应对重大的测试挑战
应对产品测试的挑战并非必然要增加您的预算或扩大您的团队。您能充分利用通用的自动测试体系结构使您的团队以较少的工作量建造测试系统。这就是LAN对仪器的扩展(LXI)，这种新一代的测试系统体系结构基于经过证明和广泛使用的以太网标准。通过规定标准间的相互交融，LXI就能快速、高效和低成本地建立和重新配置测试系统。
LXI: 超越GPIB，PXI和VXI是系列应用指南中的第一篇，这些应用指南将帮助您转向LXI。这第一篇应用指南的主要内容包括系统开发遇到的重要挑战，LXI标准的主要特点，用LXI应对这些挑战的方法，以及使用LXI所能实现的新测试可能。
面临的挑战
不同行业的测试经理面临的是许多相同的问题: 更短的新产品上市周期，更少的人员配备，不足的软件应用经验，更少的开发预算，以及外购(或离岸)制造。大多数人都在寻找相同的解决方案，既价格更低、能力更强的测试系统开发方法。
放眼全局
当我们放眼系统开发的全局时，会发现“有效成本”已远远超过降低着的测试仪器价格。就算GPIB，PXI 和VXI硬件全部免费，开发者仍面临建立测试系统有效成本的5项挑战: 仪器和软件的重复利用，调试时间，系统吞吐率，系统尺寸和适应未来的能力。
重复利用: 开发者很少能有机会用全新的硬件和软件建造华贵的测试系统。因此许多系统中都会有使用不同I/O接口和命令集的仪器。如果没有能在PC环境中简化仪器连通和控制的工具，就难以重复利用有现的仪器和测试系统代码。
调试时间: 系统调试可能是费时的任务，特别是您打算让PC和仪器通信，以及使用系统软件让仪器工作的时候。包括多种接口: GPIB，RS-232C，VXI，PXI，MXI，Firewire，USB，LAN的系统甚至需要更多的调试时间。增添来自多家厂商的I/O库和仪器驱动程序会需要几天，甚至几周的系统查错时间，才能使系统按预期要求工作。
系统吞吐率: 在时间极为关键，甚至要考虑每一毫秒的应用中，系统总吞吐率的改进远不止是需要更快的背板，而测试程序，测量算法，数据传输，系统任务的顺序等等都可能构成瓶颈。
系统尺寸: 当系统的布置对占地面积有严格要求时，系统尺寸就成为关键要求。不幸的是随着系统尺寸压缩，有可能会牺牲功能、性能和精度。
适应未来的能力: 如果通用性有限，那么现有的测试体系结构就难以满足未来更高频率、更高精度、更快吞吐率等的需要。随着更多系统部署在远方，如果没有现场的技术支持能力，就越来越难以管理和查错。
点评目前的方法
开发者也已高度关注在控制成本的同时，需要建立、管理和维护测试系统所存在的问题:
资金投入: 目前模块化系统的总投入 — 卡式机箱、0槽控制器、专用接口 — 都会压缩用于实际测量硬件的预算。此外，如果机箱已经装满，那么就是增加仅仅一块插卡就会要求系统另增机箱。
I/O: 由于现在的绝大多数PC都带有USB和LAN接口，因此再为测量配置昂贵和复杂的专用接口必定是一种浪费。
软件: 如果在产品生命期的各阶段使用不同类型的仪器，就难以自始至终地使用同一测试软件，特别是将测试从研发使用的台式仪器转向产品制造时用的模块化仪器时。
一致性: 在要求具备信号源、测量、电源和射频/微波能力的系统中，开发者必须混用两种或两种以上的当前测量标准总线，这种不一致性会影响有效成本。
今天三种主要的测试系统体系结构也各有各的问题。
GPIB: 虽然这是一种传统的和应用最为广泛地的仪器总线标准，但由于它的数据传输率要比其它体系结构慢，因此必须在PC中安装接口卡，需要昂贵的电缆，并且总线上最多只能有14台设备。
VXI: 这种体系结构要求昂贵的机箱、0槽控制器和专用接口，如 MXI 总线。
PXI: 除了需要与VXI类似的投入外，PXI的尺寸、功率和 EMI 问题也限制了通常PC插卡所覆盖的解决方案范围。
LXI标准的开发必须考虑面临的这些广泛和专门的挑战。
用LXI应对挑战
通过利用久经证明和广泛使用的标准，例如以太网、网络浏览器和 IVI 驱动程序的融合，LXI 将能实现测试系统快速、高效和低成本的建立和重新配置。
