Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/Archiv/Elc1982/F19821020Elc044.shtml

Испытания и измерения

УДК 621.317

Ричард Камерфорд,
Редактор по контрольно-измерительной и испытательной аппаратуре

Richard W. Comerford. Test & Measurement, pp. 161—167.

Анализируются тенденции развития контрольно-измерительной и испытательной аппаратуры и отмечается стремление  изготовителей к объединению функций созданиюсистем для разработки на базе логических анализаторов, использованию — посредством сетей передачи данных — возможностей больших ЭВМ и наряду с этим к оазработке портативных приборов на базе микропроцессоров.

Медленное развитие экономики и быстрое совершенствование техники ставят изготовителей контрольно-измерительной аппаратуры в положение между молотом и наковальней. Не имея возможности придержать новые изделия из-за опасения, что конкуренты, выйдя вперед, могут получить преимущество, фирмы выпускают их на рынок, перспективы которого туманны. При этом они надеются, что преимущества этих новых изделий позволят получить объем продаж, достаточный для того, чтобы можно было двигаться дальше и создавать новые конструкции.

Поэтому большое внимание уделяется сейчас изменению самого характера рабочего места инженера-электрика. Фирмы начинают выпускать аппаратуру для разработки систем, представляющую собой сочетание приборов, которые прежде были отдельными, причем системы эти привязаны к средствам программного обеспечения. Кроме того, эти новые приборы сконструированы так, чтобы ими было легко пользоваться благодаря автоматизации выполняемых ими функций.

Сейчас набирает силу тенденция, состоящая в комбинировании традиционной обработки результатов измерений в самих приборах с обработкой данных и текстов внешними средствами. В русле этой тенденции лежит использование новыми фирмами широких возможностей универсальных микрокомпьютеров, что может повести к изменению как самого характера, так и стоимости контрольно-измерительной аппаратуры будущего.

Упор на систематизацию стенда разработчика имеет хорошо прослеживаемую параллель в области контрольно-измерительной аппаратуры для производства и эксплуатации, где изготовители автоматизированного испытательного оборудования сосредоточивают свои усилия на системном подходе с использованием сетей. И все же во всех областях техники для испытаний и измерений предстоящий год обещает наибольшую конкуренцию в направлении снижения стоимости.

Прицел на рабочее место

Для фирм, выпускающих контрольно-измерительную аппаратуру, главным объектом устремлений в ближайшие несколько лет станет рабочее место разработчика. Изготовители логических анализаторов, эмуляторов и систем разработки пришли теперь к пониманию того, что инженеру-электрику, которому требуется один из этих приборов, обычно нужны и другие. Поэтому они выпускают изделия, сочетающие в себе возможности всех этих приборов, и это может привести к возникновению рабочего места нового типа.

Система DAS 9100 фирмы Tektronix, в которой впервые осуществлено объединение сигналов возбуждения с анализом, в 1982 г. стала первым настольным прибор
Рис.1. Система DAS 9100 фирмы Tektronix, в которой впервые осуществлено объединение сигналов возбуждения с анализом, в 1982 г. стала первым настольным прибором с цветной ЭЛТ.

По мере того как все больше фирм обращается к использованию больших ЭВМ для разработки средств программного обеспечения, важное значение приобретает возможность общения с такими ЭВМ непосредственно с места разработки. Некоторые крупные корпорации используют системы разработки просто как подспорье для ЭВМ, как средство для эмуляции и отладки программ, тогда как сама разработка средств программного обеспечения осуществляется на больших ЭВМ.

Нацеливаясь именно на такое применение, отделение измерительных приборов фирмы Gould Inc. (Санта-Клара, шт.Калифорния) внедряет изделие, которое оно назвало комплексной микросистемной станцией мультиэмуляции Gould-Millenium. Эта станция модели 9516S основам а на предыдущей, 9516, которая была создана специально для систем разработки фирмы Millenium. Новое устройство, которое позволяет осуществлять эмуляцию до четырех микропроцессоров одновременно, может работать с любой мини-ЭВМ, а также в качестве автономной системы. Кроме того, оно позволяет проводить отладку на языке C, который очень точен и компактен и легко воспринимается инженерами.

