Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/Archiv/Elc1987/D19870205Elc037.shtml

Новые тенденции в секторе лабораторных измерительных приборов

УДК 621.317.7.003

Джордж Сайдерис
Редакция Electronics

George Sideris. What's new in laboratory instruments, pp.89—93.

Традиционные изделия на рынке испытательной и измерительной аппаратуры уступают место новым системам с более высоким быстродействием и расширенными функциональными возможностями. Рассматриваются основные направления развития лабораторных измерительных и испытательных устройств в условиях, когда им приходится конкурировать с многофункциональными программируемыми установками.

Когда-то комплект контрольно-измерительной аппаратуры, который устраивал почти каждого инженера, состоял из аналогового осциллографа, нескольких генераторов сигналов, вольтметров и других подобных устройств. Эти лабораторные измерительные приборы до сих пор широко используются в процессе разработок и при эксплуатационном обслуживании, однако им на смену приходят изделия новых типов — логические анализаторы, цифровые осциллографы и генераторы сигналов произвольной формы. В настоящее время на рынок контрольно-измерительного оборудования, темпы роста которого замедляются, поступает значительно больше различных моделей лабораторных приборов, чем раньше.

Если снижение спроса со стороны пользователей, характерное для всей электронной промышленности, способствует спаду, то в роли движущей силы выступает новая техника, требующая в свою очередь нового контрольно-измерительного оборудования. По мере того как потребители расходовали все больше и больше средств на системы автоматизации проектирования и инженерного труда, автоматическое испытательное оборудование и другую аппаратуру для разработок и испытаний, положение дел в сфере лабораторных измерительных приборов ухудшалось. Развитие новых направлений и в дальнейшем будет способствовать сокращению доли рынка контрольно-измерительной аппаратуры, занимаемой традиционными изделиями. Более того, рост капиталовложений во все виды обычного оборудования для испытаний и измерений, включая новые изделия вроде систем анализа цифровых устройств, будет мал по сравнению с ростом затрат на организацию сетей автоматизации производства и другие виды современных измерительных средств и тестеров.

Другими словами, доля лабораторных измерительных приборов на рынке сбыта измерительной и испытательной аппаратуры уменьшается, а темпы роста сектора лабораторных приборов снижаются. Тем не менее некоторые традиционные приборы благодаря новым техническим решениям отвоевывают свои позиции, причем лучшие результаты достигнуты изготовителями осциллографов.

На рынке этих изделий, объем которого оценивается в 1 млрд. долл., возникли два интенсивно развивающихся направления, каждое из которых своим появлением обязано техническим достижениям. Первое направление представляют приборы с полосой существенно больше 100 МГц, предназначенные для работы с полупроводниковыми ИС, быстродействие которых постоянно возрастает. Изделия второй группы — цифровые осциллографы, или приборы с цифровым запоминанием, — более эффективны при решении сложных задач проектирования, поскольку способны хранить, выводить, обрабатывать и сравнивать параметры наблюдаемых сигналов. В частности, некоторые новые модели располагают процессором быстрого преобразования Фурье (БПФ) и работают в режиме анализа спектра.

В секторе осциллографов с полосой менее 100 МГц основное внимание в ходе конкурентной борьбы уделяется ценам. В результате на рынок в больших количествах поступают недорогие модели. Очень похожая война цен сотрясает и рынок логических анализаторов — приборов, которые, как и цифровые осциллографы, широко применяются при отладке микропроцессорных систем. До сих пор у изготовителей анализаторов не было особых побудительных причин для увеличения рабочих частот приборов выше уровня 100 МГц, поскольку этот уровень удовлетворяет требованиям большинства разработчиков микропроцессорных систем. Тем не менее отдельные компании вышли за пределы 100 МГц, ориентируясь на требования разработников систем, использующих современные сверхбыстродействующие ЭСЛ-схемы, а также кристаллы, разрабатываемые в рамках военной программы создания сверхскоростных ИС.

