用來蒐集資料和進行功能測試的電子測試系統在設計上最好採專用的切換子系統，這樣才能增加切換器的數量，又不會影響到儀器的配置，反之亦然。設計切換系統一般所採用的技術有VXI、PXI以及特殊的專用卡槽箱（cardcage），VXI和PXI是相當昂貴的解決方案，因為這些主機是專為需要很大的電源及高速背板（backplane）的儀器所設計的。相反地，特殊的專用切換系統具有剛好夠用的電源供應能力、剛好夠用的冷卻能力，以及剛好夠用的速度來完成所要求的工作，不需負擔高性能儀器的需求。這些子系統採用的新式LAN和USB介面在效能和使用簡易性方面皆勝過其它的介面，有些特殊的專用卡槽箱的開放程度還可以高到讓客戶將自己的介面卡插上去，大幅提高了應用的彈性。

本文將介紹一套含有LAN、USB和GPIB介面、麵包板模組卡，以及多種切換器、加上內建DMM的切換/量測子系統，如何在資料蒐集或功能測試系統中扮演核心的角色，協助提高系統的彈性和降低系統成本。

《圖一　典型的功能測試系統的方塊圖》

傳統的測試系統設計方法

(圖一)是一套典型測試系統的方塊圖，儀器係透過切換矩陣繞接到類比匯流排上，待測產品（DUT）的接腳則是透過另外的切換矩陣連接到同一個類比匯流排上。（此一架構若要可行，其前提是DUT需具有某種內建的自我測試能力，可以測試DUT的某些部份，而不需要用上所有的激發條件，也不需要同時監看所有的反應。）高電流的負載和電源供應器會透過專屬的通用型繼電器連接到DUT上，還會使用夾接系統將DUT與測試系統連起來，儀器與切換兩套系統都設計在同一個VXI或PXI的主機中。

這種架構會出現幾個問題：

接線可能會很麻煩

此架構需要使用許多的接線將儀器與類比匯流排連接起來，還要再由切換矩陣連接到夾具上，且因切換器與儀器位在同一個地方，所以要進行維修可能不是那麼容易。

掃描式量測更為困難

在資料蒐集的應用中，透過DMM以及一連串的繼電器來進行掃描時，會需要更多的程式碼來控制，因為相較於結合了切換/量測功能的儀器，此架構會需要進行更複雜的觸發，請參考(圖二)。

《圖二　》

沒有太多可擴充的空間

不論繼電器的密度有多高，對測試系統來說似乎永遠都不夠用，因此，光是切換器可能很快就會塞滿VXI或PXI的主機，使得能夠提供給新儀器使用的空間變得更少。諷刺的是，如果沒有把卡槽箱塞滿，將需要花費每個插槽350～500美元的成本才能保有日後增加儀器的彈性，但到頭來可能也用不上。只是如果將它塞滿了，當往後需要再加入一台儀器的時候，可能需要另外增加四個EIA單位，或更多的機架空間以及數千美元的花費，才能提供可以容納該儀器所需的額外基礎設備（如卡槽箱與電腦介面）。

成本高

VXI和PXI卡槽箱是專為處理高速、高準確度的儀器所設計的，因此使用卡槽箱的相關成本會比對等的機架層疊式（rack & stack）儀器高出許多。

互連用的纜線相當昂貴

在上文提到的範例系統中，儀器是透過一部昂貴的嵌入式PC，或是昂貴的FireWire、MXI-3或GPIB介面（每條線的每一端都需要一塊介面卡）來控制的，GPIB纜線也是相當貴的東西。目前新的替代方法是使用USB或LAN，許多量測儀器廠商所提供之新儀器的標準配備現在都包含這些低價位的介面，所有的大型電子商店也都有販售這些纜線，這就是在儀器I/O上採用電腦業界標準的好處。(圖三)所列為GPIB、USB、LAN、FireWire以及MXI-3接線的相對成本。

《圖三　》

現代化的測試系統設計方法

那麼，測試工程師到底該怎麼做才好呢？是要選擇一套高價位的單一尺寸全包式（one-size-fits-all）卡槽箱，還是要選擇價位較低、但很容易就會佔用掉機架空間的機架層疊式儀器呢？