Для изготовителей приборов, предназначенных для разработки, очень важным соображением является нынешний экономический климат. Поэтому фирма Racal-Dana Instruments Inc. (Эрвин, шт.Калифорния) выпустила свои логические анализаторы серии 200 с базисными ценами от 4 до 7 тыс. долл. Рыночная реакция на это была столь сильна, что другие изготовители готовятся теперь к конкурентной борьбе с этой фирмой.

Приборы для разработки

Тенденция повышения экономической эффективности в области логических анализаторов подхвачена теперь и создателями систем для разработки. Например, фирма Intel Corp. выпустила дешевую систему разработки с внутрисхемной эмуляцией, а Motorola и Texas Instruments разработали системы на уровне плат. Таким образом, приборы для разработки средств программного обеспечения можно купить теперь по цене до 5 тыс. долл.

Однако такие приборы рассчитаны обычно на бригаду из одного разработчика. Для того чтобы снизить стоимость для групп разработчиков, сейчас наметилась тенденция к созданию сетей разрабатывающих станций. С первым из-деляем здесь опять-таки выступила фирма Intel (Санта-Клара, шт.Калифорния), создавшая систему NDS-11, предназначенную для использования в коммерческой локальной сети Ethernet. Сетевой метод работы означает, что запоминание, вывод на печать и даже эмуляцию можно эффективно осуществлять с разделением ресурсов. Кроме того, средства программного обеспечения в составе администратора сети значительно упрощают работу по прослеживанию и координации хода разработки. Однако этой фирме придется столкнуться с растущей потребностью применения в таких приборах операционных систем, подобных Unix, к удовлетворению которой уже подготовились фирмы Zilog, Millenium, Tektronix и Motorola.

Фирма Hewlett-Packard осуществила в 1982г. объединение эмуляции с анализом логических схем для обеспечения тесно связанных испытаний при разработке, п
Рис.2. Фирма Hewlett-Packard осуществила в 1982г. объединение эмуляции с анализом логических схем для обеспечения тесно связанных испытаний при разработке, производстве и техническом обслуживании. Те же самые платы для эмуляции и анализа, которые используются в станции для разработки (слева), применяются и в портативном приборе для испытания плат (справа).

Однако, несмотря на такой ход событий, главное внимание при разработке новых приборов в 1983г. будет обращено на показатели стоимости в расчете на функцию и числа функций на доллар. Плохое экономическое положение в настоящее время будет тормозить стремление к созданию высокоэффективных комплексных технических средств будущего и благоприятствовать разработке недорогих приборов, которые можно будет сбыть уже сегодня.

Одним из направлений на этом пути является использование подхода, предусматривающего централизованную обработку данных, как в новых сложных устройствах отыскания неисправностей, но с опорой на личный компьютер, такой, например, как Apple. Такой подход использовали, в частности, фирмы Northwest Instruments System Inc. (Бивертон, шт.Орегон) и Kanel Corp. (Джонсон-Сити, шт.Нью-Йорк) при разработке цифрового осциллографа и логического анализатора соответственно, и этому примеру вскоре намерены последовать и другие фирмы. Такой курс позволит участвовать в новом рынке средств разработки цифровых приборов и небольшим, готовым к нововведениям фирмам, имеющим солидный опыт в создании аналоговых приборов.

Некоторые из их более авторитетных конкурентов вполне могут прийти к выводу, что встроенный специализированный компьютер — отнюдь не единственная возможность ввести центральный процессор, как это сделали некоторые изготовители автоматического испытательного оборудования, например Fairchild Camera & Instrument Co. С другой стороны, более мелкие фирмы, когда они начнут заниматься разработками новых приборов, должны будут соблюдать осмотрительность, чтобы не взвалить на себя слишком большой объем работ по разработке программного обеспечения. Поэтому в 1983г. бизнес в области создания приборов для проектирования и разработок будет открыт для всех, и можно ожидать появления ряда новинок, основанных на использовании персональных компьютеров.

Пространство для роста

Новинки появились также и в области более традиционных для разработчиков приборов. Наиболее заметными в 1982г. были достижения в области цифровых осциллографов, дискрети-заторов и сигнал-генераторов.