Кроме того, лабораторные измерительные приборы постепенно становятся многофункциональными и приобретают черты малых контрольно-измерительных систем. Еще один важный фактор, способствующий переменам в отрасли, связан с расширением сфер применений специализированных ИС. Разработчики этих компонентов использовали логические анализаторы и другие стандартные приборы для контроля параметров и функциональных испытаний макетных образцов ИС. Но поскольку такой подход оказался достаточно сложным и требовал больших затрат времени, на смену логическим анализаторам старших моделей приходят более крупные программируемые системы цифрового анализатора для проектирования специализированных ИС и мультипроцессорных систем (рис.1). Целый ряд тестеров наряду с измерительными приборами на базе персональных компьютеров обеспечивает единообразие программных средств на этапах проектирования, производства и эксплуатации изделий.

Многофункциональный тестер. Система анализа цифровых устройств DAS 9200 фирмы Tektronix при верификации специализированных ИС и отладке мультипроцессо
Рис.1. Многофункциональный тестер. Система анализа цифровых устройств DAS 9200 фирмы Tektronix при верификации специализированных ИС и отладке мультипроцессорных компьютеров заменяет несколько логических анализаторов.

Рынок лабораторных измерительных приборов продолжает расти, однако темпы роста снижаются. Данные, взятые из подготовленных редакцией Electronics обзоров состояния рынка США, отражают динамику изменений объема продаж этих изделий с момента появления микропроцессоров. В 1973г. настольные приборы и аналогичные изделия, предназначенные для измерительных комплексов, заполняли практически весь рынок контрольно-измерительной аппаратуры. С тех пор объем продаж систем проектирования микрокомпьютеров, логических анализаторов и приборов на базе персональных компьютеров постоянно увеличивался, и, по прогнозам на 1987г., эти изделия займут 24% всего рынка контрольно-измерительной аппаратуры в США.

Объем сбыта измерительных приборов, контроллеров шины IEEE-488 и другой испытательной и измерительной аппаратуры, в той или иной степени соответствующей первоначальному определению лабораторного прибора, по некоторым оценкам, увеличится в 1987г. примерно на 10% и достигнет 3,4 млрд. долл. по сравнению с 11% и 3,1 млрд. долл. в 1986г.1{Электроника, 1987, №1, «Технико-экономический обзор»}. По отдельным категориям измерительных приборов, которые разрабатывались на базе новых технических решений, ожидается существенное увеличение сбыта. Например, объем продаж универсальных счетчиков-таймеров с 1 нс погрешностью измерений вырастет в 1987г. на 26%, а осциллографов — на 10%. Среди лабораторных приборов нового поколения выделяются системы на базе персональных компьютеров — в 1987г. их будет продано на 15% больше. Однако это приведет к 17%-ному сокращению сбыта систем проектирования микрокомпьютеров. Кроме того, автоматическое испытательное оборудование (АИО), развивавшееся из традиционной контрольно-измерительной аппаратуры, в сфере тестирования компонентов и плат вытесняет комплексы из автономных приборов. Объем продаж АИО в 1987г. увеличится на 12% и достигнет 2,2 млрд. долл., что примерно соответствует половине всего рынка лабораторных приборов.

По прогнозам специалистов фирмы John Fluke Manufacturing Co. (Эверетт, шт.Вашингтон), потребители будут быстро сокращать расходы на приобретение традиционных контрольно-измерительных средств, направляя капиталовложения в новые области, такие, как программируемые сетевые системы и тестовая аппаратура, введенная изготовителем в состав его производственного оборудования. По оценкам представителей указанной фирмы, общие капитальные затраты на приобретение традиционной контрольно-измерительной аппаратуры, составлявшие в 1980г. 2,5 млрд. долл., в 1987г. превысят 5 млрд. долл., а к 1990г. достигнут 7,5 млрд. долл. В то же время специалисты фирмы Fluke определяют уровень расходов на испытательное оборудование нового типа в 4 5 млрд.; 12 млрд. и 20 млрд. долл. соответственно для 1980, 1987 и 1990гг.

