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PXI:NI迎接无人驾驶和5G等新测试的秘密武器

半导体行业观察 ·2017-05-22 08:53·半导体行业观察
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立于1976年的NI从诞生以来就一直致力于为工程师和科学家提供强大且灵活的解决方案。无论是医疗、汽车、消费电子和粒子物理的客户,都能从NI的集成式软硬件平台获取帮助,NI PXI平台在当中的作用居功至伟。


1997年,NI开发出了这款基于PC的平台。凭借高性能、低成本部署等优势,它被应用到了制造测试、军事和航空、机器监控、汽车和工业测试测试和自动化系统里面。在过去20年里为产业和NI贡献了强大的支持。


20岁的PXI成绩斐然


根据NI介绍,PXI主要由四部分组成,分别是机箱、控制器、模块和软件。由于NI在1998年成立了PXI系统联盟行业协会,由数十个行业成员共同维护PXI的生态,因此PXI拥有了丰富的机箱产品、高性能的控制器、品类众多的模块和功能强大的软件,能够为工程师团队提供全方位的支持。


在日前举办的第十四届NI PXI TAC(Technology Application Conference)上,NI研发副总裁Steve Warntjes先生表示,发展了20年的PXI平台已经有了六十多个供应商,同时也有了2000个以上的模块支持,通过联盟内的供应商自定义功能,高效地解决开发者的问题。



他进一步指出,经过了多年的发展,PXI仪器已经积累了广泛的优势:


更高的测量品质



提高定时和同步;



更低的延迟率和高吞吐率;



高灵活性的软件自定义功能;



借助最新的CPU和FPGA技术,能够大大缩短测试时间;



另外还有广泛的功能仪器组合,能够满足开发者多样化的需求。



除了以上提到的几点外,PXI还有减小尺寸、重量和功耗的特点。且在经过二十年的积累后,PXI平台的创新能力也得到了认可,给平台带来的收益也节节攀升。



为5G的普及提供强有力的支持


前文中我们提到,PXI平台由于具有高度的灵活性和快速的测试速度等特征,再加上拥有强大的软件自定义功能,这就让PXI能够快速切入崛起的新应用领域,如在即将崛起的5G上,PXI平台就能提供强有力的支持。


我们知道,一个新的技术要推广到市场,就需要经过重要的一环——原型验证。而NI的PXI模块化平台和Labview就非常适合于工程师做原型验证。NI公司的屠方泽表示。


他进一步指出,由于5G具有大规模MIMO、毫米波通信、新兴物理层和超密集组网几个特性。这样的话在执行测试的时候,就需要具备实时的系统处理,严格的I/O控制,包括同步、可扩展性严苛的射频需求;另一方面,而这些在原型上碰到的问题,同样也会未来的5G中碰到,因此测试系统就需要满足模块化、频率和信道灵活性和软件定义的信号处理。



从屠方泽先生的介绍中我们得知,模块化指的是因为目前系统的复杂度和集成度提升非常大,测试项目变化非常快速,所以它必须使用最实时、最高效的模块化硬件。它必须集成射频和非射频的部分,来完成一个整体的方案设计;


而频率和信道灵活性,则因为在未来5G可能会使用毫米波的频段进行传输,届时也许每个国家、每个协议使用的频段都是不一样的,那么测试平台则必须可以灵活的扩展毫米波的前端,支持多测试件,支持多频段的范围。同时,因为在未来有更多的MIMO需求,则需要射频的接收和射频的发送有一个严格的时间同步和触发同步,来支持MIMO系统的扩展;


至于软件自定义处理。例如在Massive MIMO这样的测试需求,如果每个通道的测试时间非常冗长,那么会带来整个测试效率的降低,这是我们就需要通过FPGA加速它的测试效率,提高产品上市的时间。


面对这些新需求,在使用台式仪表的传统测试时,可能有会有中频部分、可能有射频的台式仪表,覆盖了很多不必要的测试频段,另外他还有独立的发射端、接收端,需要用不同单一功能的台式仪表进行叠加进行测试,处理能力低下不止,且成本很贵。这时候NI的PXI平台的优势就更明显了。


屠方泽先生举例指出,NI的毫米波测试系统使用FPGA来加速它的测试效率。因为使用模块化的硬件,从而可以灵活的扩展它的系统性能;同时因为使用可定制化的架构,客户可以灵活的去更改它的射频前端覆盖你需要的测试范围,这个就是我们所看到参考的毫米波架构。无论从成本还是性能上都能满足新的需求。



