目前科技產業對測試的需求越來越大。隨著創新的腳步加快，將新產品推進市場的壓力也與日俱增。消費者的期待不斷地提高；舉例來說，在電子產品市場中，必須以低成本將多種獨立的功能整合在一個小巧的電子產品中。在過去三年裡，經濟走下坡並未減少對創新的需求，只對更少的資源加添更多的限制。現在滿足這些需求已經成為企業成功的因素之一；任何人若能最迅速、最完整，而且最可靠地滿足這些需求，就可以在競爭中獲得絕對的優勢。

這樣的環境推動了對驗證及製造測試的新需求。能夠趕上創新腳步的測試平台已經不是選擇性的配備；而是必要配備。這個平台必須包括具有足夠彈性的快速測試開發工具，在整個產品開發流程中都能使用。為了讓產品迅速量產，並以有效率的方式進行製造，需要高處理量的測試。要測試消費者所要求的複合功能產品，需要精確、同步的量測功能。而且當你加入新功能更新自己的產品時，你的測試系統必須迅速進行調整，以處理新的量測需求。

虛擬儀控是這些創新挑戰的解決方案。虛擬儀控結合了快速開發軟體及具彈性的模組化硬體，可以建立由使用者定義的測試系統。虛擬儀控可提供您以下功能：

快速的測試開發軟體

由於自動化已經漸漸成為迅速測試複雜產品的要求之一，因此軟體在所有的測試系統中都成為一項基本要素：──從設計驗證，到高度自動化的製造測試皆然。為了迅速推出能夠配合測試新功能的測試系統，需要一組整合的測試開發工具。如圖一所示，這些工具包括測試管理、測試開發，以及I/O驅動程式。

《圖一　新一代測試軟體技術完整架構》

測試管理軟體提供高度自動化測試系統架構，包括排序、分支／迴路、產生報告，以及資料庫整合。測試管理工具也必須密切整合應用測試程式，以建立完善的測試開發環境。National Instruments TestStand是業界頂尖的測試管理環境，它能夠連結所有常見的測試開發環境，而且可以自由地將資料在這些環境中傳送，以建立完全整合的系統。TestStand的技術如圖二所示。由於測試管理環境的許多需求會因應用環境不同而改變，因此它是一個有彈性的架構──舉例來說，操作界面、報表格式以及執行模型都可以自行設定，以配合個別應用的需要。

《圖二　TestStand測試管理技術》

就許多自動化測試應用而言，因為有大量的感測器及量測通道，因此需要一個矩陣切換器，將I/O連接至接受測試的設備（(device under test； , DUT）)。隨著設備的複雜性增加，這些系統的通道數亦隨之增加。為了有效管理大量的路由切換，以及迅速改變以配合新的產品設計，切換器的管理軟體便顯得非常重要。

「NI Switch Executive」是業界惟一的商用交換切換器的管理環境，提供一個環境作為設定及記錄自動化測試系統中的路由切換。Switch Executive與NI TestStand的連結能力極佳，因此路由切換可以連接於某個特別的測試步驟，讓使用者可以在測試系統中實現所謂的「連結、測試和斷線」模組化測試架構。

測試開發環境是滿足快速測試運用需求中最重要的元件。這個環境必須提供迅速開發測試所需之「程式碼」或程序的工具。在過去幾年間，有一項協助更快速開發的重要軟體技術出現，就是圖形化程式設計。圖形化程式設計使用「圖示」或符號函數，以圖形的方式呈現即將執行的動作。這些符號透過「接線」來連接，接線負責傳送資料及判斷執行次序。

由於測試程序可以用觀察的方式來觀看，而不需要閱讀程式碼，因此能夠加快測試整體的開發及強化速度。NI LabVIEW是業界最常用、功能最完整的圖性化開發環境，其中LabVIEW的階層式資料流語言更是讓不同測試軟體可以重複使用同樣的原始碼，達到減少開發時間的效果。

I/O驅動程式軟體雖然經常被忽略，它卻是迅速測試開發策略中最重要的元件之一。這個軟體提供測試開發軟體和負責量測及控制硬體之間的連接功能。它包括儀器驅動程式、組態設定工具，以及可迅速開發程式的「I/O小幫手」。