Из многих приборов, позволяющих цифровыми средствами регистрировать форму сигнала, для разработчиков больше всего подходят те, которые имеют самую высокую частоту выборки. Приборы с меньшей частотой выборки, предназначенные для прослеживания медленно меняющихся или часто повторяющихся сигналов, применяются больше на производстве и при обслуживании. Точками разграничения этих двух классов приборов является частота выборки 10 МГц или одиночный сигнал с наивысшей гармонической составляющей около 1 МГц.

Поэтому в деле создания приборов для разработчика главная борьба сейчас идет за повышение частоты выборки. Пальма первенства по быстродействию цифровых осциллографов принадлежит сейчас фирме Philips Test & Measurement Inc. (Мауа, шт.Нью-Джерси) с ее моделью 3310, которая имеет частоту выборки 50 МГц, однако ее начинает оспаривать Data Precision, филиал фирмы Analogic Corp. (Дэнверс, шт.Массачусетс), со своей моделью 6000. Эта последняя не только обеспечивает значительные возможности в деле анализа данных, но и рассчитана на использование со 100-МГц вставным модулем дискретизации, однако трудности получения приемлемого АЦП задержали производство этого модуля до конца 1982г.

Тем временем фирма Gould Instruments объявила о создании прибора Biomation 4500, в котором при помощи специально разработанного преобразователя достигается частота выборки 100 МГц, а фирма HP выбросила на рынок дискретизаторов свой высокоточный прибор 5180А. Однако фирма Philips вновь захватила лидерство, представив на выставке «Веской» в 1982г. прибор 3311 с частотой выборки 125 МГц.

Формирователи сигналов

Все больше достижений отмечается и в области сигнал-генераторов, у которых заметно повысились функциональность, чистота сигнала и, конечно, простота эксплуатации. Повышение функциональности этих приборов еще более сглаживает традиционные различия между такими источниками сигналов, как генераторы импульсов и генераторы сигналов сложной формы. В то же время высококачественные сигнал-генераторы как с резонаторной настройкой, так и с синтезаторами, дают теперь сигналы небывалой ранее чистоты.

Фирма Racal-Dana, вышедшая на рынок логических анализаторов только в последнее время, тщательно оценила состояние этого рынка и выпустила логический а
Рис.3. Фирма Racal-Dana, вышедшая на рынок логических анализаторов только в последнее время, тщательно оценила состояние этого рынка и выпустила логический анализатор, который будет продаваться по цене ниже 10 тыс. долл. Таким образом, фирма обозначила тенденцию, которая заставит других действовать быстрее в направлении снижения стоимости.

В области генераторов функций на базе микропроцессоров главное стремление — это расширение возможностей формирования сигналов любой требуемой формы — тенденция, начало которой было положено фирмой Kron-Hite Corp. (Эйвон, шт.Массачусетс) с ее моделью 5900 и которую подхватила фирма Wavetek (Сан-Диего, шт.Калифорния) со своей моделью 175.

Теперь к этим двум специализированным фирмам присоединилась и фирма HP, что еще более усилило конкуренцию в этой области.

Разработанная отделением этой фирмы (Лейк-Стивене, шт.Вашингтон) модель 3314А построена с использованием двух отдельных ЦАП, управляющих источниками тока; один из них служит для обеспечения симметрии, другой — частоты. Этот прибор позволяет получать сигналы самой различной формы с высокой степенью выдерживания точности частоты при отклонении не более 0,05% номинального значения. Кроме того, по точности амплитуды, составляющей 0,2%, этот прибор в 2,5 раза превосходит другие подобные приборы. Модель 3314А позволяет также легко инвертировать сигналы произвольной формы, что особенно удобно при формировании симметричной волны с произвольными отклонениями, например прямоугольной волны с положительными и отрицательными выбросами и затуханием высокочастотной составляющей на плато.

Сейчас рынок наводнен множеством сигнал-генераторов на базе микропроцессоров, но между ними мало функциональных различий. Поэтому данная область также представляется уже созревшей для модульного конструирования, чтобы пользователь мог приспособить центральный блок для выполнения необходимых функций.

