電子測(cè)量技術(shù)與儀器

電子測(cè)量技術(shù)論文

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學(xué) 號(hào)： 電子測(cè)量?jī)x器的現(xiàn)狀與發(fā)展

2010年 12月25日

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電子測(cè)量?jī)x器的現(xiàn)狀與發(fā)展

摘要：近年來(lái)，以信息技術(shù)為代表的新技術(shù)促進(jìn)了電子行業(yè)的飛速增長(zhǎng)，也極大地推動(dòng)了測(cè)試測(cè)量?jī)x器和設(shè)備的快速發(fā)展。鑒于中國(guó)在全球制造鏈和設(shè)計(jì)鏈的重要地位，使得這里成為全球各大儀器廠商逐鹿的大戰(zhàn)場(chǎng)，同時(shí)，也帶動(dòng)了中國(guó)本土測(cè)試測(cè)量?jī)x器研發(fā)與測(cè)試技術(shù)應(yīng)用的迅速發(fā)展。

專家爭(zhēng)鳴：中國(guó)應(yīng)用測(cè)試技術(shù)方面面臨的主要挑戰(zhàn)

如今，電子技術(shù)發(fā)展的速度幾乎是讓人目不暇給。從SoC到SIP，從DSL到WiMAX，人們幾乎每天都在不停地接受新概念；3G的問(wèn)題還未完全解決，人們已經(jīng)開(kāi)始討論B3G的部署，圍繞4G的各種技術(shù)已成為研究的新熱點(diǎn)。那么，技術(shù)發(fā)展如此之快，測(cè)試技術(shù)能否跟得上應(yīng)用的發(fā)展？中國(guó)的研發(fā)人員和測(cè)試工程師又面臨著什么樣的技術(shù)挑戰(zhàn)？

來(lái)自Agilent和NI的專家們幾乎都一致地認(rèn)為：中國(guó)工程師與美國(guó)乃至世界各地的工程師面臨著相同的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)一方面是待測(cè)產(chǎn)品的功能越來(lái)越多，測(cè)試的要求也越來(lái)越高，另一方面，留給測(cè)試的時(shí)間卻越來(lái)越少，因?yàn)楫a(chǎn)品要以最快的速度上市，從而形成了前所未有的測(cè)試效率方面的壓力。工程師面對(duì)著各種選擇，他們既需要一個(gè)具 2

有很好的靈活性和兼容性、擴(kuò)展性強(qiáng)，同時(shí)又很可靠穩(wěn)定的自動(dòng)測(cè)試測(cè)量平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)不但可以滿足現(xiàn)有的需求，而且能很方便地進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)，以符合今后越來(lái)越具有挑戰(zhàn)性的需求，此外，還要求這種自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)具有較長(zhǎng)的使用壽命和較低的建構(gòu)成本。

然而，國(guó)內(nèi)的專家并非都認(rèn)可上述觀點(diǎn)。來(lái)自賽寶計(jì)量檢測(cè)中心的技術(shù)專家王勇，就不認(rèn)同上述觀點(diǎn)的絕對(duì)性(憑借著他本人的豐富經(jīng)驗(yàn)，以及對(duì)南中國(guó)地區(qū)眾多用戶的了解，其觀點(diǎn)具有一定的代表性)。他認(rèn)為，雖然上述的自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)具有效率高等不少優(yōu)點(diǎn)，但至少這種測(cè)試平臺(tái)相對(duì)于中國(guó)的國(guó)情來(lái)說(shuō)，還存在著一系列的問(wèn)題，包括可靠性、可維性和可操作性差以及成本過(guò)高等問(wèn)題。

實(shí)際上理解這一點(diǎn)并不難，因?yàn)樵谶@種復(fù)雜的自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)中，可靠性模型全部是串聯(lián)架構(gòu)，還要加上配套軟件的可靠性損失問(wèn)題�！霸谥袊�(guó)，分離設(shè)備基于易操作和低成本的優(yōu)勢(shì)，在相當(dāng)時(shí)間內(nèi)還將承擔(dān)主要角色，”他表示。另外，他認(rèn)為，技術(shù)的發(fā)展和測(cè)試技術(shù)的發(fā)展基本上是同步的，存在測(cè)試問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)是無(wú)法發(fā)布的。一旦標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，就不會(huì)存在測(cè)試方面的問(wèn)題�！岸�中國(guó)的工程師真正面臨的問(wèn)題在于如何選擇與應(yīng)用相適應(yīng)的儀器設(shè)備以及如何使用儀器以及如何有效利用儀器的延伸性能，從而使設(shè)備的效能得到真正發(fā)揮，”他指出，而目前的情況是，許多單位購(gòu)買(mǎi)了大量的高檔儀器，而對(duì)儀器的應(yīng)用 3