Движущей силой в деле совершенствования лабораторных приборов и расширения их сбыта стала потребность в измерительных средствах с улучшенными характеристиками для проектирования и испытаний компьютеров. Анализ обстановки на рынке осциллографов говорит о том, что данный фактор продолжает действовать и в настоящее время. И хотя потребности в этих изделиях удовлетворялись почти полностью, новое поколение осциллографов, как ожидается, снова активизирует рынок.

Объем продаж осциллографов с полосой до 100 МГц в 1986г. не изменился, однако, согласно прогнозу развития рынков, подготовленному редакцией Electronics, в 1987г. сбыт этих изделий увеличится примерно на 5% и достигнет уровня в 646 млн. долл. Между тем в секторе приборов более высокого класса в 1986г. отмечен 12%-ный рост, а прогнозируемый на 1987г. объем продаж составит 494 млн. долл. при 17%-ном росте. Одна из причин такой динамики рынка состоит в том, что для настройки систем, выполненных на ТТЛ-схемах, было вполне достаточно осциллографа с полосой до 100 МГц, тогда как анализ современных систем, построенных на базе высокоскоростных ИС, требует более совершенных приборов.

За пределы 100-МГц полосы

Весной 1986г. фирма Hewlett-Packard Co. (Пало-Альто, шт.Калифорния) выпустила новую серию цифровых осциллографов HP54111 с 250-МГц полосой в режиме однократного воспроизведения (рис.2). Другим изготовителям осциллографов будет нелегко конкурировать с этой компанией, поскольку ее специалистам удалось разработать биполярный параллельный АЦП, функционирующий со скоростью 106 отсчет/с1{В оригинале, по-видимому, опечатка, следует читать 109 отсчет/с. — Прим. перев.}, арсенид-галлиевую схему слежения и хранения, а также 1-ГГц генератор на поверхностных акустических волнах.

Скоростной осциллограф. Цифровой прибор HP54111D работает с полосой 250 МГц в режиме однократной развертки и с полосой 500 МГц при наблюдении периодич
Рис.2. Скоростной осциллограф. Цифровой прибор HP54111D работает с полосой 250 МГц в режиме однократной развертки и с полосой 500 МГц при наблюдении периодических сигналов.

Еще один лидер в сфере лабораторных измерительных приборов — фирма Tektronix Inc. (Бивертон, шт.Орегон — использовала свою патентованную ПЗС-технологию для создания устройств, работающих в диапазоне до нескольких миллиардов отсчетов в секунду. ПЗС-схемы обеспечивают большую скорость при регистрации однократных переходных процессов по сравнению с обычными преобразователями сигналов в цифровую форму. Однако в отличие от параллельных АЦП они вносят задержку в процесс отображения сигнала. Специалисты фирмы Tektronix используют ПЗС-преобразова-тели в цифровых моделях 1-ГГц осциллографов серии 11000, в состав которой входят и аналоговые приборы. Число каналов в этих осциллографах увеличено до 12 — в два раза по сравнению с прежними моделями, причем сигналы любых восьми каналов могут отображаться на экране. По словам Дейвида Уайта, ответственного за маркетинг лабораторных измерительных приборов фирмы Tektronix, эти изделия будут широко использоваться в сфере специализированных ИС, например при корректировке моделей в программах САПР, когда компьютеру поставляется информация обратной связи в виде результатов точных параметрических измерений и оценок рассогласований между сигналами на различных выводах ИС.