儀器驅動程式提供一組人類能夠閱讀的高階函數，用來與儀器溝通。每一個儀器驅動程式都是針對某個機型的儀器特別設計，做為其獨特功能的界面。儀器驅動程式最重要的是與測試開發環境的整合，如此一來，儀器的指令即為測試開發中完整程序的一部份。做為一名測試開發人員，你需要針對你所使用的開發環境進行最佳化的儀器驅動程式界面。舉例來說，NI的網站: ni.com的Instrument Driver Network中即提供四千多種不同儀器的驅動程式，可以和LabVIEW, C, C++以及Visual Basic溝通。

組態設定工具（例如NI Measurement 及 Automation Explorer）中包括用於設定及測試I/O的工具，並能儲存比例（(Scaling）)、校正和設定通道別名資料。這些工具對於迅速進行第一次量測，以及對測試系統進行故障排除和維護而言，都是十分重要的。

「I/O小幫手」是一種互動式工具，可以非常迅速地建立量測或模擬應用程式。這方面的例子包括LabVIEW 7 Express中的「I/O小幫手」及「DAQ小幫手」。DAQ小幫手（圖三）為使用者提供一個面板，用以設定常見的資料擷取參數，而不需要撰寫程式。將容易使用的「小幫手」及強大的程式設計環境結合起來，是提供快速開發能力及滿足應用需求時不可或缺的組合。

《圖三　DAQ小幫手提供一個互動式工具，可以在LabVIEW中迅速設定資料擷取作業》

模組化I/O

測試的第二項重要技術是模組化I/O，其中包括模組化儀器及資料擷取等技術。這種量測硬體是一塊電路板，可以插到PC或PXI底架上。模組化I/O仰賴商用晶片技術，才能夠以低價位建立高效能的虛擬儀控系統。被廣泛採用的商用技術（例如ADC、DAC、FGPA以及DSP）大量出現，所以模組化I/O的功能及效能亦迅速成長。(圖四)顯示以頻率（它們可以把訊號數位化的速度）和位元（數位化的準確度）為軸所顯示的模組化數位器的目前效能。在許多情況下，虛擬儀器的準確度已經超過傳統儀器的準確度。

《圖四　虛擬儀控的量測能力已超越傳統儀器》

由於模組化I/O使用匯流排及處理器技術，因此可以進行高速量測，以及將大量資料傳送給PC記憶體。舉例來說，PCI匯流排的資料流通率可以達到132 MB/s ------，比用於連接大部份傳統儀器的GPIB匯流排快了一百倍以上。在虛擬儀控系統中，使用速度達GHz的PC處理器，透過軟體分析資料及進行量測，其結果較完全採用傳統儀器（其中包括內建的廠商自訂韌體及應用專用的處理器）的測試系統快了十倍至一百倍。

在許多系統中，多測試項目是一個量測瓶頸，因此必須使用多部儀器，才能滿足資料流動量的需求；日漸緊縮的預算使得這種昂貴又複雜的解決方法受到限制。但是，使用PXI模組I/O的系統可以用100 MB/s以上的速度不斷地將數位器資料送給PC，或是每秒取得高達3000 5 1/2 位數的DMM量測。今天對於大量測試的需求更使得這種高資料流通率及節省成本成為保持競爭力的必要條件。

使用PC為基礎的測試平台

時至今日，所有的現代測試系統中都包含一台PC。但是漸漸地，PC不只是測試系統的一部份，而是基本的整合平台－－也就是測試系統的中心。速度以GHz計的處理器、高速匯流排、眾多可用的軟體、不斷提升的效能、以及極低的價格，使得PC成為理想的測試平台。就以過去二十年間PC的效能演進歷史（圖五）為例：在測試系統的其它元件中，在效能上惟一經歷過這種大幅度成長的，或許就是DUT本身。

《圖五　PC平台的效能在過去二十年間提高了10000倍以上》

虛擬儀控採用PC及其相關技術，提供測試應用系統更佳的效能。在虛擬儀控的系統中，當你升級PC時，整個測試系統都可以獲益於更快速的處理器、記憶體及週邊。

PXI（ (CompactPCI eXtensions for Instrumentation))是模組化I/O的一項標準，它是以PC技術為基礎。PXI為以PC為基礎的技術加入整合時脈控制及同步化、工業級的堅固結構，以及更多的通道數。PXI是一項多廠商的標準，獲得65六十五家以上的廠商支援。

PXI提供的時脈控制及同步化技術是測試的另外一項必要技術。利用這些功能，多部模組化I/O設備可以正確地同步化，以獲得大幅改善的準確度和資料流量。一部PXI骨幹包括共享的觸發器、一個共享的低偏斜（(low-skew))時鐘，以及一組低偏斜星狀觸發器（(star-trigger))線路，如(圖六)所示。