開(kāi)發(fā)卻處于非常低級(jí)的階段。造成這種現(xiàn)象的原因，當(dāng)然與國(guó)內(nèi)的管理水平低有關(guān)，但工程師的盲目追高，也是其中的一個(gè)主要因素。

關(guān)于相同的問(wèn)題，泰克公司中國(guó)區(qū)市場(chǎng)總經(jīng)理張權(quán)則認(rèn)為：工程師真正面臨的挑戰(zhàn)體現(xiàn)在采用多種技術(shù)和混合信號(hào)的嵌入式設(shè)計(jì)方面。因?yàn)樵谶@類設(shè)計(jì)中，隨著低成本的微處理器和微控制器的速度不斷加快，設(shè)計(jì)變得越來(lái)越復(fù)雜。體現(xiàn)這些挑戰(zhàn)的行業(yè)也越來(lái)越多，從遍布混合信號(hào)的數(shù)字視頻轉(zhuǎn)換，到必須處理日益復(fù)雜的各種瞬變RF信號(hào)的無(wú)處不在的無(wú)線技術(shù)，還有數(shù)據(jù)傳輸率不斷持續(xù)增長(zhǎng)的高速數(shù)據(jù)處理方面的需求，雖然現(xiàn)在的主流為3Gb，他預(yù)測(cè)，不久的將來(lái)6Gb甚至12Gb就會(huì)成為主流。

羅德與施瓦茨中國(guó)有限公司產(chǎn)品支持經(jīng)理安毅博士則更注重從技術(shù)層面上來(lái)說(shuō)明工程師面臨的挑戰(zhàn)。他認(rèn)為：這些挑戰(zhàn)主要是如何順應(yīng)新的標(biāo)準(zhǔn)和新的應(yīng)用來(lái)制定最完整和最恰當(dāng)?shù)臏y(cè)試方案，還有自定義產(chǎn)品和系統(tǒng)的測(cè)試等。這就要求工程師緊密跟蹤最新技術(shù)發(fā)展，了解新的技術(shù)帶來(lái)的新變化和需求，并挖掘現(xiàn)有測(cè)試設(shè)備的潛力。

而來(lái)自安立公司的觀點(diǎn)更直接，那就是在測(cè)試領(lǐng)域里，中國(guó)面臨的最大挑戰(zhàn)就是缺乏具有微波背景和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的工程人才，以及優(yōu)秀的測(cè)試與計(jì)量人才。

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中國(guó)本土測(cè)量?jī)x器設(shè)備行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)中國(guó)測(cè)量?jī)x器的可靠性和穩(wěn)定性問(wèn)題得到了很多方面的重視，狀況有了很大改觀。測(cè)試儀器行業(yè)目前已經(jīng)越過(guò)低谷階段，重新回到了快速發(fā)展的軌道，尤其最近幾年，中國(guó)本土儀器取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，特別是通用電子測(cè)量設(shè)備和汽車(chē)電子設(shè)備的研發(fā)方面，與國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品的差距正在快速縮小，對(duì)國(guó)外電子儀器巨頭的壟斷造成了一定的沖擊。隨著模塊化和虛擬技術(shù)的發(fā)展，為中國(guó)的測(cè)試測(cè)量?jī)x器行業(yè)帶來(lái)了新的契機(jī)，加上各級(jí)政府日益重視，以及中國(guó)自主應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)研究的快速進(jìn)展，都在為該產(chǎn)業(yè)提供前所未有的動(dòng)力和機(jī)遇。從中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒中可以看出，中國(guó)的測(cè)試測(cè)量?jī)x器每年都以超過(guò)30%以上的速度在快速增長(zhǎng)。在此快速增長(zhǎng)的過(guò)程中，無(wú)疑催生出了許多測(cè)試行業(yè)新創(chuàng)企業(yè)，也催生出了一批批可靠性和穩(wěn)定性較高的產(chǎn)品。