Однако для частот порядка 1 ГГц модульные конструкции пока не подходят, поскольку существующая техника межсоединений не позволяет получить сигнал высокой степени чистоты. Необходимость получения сигнала высокой чистоты, обусловленная плотным размещением ЧМ-радио и СВЧ-телевизионных каналов, требует пока использования немодульного подхода при создании изделий.

До середины 1980г. существовал только один широкополосный программируемый сигнал-генератор, позволяющий синтезировать сигналы высокой степени чистоты — прибор 8662А фирмы HP. Затем фирма John Fluke Manufacturing Co. (Эверетт, шт.Вашингтон) выпустила генератор типа 6070А, несколько поступившись техническими характеристиками, но зато снизив стоимость почти наполовину по сравнению с 8662А. Осенью 1981 г. английская фирма Marconi Instruments Ltd. (Сент-Олбанс, Хартфордшир) доказала, что для сигнал-генераторов с резонаторной настройкой еще есть место в век программирования, выпустив прибор 2017, который обладает шумовыми характеристиками, лучшими, чем у генератора 6070А фирмы Fluke, и притом имеет примерно такую же цену.

Усиление конкуренции

Теперь фирма Racal-Dana, по-видимому, способствовала усилению конкуренции, выпустив свой генератор типа 904, который дает более чистый, чем другие подобные приборы, сигнал, поскольку фазовый шум у него на 142 дБ ниже при отклонении всего на 3 кГц от 650-МГц несущей, и при этом по цене он находится где-то между приборами фирм Fluke и Marconi и генератором 8662А фирмы HP. Однако фирма HP считает сигнал-генераторы своей сферой и не замедлит отреагировать на это в предстоящем 1983г.

Тем временем этот гигант приборостроения интенсивно работает над тем, чтобы сохранить свое ведущее положение в области приборов СВЧ. Исследовательский центр этой фирмы в Пало-Альто, шт.Калифорния, разрабатывает интегральные схемы на арсениде галлия для гетеродинного генерирования сигналов СВЧ. Фирма уже применила полевые транзисторы на GaAs в своем сигнал-генераторе на частоты 5,4—12,5 ГГц.

Система разработки iPDS, созданная в фирме Intel, стоит менее 5000 долл., что знаменует начавшееся в 1982г. снижение цен на автономные приборы для раз
Рис.4. Система разработки iPDS, созданная в фирме Intel, стоит менее 5000 долл., что знаменует начавшееся в 1982г. снижение цен на автономные приборы для разработки. Подобно прибору Nicolet-Paratronics NP764, например, операционная система СР/М этого устройства и клавиатура делают его чем-то вроде личного компьютера.

И хотя фирма HP, возможно, еще не готова к использованию арсенид-галлиевой технологии интегральных схем, она утверждает, что ее конкуренты не ушли слишком далеко вперед в части обеспечиваемой функциональности. Например, фирма Wiltron Corp. (Маунтен-Вью, шт.Калифорния) недавно выпустила широкополосный СВЧ-генератор качающейся частоты по цене 31 тыс. долл. Этот прибор с резонаторной настройкой перекрывает частоты от 10 МГц до 26,5 ГГц, что превышает показатели любого до сих пор выпущенного генератора качающейся частоты. Теперь отделение фирмы HP (Санта-Роса, шт.Калифорния) ответило на это выпуском генератора качающейся частоты с синтезатором типа 8340А, который характеризуется значительно меньшим уровнем шумов, но, правда, имеет более высокую цену: 68,9 тыс. долл.

Предстоит еще услышать о деятельности в этой области фирмы Systron-Donner Corp. (Конкорд, шт. Калифорния). После некоторого периода затишья, который испытала эта фирма с тех пор, как она вошла в британское объединение Thorn EMI, она должна проявить себя в 1983г. достижениями в области приборов СВЧ.

