低測試系統的成本，量測業界於2004年成立LXI聯盟，負責訂定準則與建議，推動一致且能相容互通的乙太網路實做標準。目前，有好幾家測試儀器製造商（包括安捷倫科技、VXI Technologies、Pickering Interfaces及Elgar Electronics）都已經陸續推出LXI產品，還有許多其它的廠商也正在積極地發展LXI產品。符合LXI標準的產品也於2005年11月29日舉行的LXI plugfest相容性測試大會之後陸續發表。LXI可提供更高的能力，讓測試設計人員充分運用乙太網路產業已經發展出來的頂尖技術。

IEEE 1588是LXI的核心促成技術，可提供以網路為中心的低成本時基（time base）。LXI是一套建構在IEEE 1588規格上的標準，提出了如何在不同的量測狀況下應用該規格的定義，對測試系統的設計來說極具價值。雖然目前IEEE 1588的速度和解析度還不足以因應最嚴格的測試應用之需，但還是能滿足許多應用的需求，且日後肯定能提供更多令人期待的可能性。

（作者為LXI聯盟主席）

延 伸 閱 讀	量測領域中的革新一方面是電腦在測試自動化的應用使得量測不斷向模組化方向發展的過程，另一方面則是網絡技術為基於電腦的量測自動化系統結構帶來的變革，這種變革是在電腦技術上的進一步延伸。 相關介紹請見「 網路量測成為當今量測系統的主流」一文。 虛擬儀器是利用最新的電腦技術來實現和擴展傳統儀器的功能。它可以利用互聯網傳輸資料實現遠距離測量計算分析，利用互聯網的強大功能和無線技術的發展實現遠距離控制儀器設備。你可在「 虛擬儀器的前景及未來」一文中得到進一步的介紹。 量測是產品製造上市的重要環節，提升量測效率更是縮短上市時程的關鍵之一。透過軟體與PC的及結合，可建構出低成本、高彈性的儀控系統，工程師可進行無需撰寫程式互動式測量，並能進階應用強有力的程式以及廣泛的嵌入應用物件，有效率地完成測試、測量、設計與控制系統的開發。在「 自動化量測技術專欄」一文為你做了相關的評析。

市場動態

依海關進出口統計顯示，我國2001年上半年儀器產業之進口值較去年同期相比減少167億台幣，出口卻較去年同期增加16億台幣。其中電子量測儀器之進口值較去年同期大幅滅少135億美元，出口金額增加2億7仟萬台幣。你可參考 「電子量測儀器產業回顧與市場展望」一文。 全球半導體測試設備領導廠商─安捷倫科技，慶祝全球第二千台半導體參數量測儀器銷售予其長久合作夥伴─聯華電子。 在公元二千年銷售全球第二千台參數量測儀器，除了肯定安捷倫科技在半導體參數量測上的貢獻, 更進一步確立其為工業標準的領導地位。你可在「 安捷倫科技慶祝在台銷售全球第二千台半導體參數量測儀器」一文中得到進一步的介紹。 致茂、德律兩家量測儀器廠，在時序逐漸進入第三季，屬量測儀器發貨旺季下，客戶下單量已見成長趨勢，尤以4月業績急跌，處於單月虧損的德律，法人推估5月有機會轉虧為盈，致茂則在LCD驅動檢測儀出貨量上升，第二季財報獲利可望出現三級跳。 在「量測儀器雙雄業績競走」一文為你做了相關的評析。