擁有中國(guó)該領(lǐng)域唯一重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的中國(guó)電子集團(tuán)公司第41研究所，憑借著本土測(cè)試領(lǐng)域的龍頭地位，通過(guò)屬下的青島興儀電子設(shè)備有限責(zé)任公司，成功地實(shí)現(xiàn)了由技術(shù)到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化，開(kāi)發(fā)出了多款具有很高技術(shù)水平的產(chǎn)品。該所研制出的高純微波合成信號(hào)發(fā)生器、微波噪聲系數(shù)分析儀、便攜式射頻頻譜分析儀、2.5Gb/sSDH/PDH數(shù)字傳輸分析儀、高性能的光通訊設(shè)備，包括光譜分析儀和高性能微型光時(shí)域反射計(jì)，還有高速數(shù)字示波器等，目前都已經(jīng)形成比較完整的產(chǎn)品系列。其中AV1489型高純微波合成信號(hào)發(fā)生器采用全正向設(shè)計(jì)方 5

法，突破了高純度微波頻率合成等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)；AV3984型微波噪聲分析儀突破了智能微波噪聲源等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)；AV4022型便捷式射頻頻譜分析儀突破了小型化設(shè)計(jì)與制造等關(guān)鍵技術(shù)，還有高性能的AV3600系列的寬帶矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，DT系列數(shù)字電視碼流實(shí)時(shí)檢測(cè)儀等。另外，該所還與海信集團(tuán)一道，研制出了數(shù)字電視全部四個(gè)層次上的測(cè)試儀器。無(wú)疑這對(duì)中國(guó)的數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將起到很大的推動(dòng)作用。這些儀器除了能解決所有通用協(xié)議分析外以及物理層的各種指標(biāo)的測(cè)試外，還有一個(gè)很重要的特點(diǎn)，就是結(jié)合中國(guó)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)和特點(diǎn)，保留了很好的可升級(jí)性。

在這方面，天津德力公司做得也是有聲有色。如該公司推出的

DS8821Q數(shù)字電視頻譜分析儀、DS1191數(shù)字電視綜合分析儀、DS1883Q數(shù)字電視場(chǎng)強(qiáng)儀、DS9000碼流分析儀等產(chǎn)品，還有DS768這類的機(jī)頂盒專用測(cè)試設(shè)備。憑借著中國(guó)自建標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)，湖北眾友公司和北京星河亮點(diǎn)通信公司還分別成功開(kāi)發(fā)出了ZY800系列和SP6010 TD-SCDMA終端綜合測(cè)試儀。

該行業(yè)中另一可圈可點(diǎn)的就是北京普源精電科技有限公司。目前，該公司的產(chǎn)品已經(jīng)成功銷(xiāo)往42個(gè)國(guó)家與地區(qū)。并規(guī)劃在2008年前發(fā)展成為亞洲最大的測(cè)量?jī)x器廠商。該公司走的是從低到高的發(fā)展路線圖。從最常規(guī)的數(shù)字萬(wàn)用表，任意波形發(fā)生器，到高性能的數(shù)字示波器。該公司的DS3000系列任意波形發(fā)生器，是一款帶有數(shù)字邏輯輸 6

出功能(16路數(shù)據(jù)通道和2路時(shí)鐘通道)的混合信號(hào)發(fā)生器(MSG)。該設(shè)備采樣率達(dá)到300MSa/s，垂直分辨率為14bits，還有1M采樣點(diǎn)存儲(chǔ)深度。可以提供十種標(biāo)準(zhǔn)波形，還可以提供用戶自定義的任意波形，其中包括各種豐富的調(diào)制波形，滿足了很多領(lǐng)域的應(yīng)用；還有DS1000系列混合數(shù)字示波器，目前示波器的帶寬已經(jīng)達(dá)到500MHz，并具有很豐富的高級(jí)觸發(fā)方式，特別是碼形觸發(fā)和持續(xù)時(shí)間觸發(fā)，解決了各種異常波形的觸發(fā)問(wèn)題。示波器中還集成了邏輯分析功能，保證了使用上的方便。