Еще один фактор, способствующий росту популярности осциллографов с цифровым запоминанием,— их расширенные функциональные возможности. Недавно специалисты фирмы Prime Data (Сан-Хосе, шт.Калифорния), специализирующейся на исследованиях рыночной конъюнктуры, сравнили между собой аналоговые и цифровые приборы. Было установлено, что аналоговые осциллографы, которых продается пока вдвое больше, чем цифровых, существенно уступают последним по годовым темпам роста сбыта, составившим около 2% по сравнению с 26% для цифровых приборов. Во всем диапазоне значений показателя стоимость — производительность аналоговые осциллографы обеспечивают более широкую полосу частот при наблюдении процессов в реальном времени. Они также более экономичны, поскольку не содержат параллельных АЦП, регистрирующих ЗУ и других высокоскоростных цифровых схем. Зато цифровые осциллографы, благодаря тому что они запоминают форму сигнала, дают пользователю возможность наблюдать сигнал до или после момента запуска, сравнивать между собой и обрабатывать записанные в память сигналы.

Цифровые осциллографы некоторых моделей освобождают рабочий стол инженера от ряда приборов, и в том числе от анализаторов спектра. Новый переносной прибор 4094 фирмы Nicolet Instrument Corp. (Мадисон, шт.Висконсин) комплектуется сменными модулями, позволяющими получать полосу от 100 кГц при 12-разрядном разрешении до 500 МГц (эквивалентная полоса при периодической входной дискретизации) при разрешении 8 разрядов. Осциллограф 4094 выполняет спектральный анализ и арифметическую обработку на частоте 5 МГц и комплектуется дисковым накопителем для сбора данных и хранения программ постпроцессорного анализа.

Еще один конкурирующий с анализаторами спектра осциллограф — это портативный многофункциональный прибор 9400 фирмы LeCroy Corp. (Спринг-Валли, шт.Нью-Йорк). С помощью встроенного процессора БПФ колебания одновременно отображаются во временной и частотной областях с разрешением 1 МГц на частоте 50 МГц и эквивалентной полосой 125 МГц для периодических сигналов.

Одна из примет времени — полное отсутствие сведений по аналоговым осциллографам в новом каталоге фирмы HP. Эти приборы с 1986г. объявлены устаревшими и заменены цифровыми осциллографами среднего класса с аналогичным уровнем цен.

Специалисты компаний Tektronix и HP разработали новые интерфейсы пользователя с упорядоченным расположением органов управления на передней панели, с развитыми автоматическими функциями и меню, которые появляются на экране. Осциллографы фирмы HP выполняют многие измерительные процедуры автоматически с выводом результатов на экран. По словам разработчиков, дисплеи приборов фирмы HP с цветными координатными указателями сокращают время, которое обычно тратится пользователем на сортировку осциллограмм и данных измерений, одновременно отображаемых на экране. Компания Tektronix выпускает модели серии 11000 с сенсорным инфракрасным экраном: приближение пальца к осциллограмме вызывает появление соответствующих параметров; если затем дотронуться до кнопки, эта часть колебания будет отображаться в увеличенном масштабе для детального анализа.

Вместе с тем ведущие изготовители осциллографов учитывают, что большая часть рынка все еще приходится на долю приборов с полосой менее 100 МГц, и поэтому стараются снизить цены на эти изделия. Фирма Philips Test & Measuring Instruments Ins. (Maya, шт.Нью-Джерси), подразделение компании Philips International NV, в 1986г. выпустила на рынок недорогих аналоговых осциллографов конкурирующих с изделиями фирмы Tektronix модели 50-МГц программируемых аналоговых приборов, разработанные для массового производства. Осциллограф РМ 3050 стоит 1245 долл., а прибор РМ 3055 с двойной разверткой — 1345 долл. Представители фирмы Philips заявляют, что цены этих изделий на 150 долл. ниже, чем цены моделей серии 2200 фирмы Tektronix. Еще меньше стоимость изделий фирмы Kikusui Electronics Corp. (Япония), сконструированных без каких-либо излишеств. Выпускаемый этой компанией 60-МГц прибор COS5060 стоит всего 1185 долл.