Предполагается, что фирма Systron-Donner пойдет по пути, который использовала фирма HP для повышения технических характеристик своего анализатора спектра типа 3047А. Специальный пакет программного обеспечения, кото рый реализуется при помощи настольного компьютера 9836А, входящего в состав этой системы, позволяет измерять фазовый шум с точностью в пределах 2 дБ, что примерно вдвое выше точности ранее возможных измерений. Этому первому шагу повышения точности высокочастотных измерений путем использования средств программного обеспечения и возможностей компьютера последуют и другие. Параллельно будет развиваться и тенденция системного подхода — увязывания в единое целое приборов, генерирующих испытательные сигналы, и приборов для анализа.

Используя устройства считывания линейчатого кода и терминал, который виден на заднем плане, техник по ремонту плат может определить, какие неисправные
Рис.5. Используя устройства считывания линейчатого кода и терминал, который виден на заднем плане, техник по ремонту плат может определить, какие неисправные детали обнаружила система испытания плат GenRad Tracs. Эта система поможет проложить путь к созданию полностью автоматизированного участка на предприятии.

По мере того как стремление к системным решениям набирает темп во всех областях контрольно-измерительной аппаратуры, все более желательным представляется создание такого положения, при котором собранные данные были бы доступны не только тем, кто их получил, но и другим разработчикам. Средством для этого может быть создание базы данных, в которой будет храниться необходимая информация и доступ к которой будет осуществляться при помощи сетей различного типа, начиная от сравнительно медленнодействующих сетей IEEE-488 и кончая такими быстродействующими, как Ethernet. Сталкиваясь с широким разнообразием таких сетей, многие пользователи стремятся выбрать для себя наиболее подходящие. Однако похоже на то, что не существует одного «наилучшего» решения, и поэтому в 1983г., несомненно, предстоят усиленные разработки средств сопряжения различных сетей.

Приспосабливать или изобретать!

Для изготовителей контрольно-измерительной аппаратуры вопрос состоит в том, следует ли им принимать существующие схемы сетей или изобретать новые и создавать необходимые средства для их сопряжения с сетями существующих типов такими, как Ethernet. Крупные фирмы, разрабатывающие автоматическое испытательное оборудование, в этом вопросе разделились на две группы.

Например, фирмы Computer Automation Inc. (Эрвин, шт.Калифорния) и Teradyne Inc. (Бостон, шт.Массачусетс) последовали за фирмой GenRad Inc. (Конкорд, шт.Массачусетс) и создают свои собственные сети. Более того, вслед за сетью GRnet для больших многофункциональных тестеров GenRad разрабатывает сейчас другую сеть для настольных тестеров.

С другой стороны, доминирующая в области автоматической испытательной аппаратуры фирма Fairchild Camera & Instrument (Маунтен-Вью, шт.Калифорния) обратилась к использованию совместимой с Ethernet сети, разработанной фирмой Ungermann-Bass Inc. Другие изготовители автоматической испытательной аппаратуры намерены последовать за фирмой Fairchild и несколько позднее объявят о своих планах.

Фирма Computer Automation, помимо того что она создает свою собственную схему сети, вступает сейчас на путь нового метода проведения испытаний, которые она предпочитает называть дофункциональными испытаниями в отличие от своего традиционного подхода, состоящего в создании функциональных тестеров. Сейчас фирма уже выпустила свой первый тестер, предназначенный для внутрисхемных испытаний, что является данью возникшему рыночному спросу на такие системы. В то же время на рынке тестеров для плат логических схем с эмиттерными связями разгорается жесткая конкурентная борьба между фирмами GenRad и Lehntel Inc. (Уолнат-Крик, шт.Калифорния). Однако, несмотря на то что эти три фирмы серьезно занялись созданием тестеров для внутрисхемных испытаний, они настороженно следят за успехом системы L200 фирмы Teradyne, в которой внутрисхемные испытания сочетаются с функциональными. Это дорогостоящее устройство нашло применение в фирмах Western Electric и IBM, что всегда является хорошим показателем для фирм, занимающихся производством контрольно-измерительной аппаратуры. Фирма Teradyne работает сейчас над снижением стоимости подобных систем, но то же делают и ее конкуренты. Поэтому в предстоящем 1983г. здесь будет происходить ожесточенная рыночная борьба.