其產(chǎn)品的另外一個(gè)特點(diǎn)就是具有業(yè)界較全的接口，從GPIB到

RS232，從LAN到USB，豐富的接口保證了儀器的適應(yīng)性，方便了互聯(lián)測(cè)試平臺(tái)的建立。據(jù)了解，公司如今還正在加速虛擬儀器的研究并很快推出這方面的產(chǎn)品，準(zhǔn)備向平臺(tái)建設(shè)逐步完善化的方向快速過(guò)渡。

中國(guó)本土測(cè)量?jī)x器設(shè)備發(fā)展的主要瓶頸

盡管本土測(cè)試測(cè)量產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，但客觀地說(shuō)中國(guó)開(kāi)發(fā)測(cè)試測(cè)量?jī)x器還普遍比較落后。每當(dāng)提起中國(guó)測(cè)試儀器落后的原因，就會(huì)有許多不同的說(shuō)法，諸如精度不高，外觀不好，可靠性差等。實(shí)際

電子測(cè)量技術(shù)與儀器 上，這些都還是表面現(xiàn)象，真正影響中國(guó)測(cè)量?jī)x器發(fā)展的瓶頸為：

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1.測(cè)試在整個(gè)產(chǎn)品流程中的地位偏低

由于人們的傳統(tǒng)觀念的影響，在產(chǎn)品的制造流程中，研發(fā)始終處于核心位置，而測(cè)試則處于從屬和輔助位置。關(guān)于這一點(diǎn)，在幾乎所有的研究機(jī)構(gòu)部門(mén)配置上即可窺其一斑。這種錯(cuò)誤觀念上的原因，造成整個(gè)社會(huì)對(duì)測(cè)試的重視度不夠，從而造成測(cè)試儀器方面人才的嚴(yán)重匱乏，造成相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)研究比較薄弱，這是中國(guó)測(cè)量?jī)x器發(fā)展的一個(gè)主要瓶頸。實(shí)際上，即便是研發(fā)隊(duì)伍本身，對(duì)測(cè)試的重視度以及對(duì)儀器本身的研究也明顯不夠。

2.面向應(yīng)用和現(xiàn)代市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)模式還沒(méi)有真正建立起來(lái)

本土儀器設(shè)備廠商只是重研發(fā)，重視生產(chǎn)，重視狹義的市場(chǎng)，還沒(méi)有建立起一套完整的現(xiàn)代營(yíng)銷(xiāo)體系和面向應(yīng)用的研發(fā)模式。傳統(tǒng)的營(yíng)銷(xiāo)模式在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)年代里發(fā)揮過(guò)很大作用，但無(wú)法滿足目前整體解方案流行年代的需求。所以，為了快速縮小與國(guó)外先進(jìn)公司之間的差距，國(guó)內(nèi)儀器研發(fā)企業(yè)應(yīng)加速實(shí)現(xiàn)從面向仿制的研發(fā)向面向應(yīng)用的研發(fā)的過(guò)渡。特別是隨著國(guó)內(nèi)應(yīng)用需求的快速增長(zhǎng)，為這一過(guò)渡提供了根本動(dòng)力，應(yīng)該利用這些動(dòng)力，跟蹤應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展。

3.缺乏標(biāo)準(zhǔn)件的材料配套體系

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由于歷史的原因，中國(guó)儀器配套行業(yè)的企業(yè)多為良莠不齊的小型企業(yè)，標(biāo)準(zhǔn)化的研究也沒(méi)有跟上需求的快速發(fā)展，從而導(dǎo)致儀器的材料配套行業(yè)的技術(shù)水平較低。雖然目前已有較大的改觀，但距離整個(gè)產(chǎn)業(yè)的要求還有一定距離。所以，還應(yīng)把標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的研究放到重要的位置。還有，在技術(shù)水平?jīng)]有達(dá)到的條件下，一味地追求精度或追求高指標(biāo)，而沒(méi)有處理好與穩(wěn)定性之間的關(guān)系。上述這些都是制約本土儀器發(fā)展的因素。

參考文獻(xiàn)

1 李保安，李行善的[基于組件的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)（ATS）軟件體系結(jié)

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國(guó)機(jī)械工程，2002年09期

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