虽然许多当前的仪器已经包括 LAN端口，但在基于LAN仪器的演进中，LXI是合乎逻辑发展的新一步。它包括经典“台式”仪器，无面板模块化仪器和功能模块(合成仪器)。即使在受到空间限制时，它也不会牺牲功能、精度和性能。尤其是在研发、设计验证、制造和服务各阶段，您能使用同样的仪器和同样的测试系统软件。
已有40多家测试和测量公司加入LXI联盟，这是对系统长寿命的最好承诺。Agilent和其它公司已在 2005年9月推出第一批符合LXI标准的产品。随着LXI设备的持续增长，下一步您将能配备超过GPIB、PXI和VXI的LXI仪器的测试系统。
LXI联盟
LXI联盟是最初是由Agilent Technologies和VXI Technology 建立的非盈利性社团。它的目标是促进LXI标准的开发和采纳，这是一项开放性标准，用于设计验证与功能测试、测量和数据采集行业相关的技术规范和解决方案。联盟对所有测试和测量公司开放 — 目前已拥有40多家成员公司 — 以及行业专家、系统集成商和政府部门的代表。要了解有关该联盟的详细情况，请访问: www.lxistandard.org。
LXI基础
LAN是LXI的核心。但除了修订现有标准外，LXI还明确规定了久经证明的标准在5个领域的相互融合: 物理要求、以太网、程序接口、仪器网页和同步。
物理要求
为保持物理上的一致性，LXI 标准采用IEC标准机柜尺寸。但为了帮助简化系统集成和付诸实施，它也推荐各种替代连接方式(图1)。例如符合LXI标准仪器的前面板用于信号输入和输出，以及LAN、电源和IEEE 1588(同步)指示灯。后面板用于硬件触发、电源输入和以太网通信。每个LXI模块都必须符合全球标准EMI屏蔽和冷却规范。
结构形式: 为满足各种应用要求，LXI设备能有多种结构形式。目前最常用的结构形式是包括前面板显示和用户接口的经典台式仪器。对于生产制造或航空航天/国防应用中的计算机控制的测试系统，无面板结构能更好适应本地和远程部署的紧凑型系统。这些模块通常采用1U至 4U高度，半机架或全机架高度。LXI 标准也允许把传感器、放大器、滤波器、衰减器这类装置装在一个紧凑的箱体内，从而能放入测试夹具行远程位置。
继承: 虽然在标准中没有提及，LXI 也可从经典仪器转到无面板模块仪器和合成仪器(SI)。Agilent已前进在这一方向上，推出了基于流行台式射频和微波产品的SI。由于在经典仪器和模块化仪器中使用同样的测量硬件，我们就可随着系统演进而提升您继承原测试软件的能力。
以太网
LXI用IEEE 802.3网络标准定义有关的连接、协议、速度、地址、配置和默认条件，以保证一致性。 但也是容易在如何构建测试系统上造成争议 。
· 连接: LXI使用标准RJ-45连接器，通过Auto-MDIX实现检测 LAN 电缆的极性(直通或跨 接)。
· 协议: 符合LXI标准的装备要支持 TCP(传输控制协议)、UDP(用户数据报协议)和IPv4(Internet协议第4版)。TCP是在对等信息系统中最常用的标准Internet协议，UDP是在有要求高速应用时用于单点对多点信息发送时的协议。
· 速度: 标准推荐使用1 Gb(允许 100 Mb)，它用自动协商保证设备使用其最佳速度。
· 地址: LXI装置必须支持IP地址(DHCP或自动IP)，MAC地址(由制造商规定)和主名(由用户规定)。
· 配置: 符合LXI标准的设备必须支持ICMP(乒服务器)，基于 DHCP的IP地址分配，手动域名服务器(DNS)和动态DNS。由于 DNS可把域名翻译成IP地址，因此能为系统软件的长寿作出贡献: 可改变IP地址而域名不变。
· 默认条件: 为安全起见，LXI规定了一套默认LAN条件，要求“LAN配置初始化”(LCI)开关把设备复位到这些已知条件。
程序接口
由于LXI标准要求所有设备都须有可互换虚拟仪器(IVI)驱动程序，因此您可使用所偏爱的程序语言或开发环境。IVI-COM和IVI-C是已很好建立的工业标准驱动程序，多数主流的仪器厂商都随仪器提供这些驱动程序。