Подобная тенденция к повышению экономичности изделий наблюдается также в сфере логических анализаторов, где ожидаемые на 1987г. темпы роста составляют только 2%, а объем сбыта — 207 млн. долл. по сравнению с 9% и 202 млн. долл. в 1986г. Девид Блейкмор, вице-президент существующей уже семь лет компании Arium Corp. (Анахайм, шт.Калифорния), считает, что быстрому выдвижению в пятерку ведущих на рынке организаций его фирма обязана изделиям серии NL4100. Эти приборы выполняют 90% функции, обычно требуемых от логического анализатора, а стоят от 2995 до 5850 долл. — в два-три раза дешевле, чем приборы с полным набором функций.

Более того, современные недорогие модели часто комплектуются 100-МГц каналами временного анализа, характерными для более дорогих изделий. В результате для повышения конкурентоспособности на рынке лабораторных приборов ведущим компаниям приходится расширять степень программируемости своих логических анализаторов старших моделей. Среди прочих новых функций в изделиях компаний HP и Tektronix предусматриваются средства анализа технических характеристик систем и их оптимизации. Кроме того, 200-МГц приборы серии HP1631 фирмы HP имеют два канала цифрового осциллографа для измерений электрических параметров и обработки данных. Некоторые изделия отделения систем проектирования и испытаний фирмы Gould Inc. (Купертино, шт.Калифорния) располагают средствами анализа запасов помехоустойчивости и сравнения допусков. Эта компания выпускает также 500-МГц анализатор со встроенным аналоговым каналом, который ориентирован на работу с суперкомпьютерами.

Логические анализаторы лабораторного качества уже достигли технического уровня, необходимого для испытаний современных полупроводниковых приборов. Фирмы Tektronix и Outlook Technology (Кемпбелл, шт.Калифорния) выпускают 2-ГГц изделия, с помощью которых можно выполнять временной анализ 500-МГц ИС. Используя методы дискретизации входных сигналов, применяемые в цифровых осциллографах, специалисты компании Outlook сумели создать прибор Т-100 с разрешением 100 пс.

Одна из причин отмечаемого сейчас замедления темпов сбыта обычных измерительных, приборов состоит в том, что современные многофункциональные изделия вроде универсальных счетчиков во многих случаях избавляют инженера от необходимости пользоваться целым набором настольных приборов. В новых одномодульных системах микропроцессоры координируют работу узлов подобно контроллерам шины IEEE-488, управляющим отдельными приборами стоечного комплекса. Например, генераторы колебаний произвольной формы достаточно «разумны», чтобы заменить источники шумовых напряжений, генераторы функций, свип-генераторы и другие приборы в диапазоне от нулевых до радиочастот.

Приборы для формирования входных воздействий и анализа реакций также выполняются в виде интегрированных систем. Джон Баттин, президент компании Wavetek Corp. (Сан-Диего, шт.Калифорния), предвидит появление изделий, функционирующих в режимах перестраиваемого генератора и анализатора спектра, и заменяющих обычную комбинацию из генератора качающейся частоты и анализатора цепей. Однако пока еще рано сбрасывать со счетов обычные спектроанализаторы. Согласно прогнозу редакции журнала Electronics на 1987г., объем сбыта этих приборов на рынке США увеличится еще на 12% и достигнет 280 млн. долл.

Изготовители лабораторных приборов реагируют и на потребности разработчиков специализированных ИС и мультипроцессорных систем. Для того чтобы обеспечить тестирование этих изделий, на базе старших моделей логических анализаторов созданы системы цифрового анализа с большим числом каналов формирования воздействий и считывания реакций. В системе Atlas компании Dolch Logic Instruments Inc. (Сан-Хосе, шт.Калифорния) число каналов увеличено до 192, причем до 64 каналов может функционировать на частотах до 300 МГц. Новейшее изделие фирмы Tektronix — анализатор DAS9200 — работает на частотах от 20 МГц с 540 каналами до 2 ГГц со 160 каналами, а общее число каналов формирования воздействий достигает 1008.