解決之道就在於使用結合了高性能DMM、內建的類比量測匯流排，以及多種切換、DAC、數位I/O、計數及其它功能的切換/量測儀器（Switch/Measure Unit；SMU），然後再視需要加入機架層疊式、PXI或VXI儀器到系統中。內建的類比匯流排可以取代圖一中切換模組卡拉出來的一大堆線，SMU可以提供許多的插卡空間，而不需佔用很多的機架空間。有了特殊的專用背板以及整合式的電源供應器，則不需要付出很多高性能儀器的代價，就可以獲得剛好夠用的效能。(圖四)是採用這種子系統的方式所建構出來之系統的方塊圖，其中切換/量測子系統係做為中間的區塊。

《圖四　》

現代化的測試系統只會使用LAN或USB來進行I/O，其纜線比較便宜、比較輕、比較小，而且隨處買得到。LAN控制功能甚至可透過網頁瀏覽器，從可上網的任何地點檢視儀器的狀態。使用LAN或USB的時候，因為採用的是區塊傳送的方式，因此不同的應用可能會有些微的速度缺陷。雖然如此，LAN的速度很快就會達到1Gbps的水準，而GPIB的速度最高卻只能到8Mbps（不包括HS488這種更高效能的GPIB標準，且它至今尚未被廣泛採用）。

圖四是由各個子系統所組成之系統的方塊圖，雖然該系統完全是由機架層疊式儀器所組成，但依然可以做得相當精巧，如(圖五)所示。所包含的子系統有：

結語

無法真正滿足需求、又需要使用昂貴電腦I/O的高價儀器時代幾乎已成過去，雖然VXI和PXI還是有其存在的價值，但其最佳的運用場合只限於那些僅以VXI或PXI型態提供的儀器，不過，VXI仍然是需要超高頻道數之系統的絕佳選擇。

若要將儀器間的相互依賴程度降到最低，就需要以個別的子系統來設計，包括：運算、電源、儀器與切換等。類比匯流排、D/A轉換器、數位I/O以及其它的雜項功能，應該要與普遍使用的DMM一起放在切換子系統中。切換/量測儀器能夠充分滿足這樣的需求，所得到的結果將會是一套彈性十足的可擴充系統，且能針對特定的應用以最有利的成本建構完成。

（作者任職於Agilent安捷倫科技）

延 伸 閱 讀

近年來隨著消費性電子產品走向多樣化，生命週期縮短，價格、速度、靈活性，成為自動測試設備（Automated Test Equipment；ATE）生存競爭的首要課題。于工業控制及相關應用領域，價昂、封閉規格的專用控制系統則面臨PC-Based測控解決方案開放、價廉與高效能的挑戰。相關介紹請見「 智慧型PXI Switch Module 在自動化測控系統中的應用」一文。 線性度（linearity）與單調性（monotonicity）是許多產品（如D/A、A/D轉換器以及DMM和感測器）的規格中常會出現的兩個專有名詞，但似乎也造成了很大的混淆與困惑。你可在「 剖析線性度與單調性 」一文中得到進一步的介紹。 1990年早期，PCI首次被引進至PC，它對於當時在PC上過多可用的I/O匯流排造成全面的影響，其影響範圍涵蓋如(圖一)所顯示的VESA本機匯流排、EISA、ISA和「微通道」。在「 PCI Express架構探微」一文為你做了相關的評析。

市場動態

美商吉時利儀器推出7002-HD高密度雙槽式切換開關主機及模組卡，價格降低近40％。7002-HD可支援384個矩陣交叉點或320個多工通道，僅佔用半機架2U高度，為量測工業提供了高密度的半架式2U切換開關套件。相關介紹請見「美商吉時利推出高密度的半架式切換開關系統」一文。 安捷倫科技（Agilent Technologies）發表了業界低價、高效能可取代VXI和PXI切換/量測平台等模組式量測系統的替代方案。Agilent 34980A多功能切換/量測設備以低於其他同等級切換/量測平台40%的價位，提供完備的核心切換/量測功能作為VXI和PXI的替代方案。你可在「 安捷倫PXI和VXI切換/量測平台替代方案價位低、效能高」一文中得到進一步的介紹。 安捷倫科技推出用於Windows的半導體器件分析儀，把電容對電壓測量（CV）及電流對電壓測量（IV）整合到一台儀器中，使半導體測試工程師節約了時間，提高了生產效率。在「安捷倫科技推出整合CV和IV測量功能的半導體器件分析儀」一文為你做了相關的評析。