LAN查询功能: LXI标准也强制要求符合LXI标准的设备必须支持 LAN查询功能，从而使主控PC能确认已连接的仪器。目前，LXI标准要求使用VXI-11协议，该协议定义所有类型测试设备，而不止是VXI的基于LAN的连通能力。LXI标准的未来版本可能包括其它久经证明的查询机制，例如Universal Plug&Play (UPnP)。
 图1. LXI标准致力于物理一致性，以实施和简化系统的集成
仪器网页
每一台符合LXI标准的设备都必须提供自己的网页。网页上要有该设备的各种重要信息，包括制造商、型号、序列号、说明、主名、MAC 地址和IP地址(图2)。标准还要求这一可从浏览器接入的配置网页要允许使用者改变参数，如主名、说明、IP地址、子网掩码和TCP/IP配置模式。接入这些网页是简单的，只需把仪器的IP地址键入任何W3C浏览器的地址行。
许多Agilent LXI符合性仪器所提供的监视和控制能力已超过LXI 要求。例如您能设置一台数字万用表，命令它开始测量，然后读取结果。我们的一些LXI仪器甚至允许您把所有测量专用件 — CDMA，GSM，Wi-Fi — 下载到仪器中，用一条命令进行专门的测量。通过浏览器控制仪器的能力为需要从世界任何地方以简便方法访问测试系统的测试工程师开辟了全新的可能。
同步
LXI另一诱人的特性是它的触发和同步能力。通过融合LAN和 IEEE 1588时间同步协议，LXI提供多种GPIB、PXI和VXI所不具备的触发模式。三种类型的LXI设备 — C类、B类和A类 — 递增地实现这些能力。
· C类是基本类型，它包括对LAN 接口和协议的全部要求，LAN 查询功能，IVI驱动程序接口，仪器网页，以及推荐的电源、冷却、尺寸、指示灯和复位按钮。所有 LXI仪器必须达到C类要求。
· B类包括全部C类要求并加上 IEEE 1588时间同步。因此有可能实现位于网络任何位置 LXI 设备的亚微秒级同步。B类还增加对等和一对多的LAN信息传送模式(B类和A类要求，C类允许)。
· A类包括C类和B类要求，并增加了使能相邻 LXI 仪器触发的硬件触发总线。该触发总线类似于VXI的背板总线: 这是8路的低电压差分总线，对相邻仪器能达到5 ns/m的定时精度。预期合成仪器将是符合A类标准的仪器。
作为一种可能，B类和A类LXI 仪器(C类中为可选)能使用嵌入在 LAN数据包中的触发，该触发由网络上的任何设备 — PC或另一台仪器发起。一台设备能多点发送信息触发网络上的所有仪器，而不需要实时计算机。对等信息传送方式可以启用测量，或把数据从一台LXI 设备传送到另一台设备，而不通过可能成为通信瓶颈的系统主控计算机 。
 图2. LXI规定可从标准网络浏览器访问的内容丰富仪器网页
用LXI简化系统建立
与其它各种体系结构相比，在建立高性价比的测试系统上，LXI 能为降低成本和工作量，同时为您提供更多帮助。这里将遇到前述的六方面挑战。
降低系统总体成本
无论您是何种形式的应用，符合LXI标准的仪器都能帮助您降低系统成本。无面板的模块化仪器或合成仪器不需要机箱、0槽控制器和专用接口。通过软件控制的 SI模块可模拟各种类型的测量仪器，从而有可能通过插入更新或升级的模块代替陈旧的模块，以适应未来要求。
基于LXI的远程设备可通过低价和便携的方法部署传感器、摄像机、麦克风等。内置LAN的台式设备提供了精确的性能和廉价的连接方式(图3)。智能仪器可通过下载得到新的测量能力和专用件，实现仪器对各类应用的重复利用。
重复利用现有仪器和软件
您能用各种形式的LXI设备测试整个生命期的产品。在一些案例中，用工作台或机柜中的经典台式仪器开发和修改测试程序，然后把该程序用于最终测试系统中的等同的无面板仪器。合成仪器更扩展了这一概念: 通过必要的SI软件模块，几个功能模块就能完成多台射频/微波仪器的工作。
Agilent还提供众多I/O网关和变换器，从而能容易地构建包括LXI 标准设备和您已有测试设备的混合系统。把您的系统软件上升到利用 LAN工作只需简单的地址变更。
缩短调整时间