《圖六　PX平台包括供計時及同步化使用的專用資源。》

時脈控制和同步化功能是如何增進測試系統產出效能的呢？我們以使用DMM和切換器來掃描一組直流量測為例來說明。掃描切換器和DMM的特色之一就是能在測試多個測試點的同時還能進行連結溝通，比方說，DMM會從切換器接收一個數位脈衝（「掃描器已前進」）、執行量測，然後再產生一個數位脈衝（「量測完成」）。當切換器收到「量測完成」訊號，它就會依掃描清單前進到下一個待測元件。

待切換器模組的繼電器就定位，切換器就會再次送出「掃描器已前進」的脈衝，觸發DMM進行下一個測試，這樣子週而復始。整個程序會不斷的重複，直到完成掃描清單上所有的項次，此時連結溝通的訊號會直接送過PXI觸發匯流排。利用這樣的方式，以PXI技術為基礎的交換器／DMM系統可比用軟體控制的方式節省下一半以上的測試時間。

虛擬儀控正當紅

已經有數千家公司成功地將虛擬儀控納入其設計實驗室及製造廠中，證明以上所討論的增加效能、彈性以及生產力。以下的每一個例子都說明這些技術對於那些已經明白如何令測試成為策略優勢的公司而言有多麼重要。

Lexmark提高墨水匣測試的正確度

Lexmark是全球知名的列印產品開發及製造廠商，出產包括噴墨印表機、雷射印表機、還有相關的產品。為了滿足他們對於高流通量及低量測試的需求，Lexmark採用PC為架構的測試解決方案，並選擇使用NI的LabVIEW及模組化儀器。

Lexmark得以隨著需求的變動而擴大其測試方案。1997年時，系統使用一部8位元、20 MS/s數位示波器（NI PCI-5102）及LabVIEW 4.1。但是當噴墨印表機列噴頭的技術改變時，Lexmark對於速度和解析度的要求亦隨之提高。今天的製造系統使用LabVIEW 7 Express以及一部PXI系統，內含最新的14位元、100 MS/s數位示波器（(NI PXI-5122))及100 MHz數位波形產生器／分析器(NI PXI-6552)。在提高測試系統效能的同時，Lexmark已經使用最新的量測技術來降低設備的成本。最重要的是，透過使用軟體的虛擬儀控架構，他們可以隨著需求的變動而升級系統，軟體只需要極少的更改。

美國空軍使用虛擬儀控提高戰備力

在2002年時，ManTech Test Systems獲得一筆數百萬美元的合約，進行LANTIRN系統的測試設備的開發、生產及支援。LANTIRN（夜間紅外線瞄準及低空導航）是美國空軍先進戰鬥機使用的系統，包括F-15E鷹式戰鬥機以及F-16C/D戰隼戰鬥機。LANTIRN顯著地提升這些飛機的戰鬥效能，讓它們能夠在低空、在夜間，以及在惡劣天候下使用多種精確導引及無導引武器攻擊地面目標。

最初的LANTIRN測試系統可回溯至1980年代晚期，使用MicroVAX電腦配合獨立儀器使用。該系統不僅龐大，需要七個完整的機架空間，而且由於測試系統元件漸漸被淘汰，美國空軍也面臨許多穩定性及維護的問題。

ManTech使用PXI及NI模組儀器，以現有的商用技術使測試系統的體積縮小一半以上，同時也符合軍方對於作戰及非作戰環境下的要求。

降低3G手機的製造測試成本

Xin Wei Co. LTD是一家中國的電信公司，率先合作開發SCDMA標準。SCDMA協定是TD-SCDMA（中國開發的3G協定）的基礎之一。Xin Wei的SCDMA使用1.8 GHz頻寬操作，並為小城市提供低價位的無線存取及訊息服務。

和Xin Wei Co. Ltd合作，VI Services（NI Alliance Partner之一）成功地使用PXI-5660 RF訊號分析器、LabVIEW，以及VI Services的Wireless Test Toolset開發出一個SCDMA行動電話線上測試站。在每一道行動電話生產線上，Xin Wei將採用獨立之通訊測試組的測試系統更換為以虛擬儀控為基礎的新款測試站。同時，每一道生產線的測試工作量幾乎加倍，因此選擇虛擬儀控後，整體效能幾乎提高四倍。

由於系統使用軟體來進行訊號分析，因此當新的行動通訊標準出現時，即可加以更新，而不需要購買額外的測試設備。

---本文由NI美商國家儀器提供---