PXI模組化儀器可讓工程師更容易開發與測試射頻或微波訊號產品。透過PXI模組化儀器的靈活性、資料串流與分析功能，工程師可順利克服資料間隙、資料儲存容量與後處理分析等測試挑戰，並進一步解決射頻與微波產品中的間歇性問題。
開發射頻(RF)和微波產品時，工程師經常須面對一連串的測試挑戰。特別是，如果產品設計中出現任何間歇性(Intermittent)問題，傳統的量測方法未必能夠找到問題根源。
因此，工程師須使用新式測試工具和方法，例如基於資料串流概念的測試方法。此方法須執行的相關步驟包括持續地獲得數位化資料、擷取資料，並將其儲存於記憶體或磁碟中；完成資料擷取後，便可開始用多種方式處理無間隙(Gap-free)擷取的資料並進行詳細分析。
本文概述驗證當今複雜射頻設計的量測挑戰，並提出採用PXI儀器的資料串流解決方案，以便執行高頻寬的無間隙擷取，後續段落將說明，如何依據幾項直接影響到系統配置的關鍵需求，建構一套合適的測試解決方案。
間歇性故障分析挑戰多
在分析間歇性故障時，工程師面臨三個主要的挑戰，包括資料中的間隙、資料儲存容量，以及後處理(Post-processing)與分析工具。
量測資料所出現的間隙，是典型儀器架構的副作用，主要是受限於內建記憶體的儲存容量有限，或是執行高頻寬量測時只能擷取幾微秒或毫秒的資料之故，因此每次重新啟動量測程序時，就會產生間隙並導致資料遺失。在排除間歇性障礙時，這是個很棘手的問題，因為值得注意的事件可能剛好就出現在這類間隙中(圖1)。即使可以實現無間隙擷取，實體記憶體的容量又是另一個限制，使得擷取時間只能持續幾秒。解決辦法之一是使用容量更大的機板內建記憶體，在主機內配置更大的硬碟儲存空間，並且外接儲存裝置，例如高容量的磁碟機。
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| 圖1 在擷取過程中，如果出現任何間隙，將導致資料遺失。 |
一旦擷取到大量的無間隙資料，接下來就須挑選合適的後處理工具，讓工程師能夠存取所儲存的資料，找到想觀測的現象(如異常)，並顯示擷取到的訊號，再對資料進行各種量測。
有三種可行的系統配置可十分有效地產生、處理和分析資料串流，第一種方式為將資料串流送入主機處理器，例如嵌入式系統或外部個人電腦(PC)，第二種方式為透過磁碟陣列(RAID)控制器將資料串流送入磁碟陣列，第三種方法為透過PXI背板將資料串流送入數位訊號處理器(DSP)引擎。
哪一種方法最有效，取決於測試情境的資訊夠不夠詳細，包括頻率範圍和訊號頻寬、取樣率和解析度，以及預期的擷取時間。這些參數具有相乘的效應，亦即參數的數值越大，所要求的資料傳輸速率和儲存容量也越大。
以一個範例配置為例，此配置可能需要100MHz的串流類比頻寬、125MSa/s的取樣率，以及12位元解析度。接著便可將資料擷取到主機處理器或外部磁碟陣列中。
利用PXI儀器建立適用系統
使用者可用具備資料串流功能的PXI型向量訊號分析儀(VSA)建構一套可行的解決方案。該系統具備可用來控制訊號擷取程序的圖形操作介面(GUI)、可辨識訊號的資料檢視器，以及與向量訊號分析軟體的連接介面，以便執行詳細的資料分析。
在擷取資料串流時，資料會被寫入數位轉換器的記憶體，接著經由高容量的PCI Express(PCIe)鏈路傳送到控制器的循環隨機存取記憶體(RAM)緩衝區中，最後再複製到最終儲存裝置(圖2)。為了維持長時間的無間隙擷取，資料寫入控制器和最終儲存裝置的速度，必須比數位轉換器擷取新資料的速度更快。
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| 圖2 快速循環RAM緩衝區可確保資料串流無間隙地從數位轉換器送到控制器，再到最終的儲存裝置。 |
選對合適的最終儲存裝置很重要。比方說，如果只是以低於40MB/s的擷取速率，長時間進行窄頻寬擷取，或是只須在幾秒內執行高頻寬擷取，那麼一般的電腦磁碟機就已夠用，但是如果是要長時間執行高頻寬擷取，則必須使用多磁碟RAID儲存系統。
軟體面板簡化測試工作
範例系統的軟體面板(SFP)提供易用的圖形操作介面，讓使用者能夠控制並擷取輸入訊號。如圖3所示，使用者須設定一些常見的VSA參數，例如頻率、輸入功率、頻寬和觸發，以及串流參數。使用者還可用標準檔案對話框來指定目標資料檔。
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| 圖3 使用者可透過軟體面板快速選擇參數，以便量測並傳送串流資料。 |
除了儀器設定功能外，此軟體面板還提供量測控制功能，並可監視資料串流。只要按下畫面中的「開始」按鈕便可開始進行擷取。使用者可在整個過程中查看多個資料串流指標，以了解擷取狀態，包含資料視窗、擷取、RAM緩衝區，及儲存容量。資料視窗並提供了擷取資料的頻譜圖。
有兩種資料串流擷取模式可以選取，即有限和無限時間。有限時間擷取模式的時間長度只能設為幾秒鐘，時間一到就會自動停止擷取；而無限時間擷取模式則需要使用者透過手動操作來開始、停止和取消擷取。
在串流模式下，也可透過觸發延遲控制功能進行預觸發。如果延遲值設為負數，則將在所設定的持續時間內，擷取出現此觸發事件之前的資料。如果觸發事件發生在整個延遲時間結束之前，則將對預觸發資料擷取更短的叢發。
測試人員可使用資料檢視軟體來載入、搜尋並儲存資料串流檔，並且檢視不同樣本大小、位於不同的時域與頻域中的資料。圖4為脈衝雷達波的範例畫面，亦即脈衝序列的振幅響應，畫面中的軌跡呈現一個反覆出現的問題，亦即每個第十二個脈衝波，一定比預期的要窄。
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| 圖4 262.144微秒時域檢視畫面顯示兩個比預期中還要窄很多的雷達脈衝波。 |
資料串流檔案要與安捷倫(Agilent)89600 VSA軟體相容，以便進行更深入的分析。順利載入串流檔後，就須設定播放觸發器，之後便可對所擷取到的資料，執行各式各樣的量測，包含時域處理、基於FFT的頻譜量測、位元級調變分析等。
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| 圖5 89600 VSA軟體的標記可標示出資料檢視器中出現窄脈衝的位置。 |
善用系統靈活性
一套優質的故障排除工具應靈活易用。透過靈活的資料串流配置，工程師可建置各種可行的測試情境，而靈活的後處理分析能力則可有協助射頻和微波工程師從各個角度透析複雜的間歇性問題，以增進其故障排除效果。
(本文作者為安捷倫電子量測事業群行銷處市場專案經理)