由于采用久经证明的标准，如以太网和IVI驱动程序标准，LXI保证一切都是兼容的，您只需最少的调试时间。每一台LXI仪器都有内置的网页，因此只需用标准网络浏览器观看仪器信息，改变配置，在许多Agilent LXI设备中甚至还能监视结果和控制测量。您还能使用久经证明的工具，如LAN硬件、LAN电缆和乒服务器通过LAN通信，以及对本地和远程的系统进行查错。
改进测试吞吐率
有可能通过LXI构建高速分布式系统，系统仪器间使用无需PC介入的智能仪器通信，工作是并行进行的。在使用IEEE 1588、基于LAN的触发、对等和一对多的信息发送、以及硬件触发总线时，一切都将保持同步。这些能力提供了构建高效测试系统的新方法，在系统总吞吐率上可得到极大改进。
压缩系统体积
在诸如现场维护测试和代工生产制造这类应用中，系统体积是越小越好。与卡箱式系统限制测量硬件的尺寸和能力不同，LXI的模块化仪器和合成仪器能让您减小系统的尺寸、重量和占地面积，而不牺牲测量质量。
面向未来需要
两项重要的观念将延长LXI系统的寿命: 能够在智能仪器中下载新的测量能力和测量专用件，以及把更新的或升级的技术注入SI系统的可能性。这些能力将简化降低成本的任务，并跟上发展中测量标准、更宽频率范围和更严格精度的要求。LXI更能通过把软件改变到IEEE 1588时钟和LAN触发进行系统的配置或重新配置，从而达到新的通用性水平。LXI也能帮助您应对未来组织的需要。许多组织都缺少测试系统专家，他们也不能分身至现场和海外。有了LXI，您的团队就能通过Internet对设在世界任何地方的测试系统进行集中式的查错、远程监视等工作。
用LXI探索新的可能
LXI标准仪器开辟了许多新的可能，而使用传统堆叠台式仪器或卡箱式仪器是难以，甚至是不可能实现的。下面的这些例子并非意味着全部新的可能，而只是LXI扩展使用范围的一些初步概念。
分布式测试
当前一代系统采用以PC为中心的方法，由计算机控制各种基础仪器和“哑”设备。PC发送命令，用等待或查询命令确定操作何时完成 ，之后所有数据都通过专门的接口返回PC。这种方法能很好适应小系统，但对于有10台或10台以上仪器的更大系统，则变得很慢和效率低下。在这里，I/O连接速度起着关键性的作用，成功的操作需要有能管理控制流和数据流的熟练程序员。
作为用 LXI 构建的下一代系统，可采用仪器智能分布式方法。大多数分析和同步在测量硬件中执行，从而为PC解除这些工作量。只向 PC发送分析结果减少了数据流。LXI B类和A类仪器因能在规定时间或依据来自其它仪器的信息开始活动而简化了定时。仪器也能使用对等和一对多的信息传送和交换方式。LXI体系结构中的PC和I/O路径一般不会成为大型复杂系统的速度瓶颈。
长距离工作
通过LAN接口，LXI有可能把仪器放在远离PC和其它仪器的地方。例如把仪器放在靠近监视和控制的设备或处理器处 ，然后把仪器接到测试实验室或生产线的LAN端口。LXI设备甚至能放在测试夹具中，从而能最少布线和得到更好的测量结果。
专家查错
无论系统是在隔壁房间，另一座楼里，还是另一大陆，您的系统开发者(或产品专家)都能检查运行情况和查找问题。不需要出差，只需在标准网络浏览器上键入仪器的URL 或IP地址，就出现仪器网页。
智能仪器
LXI没有VXI和PXI所受到的尺寸约束，可在系统中使用各种智能仪器。您可把测量专用件下载到频谱分析仪，把复杂信号下载到任意波形发生器，或把复杂的电源序列下载到可编程电源 — 让仪器来处理各种细节问题。
仪器中内置的这些能力也帮助您节省时间。您可利用由制造商开发，而非自己编写的软件(和固件)减少编程时间。在需要时调用这些软件来减少仪器和系统的调试时间。由于仪器能进行测量和执行必要的分析，然后向主控PC发送结果，而不是大的数据块，因此数据传输也只需较少的时间。
 图3. Agilent 34980A多功能开关/测量单元这样的经典仪器可通过升级到LXI C类仪器标准
合成仪器
除了上面提到的各种性能特性外，SI还能另外提供两种可能的能力。SI硬件和软件模块能用于模拟已废型的仪器，从而解除了在长寿命系统中支持已过期设备的负担和成本。SI也有可能建立和执行目前传统仪器不可能完成的独特测量。