Недавно появилось несколько новых малых систем для автоматизированных испытаний специализированных ИС, в которых были использованы методы построения логических анализаторов. И хотя АИО для верификации проектных решений слишком велики для лабораторного стола, рассчитаны они на тех же инженеров, которые проектируют специализированные схемы, и на тестирование опытных образцов кристаллов с помощью тестовых векторов и последовательностей, полученных на инженерных САПР Например, специалистами фирмы Hilevel

Technology Inc. (Эрвин, шт.Калифорния) разработана система верификации специализированных ИС Topaz на базе логического анализатора и быстродействующего разрядно-модульного биполярного процессора (рис.3). Установки этой серии имеют 288 контактов подключения и в режиме мультиплексирования каналов работают с частотами от 25 до 100 МГц. Новый пакет преобразования файлов обеспечивает совместимость тестовых программ САПР, верификаторов специализированных схем и больших тестеров ИС.

Совмещение функций. Установка верификации специализированных ИС компании Hilevel Technology использует программы моделирования, загружаемые из системы
Рис.3. Совмещение функций. Установка верификации специализированных ИС компании Hilevel Technology использует программы моделирования, загружаемые из системы проектирования.

Потребность в единообразном программном обеспечении вызвала к жизни еще одно новое направление. Тестеры печатных плат, которые раньше встречались только в производственных помещениях, проектируются с расчетом на лаборатории и эксплуатационное обслуживание. Фирма Fluke, например, недавно выпустила программируемый тестер 9010, который меньше многих логических анализаторов (рис.4). Как говорит Гу Дрей, руководитель производственной и исследовательской деятельности компании Fluke, эта система функционирует вместе с внутрисхемным эмулятором или миниатюрной тестовой головкой в виде матрицы игольчатых контактов и предназначается для поиска неисправностей в платах, которые забракованы большим тестером. Однако, по его словам, такую установку можно эксплуатировать и в лабораториях, где разработчики плат будут составлять программы поиска неисправностей, а затем передавать их техникам в цех или на предприятие пользователя.

Малый тестер печатных плат. Компактный тестер плат 9010 фирмы Fluke используется в лабораториях для анализа неисправностей.
Рис.4. Малый тестер печатных плат. Компактный тестер плат 9010 фирмы Fluke используется в лабораториях для анализа неисправностей.

Персональный компьютер — это еще одно средство, способное изменить облик отрасли лабораторных измерительных приборов. Персональный компьютер PC корпорации IBM и множество подключаемых к нему новых приборов открывают для пользователя доступ к вычислительным ресурсам ЭВМ этой серии и ко всей совокупности инженерных и тестовых программ, созданных в расчете на такие машины. Учитывая сложившуюся ситуацию, Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике учредил комитеты по стандартизации шин PC и PC-AT, а также системы BIOS (базовой системы ввода-вывода) для компьютеров с 16-разрядным микропроцессором 80286 или 32-разрядным 80386 фирмы Intel Corp.

Замедление темпов роста сбыта лабораторных измерительных приборов на рынке США.
Рис.5. Замедление темпов роста сбыта лабораторных измерительных приборов на рынке США.

Сокращение доли рынка, занимаемой традиционными изделиями, в результате появления новых приборов.
Рис.6. Сокращение доли рынка, занимаемой традиционными изделиями, в результате появления новых приборов.

Дочерние статьи:

Ведущая роль Японии в разработке оптоэлектронной измерительной аппаратуры

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 60, No.03 (761), 1987г - пер. с англ. М.: Мир, 1987, стр.54

Electronics Vol.60 No.03 February 5, 1987 A McGraw-Hill Publication

George Sideris. What's new in laboratory instruments, pp.89—93.

Раздел: МЕТОДЫ, СХЕМЫ, АППАРАТУРА

Тема:     Измерительная техника




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

Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:55 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/Archiv/Elc1987/D19870205Elc037.shtml