Процессор GenRad для технического обслуживания в условиях эксплуатации представляет собой первую из серии автоматизированных систем для отыскания неис
Рис.6. Процессор GenRad для технического обслуживания в условиях эксплуатации представляет собой первую из серии автоматизированных систем для отыскания неисправностей, которые со временем замкнут цепь между разработкой, производством и эксплуатацией.

Фирмы надеются, что эта борьба будет происходить под знаком увеличения капитальных затрат пользователями. Недавно на рынке тестеров для внутрисхемных испытаний, который является наиболее сильным из всех рынков автоматической испытательной аппаратуры, появились признаки ослабления. Такие технологические достижения, как система J941 фирмы Teradyne, которая решает проблему производительности в случае особо длинных тест-последовательностей, а также быстродействующий тестер GR-16 фирмы GenRad, направлены на удовлетворение давно ощущавшейся потребности, но они также натолкнулись на нежелание выделения необходимых средств со стороны потенциальных покупателей.

Этот рынок может также претерпеть существенные изменения по мере того, как изготовители интегральных схем начинают раскрывать больше информации относительно собственной методики испытаний и предоставляют пользователям более широкий выбор режимов испытаний стандартных изделий. Действительно, по мере того как возрастает сложность кристаллов и стоимость испытательных систем, вполне вероятно, что изготовители и специализированные испытательные фирмы будут проводить испытания комплектующих изделий в большем объеме, чем сборочные предприятия.

С другой стороны, для будущих интегральных схем, по-видимому, понадобятся менее сложные тестеры в связи с тем, что при создании новых кристаллов теперь будут применяться такие принципы, как использование диагностических средств с опросом состояний. Даже заказные и полузаказные кристаллы могут иметь схемы самотестирования. Поэтому основным показателем для будущих тестеров производственной линии будет не сложность тестируемой схемы, а производительность, и их стоимость начнет падать по мере того, как они будут становиться проще и приспосабливаться к автоматизации.

Для простого отыскания дефектов в отказавших интегральных схемах шире будет применяться неконтактная растровая электронная микроскопия. Кроме того, более широкое применение получат встроенные испытательные схемы на платах, что поведет к изменению характера и стоимости производственных испытаний этого класса.

В 1983г. предполагается начало внедрения производственных испытаний высшего класса, а именно системных испытаний. Фирма GenRad уже приступила к решению этой задачи, создав свой прибор типа 2620 стоимостью ниже 10 тыс. долл., который позволяет производить проверку, начиная от целой системы и кончая уровнем компонентов. Такие приборы, построенные по принципам разработанных фирмой IBM испытательных систем, поступят на рынок от целого ряда изготовителей автоматической испытательной аппаратуры, а также и от других изготовителей контрольно-измерительных приборов. В области приборов для технического обслуживания фирма Data I/O (Белвью, шт.Вашингтон) предприняла важный шаг, выпустив в продажу простой сигнатурный анализатор, и этому примеру собираются последовать другие фирмы. Одновременно с появлением этих новых приборов будет продолжаться и совершенствование традиционных в горниле международной конкуренции. Особенно усилится наступление японских фирм в области дешевых осциллографов.Ручные портативные цифровые мультиметры станут в функциональном отношении более похожа на дешевые настольные варианты, а контрольно-измерительная аппаратура для технического обслуживания в условиях эксплуатации уже становится в высокой степени модульной благодаря интерфейсному контуру, разработанному фирмой HP в 1982г.

И, наконец, 1983г., возможно, запомнится как год, когда на поверхность снова всплывут всевозможные аспекты аналоговых испытаний в условиях эксплуатации, поскольку многие из тех, кто занимается техническим обслуживанием, считают, что решение проблем аналоговых испытаний значительно сложнее, чем цифровых. Поэтому можно ожидать повышения спроса на специалистов по аналоговому сигнатурному анализу.

Дочерние статьи:

Ярый сторонник тестируемости плат

Разработчик методов испытаний на кристалле

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 55, No.21 (651), 1982г - пер. с англ. М.: Мир, 1982, стр.60

Electronics Vol.55 No.21 October 20, 1982 A McGraw-Hill Publication

Раздел: ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Тема:     Испытания и измерения




<<< Пред. Оглавление
Начало раздела
След. >>>

Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/Archiv/Elc1982/F19821020Elc044.shtml