对等触发
由于一台仪器或设备可向另一设备发送触发和信息，因此能让PC 专注于其它更高级的任务。有了对等触发，就不需要用于在系统中配置向各仪器发布精确触发的昂贵的实时控制器。系统软件中可以很少使用等待状态和状态查询技术，从而缩短了总测试时间。
基于时间的触发
采用基与IEEE 1588的时间触发为同步系统内和仪器间的测量提出了革命性的方法。例如这种方法不再需要会限制仪器间距离的专用外触发电缆。所有测量数据都附有时间标签，因此能更早、更有效地进行更深入的后测试分析。由于每一台仪器都能在特定时间起动，而不需要等待触发或命令，系统吞吐率也得到了提高。
迈向测试的明天
LXI解决了像您这样的系统开发者所面临的各种主要问题: 降低成本、缩小系统尺寸、简化集成、提高吞吐率，以及为硬件和软件的重复利用提供更多机会。这些好处使 LXI 成为适应当前和未来的测试体系结构。
为帮助您充分认识这些好处，我们把LXI作为Agilent Open概念的组成部分。Agilent Open之所长远不止是仪器 — 它是我们帮助您简化使用PC标准I/O和开放软件工具简化整个测试过程的方法(图4)。随着技术的发展，我们相信广泛使用的标准将能容易地延长系统寿命和融入新的技术进步，例如LXI。
用PC标准I/O简化系统通信和连通能力
系统I/O不再意味着专用的昂贵接口和电缆。您能选择适合当前需要的I/O连接: 大多数Agilent Open仪器都配有GPIB、LAN和USB端口。这样的灵活性使您能选择最适合目前系统的接口，而未来再转换到另一种接口。我们还提供各种接口网关和转换器，因此您能容易地把 GPIB仪器融入基于LAN和USB的系统中。
用系统就绪仪器建立通用的测量解决方案
您能容易地为测试系统选择 Agilent Open仪器，它们有高吞吐率，能容易地集成到您的测试软件和系统机柜中。无论您选择的是传统仪器、模块化仪器，还是功能模块，都能用我们的IO Libraries Suite 快速和正确地连接。在几分钟内，就完成自动安装Agilent Connection Expert，配置接口，查找来自众多制造商的已连接仪器，以及验证通信。
用开放软件工具实现高效的开发
您不必仅仅为测试编程花大量时间恶补不熟悉的程序语言。Agilent Open 让您在熟悉的测试软件开发环境中工作。在这里使用的是像标准仪器驱动程序这样的开放软件工具，以及至Microsoft Excel，或至流行程序语言，如Visual Basic，C，LabVIEW，Agilent VEE Pro，Visual Basic.NET，Visual C++，Visual C#等的链接。在您熟悉的环境中工作，您集中关注的是您的产品，而非测试产品所需要的代码。
通过Agilent Open和LXI的组合能力，Agilent帮助您和您的团队开启简化系统建立之门 ，并创造测试中新的可能。
 图4. 通过Agilent Open和LXI，LAN成为能容易融入当前和未来测试资产的测试系统主干
相关文献
1465系列应用指南提供关于测试系统建立、在系统中成功使用LAN、WLAN、USB，以及优化和增强射频/微波测试系统的有用信息:
· 测试系统设计入门 (AN 1465-1)，(出版号: 5988-9747EN )
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· 计算机I/O考虑 (AN 1465-2)，(出版号: 5988-9818EN)
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· 理解驱动程序和直接I/O(AN 1465-3)，(出版号: 5989-0110EN)
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· 选择您的测试系统软件体系结构(AN 1465-4)，(出版号: 5988-9819EN)
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· 选择您的测试系统硬件体系结构和仪器(AN 1465-5)，(出版号: 5988-9820EN)
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· 理解机架和仪器互连的影响(AN 1465-6)，(出版号: 5988-9821EN)
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· 最大化系统吞吐率和优化调度(AN 1465-7)，(出版号: 5988-9822EN)
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· 操作维护 (AN 1465-8)，(出版号: 5988-9823EN)
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· LAN在测试系统中的使用: 基本原理，AN 1465-9(出版号: 5989-1412EN)
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-1412EN.pdf
· LAN在测试系统中的使用: 网络配置，AN 1465-10(出版号: 5989-1413EN)
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-1413EN.pdf
· LAN在测试系统中的使用: PC配置，AN 1465-11(出版号: 5989-1415EN)
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-1415EN.pdf
· USB在测试和测量环境中的使用，AN 1465-12(出版号: 5989-1417EN)
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-1417EN.pdf
· 使用SCPI和Direct IO vs.驱动程序，AN 1465-13(出版号: 5989-1414EN)
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-1414EN.pdf
· LAN在测试系统中的使用: 应用程序，AN 1465-14(出版号: 5989-1416EN)
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-1416EN.pdf
· LAN在测试系统中的使用: 设置系统I/O，AN 1465-15(出版号: 5989-2409)
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-2409EN.pdf
· 下一代测试系统: 用LXI拓展视野，AN 1465-16(出版号: 5989-2802)
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-2802EN.pdf
· 优化射频/微波测试系统中的部件，AN 1465-17(出版号: 5989-3321)
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-3321EN.pdf
· 增强射频/微波测试系统中测量完整性的6项提示，AN 1465-18 (出版号: 5989-3322)
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-3322EN.pdf
· 校准射频/微波测试系统中的信号路径，AN 1465-19(出版号: 5989-3323)
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-3323EN.pdf |