助力无人驾驶汽车的实现


除了5G以外,无人驾驶汽车也是现在产业界关注的另一个热点。和传统的汽车不一样,新的无人驾驶汽车由于拥有了更多的摄像头和传感器,还有各种不同的无线网络,这就让其融合测试变得更复杂,这也是PXI表现的另一个舞台。


NI的杨千惠女士也指出,在汽车上,传感器的分布方式已经逐渐的由传统的分布式布局演变到目前的预集中式布局方式,从而能够更加快速的去响应我们融合数据的需求。这就让整个系统的复杂度非常高,如果再加上后段非常核心的算法处理和决策部分,那么给汽车系统带来的测试难度是空前的。这时候就需要找到一种在质量、创新和成本上平衡的解决方案



市场上看,现在流行有封闭式和平台化的两种解决方案。前者只有厂商了解设备,且功能固定、生态系统封闭;后者则可以让客户自定制解决方案,自定义设计,且具备开放有活力的生态系统。毫无疑问,NI所主导的后者会成为汽车未来测试的好帮手。



基于PXI统一的模块化平台,能够非常方便的将包括雷达测试、机器视觉测试以及V2X通信测试集成在统一的平台上,从而去实现整个智能汽车完整的硬件在环系统的测试解决方案


整个系统基于NI的射频模拟器,能够实现V2X通信信号的模拟,同时结合NI的毫米波雷达前端,去实现车载雷达的目标信号仿真,通过GPU图象处理以及FPGA的故障注入,就能够非常方便的去模拟不同天气情况下的场景测试


除此之外,NI还提供了HIL模拟器,可以支持包括carmaker/prescan的场景仿真,以及CarSim/MATLAB的软件动力学仿真系统,同时能够进行外围的传感器和负载的模拟。也就是说,基于这样一套平台,我们就能够完整的去实现从感知到决策再到执行完整的闭环仿真测试系统。


STS为半导体测试加码


NI PXI平台近年来另一个出色应用,应该就是面向PA/RF/MEMS等需要高度定制化测试方案市场推出的半导体测试系统(Semiconductor Test System,STS)。


在传统的半导体测试中,实验室和量产的时候是两个不同的应用场景。


在实验室中,使用传统的台式仪器来进行半导体特性分析的测试时,这种测试虽然看起来没有任何问题,但是因为我们现在有了更复杂的芯片,越来越多射频芯片的加入,这就需要使用多种仪器进行同时使用,这个时候我们通常使用GPIB或者以太网将我们所有的台式仪器串联起来,但是这样的总线带宽和同步其实并不能很好的满足我们的需求,而这对于我们的IC验证工程师来说是非常致命的。


来到产线这一端,我们使用传统ATE来进行半导体量产测试,这种方法满足像我们的主控芯片memory的测试是完全没有问题,但是随着现在RFIC或者是物联网芯片的加入,我们需要将原有的ATE来进行扩展,才满足需求。另一方面,传统的ATE并不能将我们实验室的数据和量产的数据很好的紧密结合起来,因此我们经常要做一致性的对比,这将耗费巨大的人力和时间来做这样的一致性对比。


于是NI的测试系统就在此时发挥了重要作用。


来自NI的马力斯先生介绍说,NI提供了一个跨越实验室到量产整个鸿沟的平台,其使用的方法在内部的构造都是一致的,都是选用PXI平台,再配合他们包括LabVIEW和TestStand测试管理程序在内的灵活开放的软件,,实现我们整个平台的完整性。NI还方面还在仪器方面实现了多方面的创新。如NI矢量信号收发仪、NI源测量单元和NI基于向量的PXI数字板卡。



VST本身板载的FPGA能够极大地加速测试时间。第二代VST更是将实时的带宽扩展到了1GHz,这将非常适用于多种现在新一代的无线通信系统的测试;而源测量单元SMU则在一个小体积内集成高精度以及高密度这几种特性,满足新环境测试需求;另外,在传统的ATE之中是经常能够看见的,基于向量的PXI数字通道板卡,被NI第一次引入到了PXI平台,帮助优化半导体测试


在量产这一端,NI更是专门设计了STS半导体测试系统,专门为量产测试而打造。在中间他们还为行业标准设计的这种docking接口,配合在实验室使用的设备,以及TestStand天然的多个site并行测试的特性,极大的加速测试


NI大中华区总经理陈健忠先生也指出,在中国大陆现在冒出了很多新的设计公司,他们也会面对从实验室到产线的验证困境,STS的出现能够很完美地帮助解决这个问题。而NI之所以会推出STS,这也是他们的PA、MEMS以及RF等客户在实际测试中碰到相关成本测试复杂等问题,向其求助,进而演化出来的一个解决方案。展望未来这个方案会在这些领域持续大放异彩,他强调。


NI方面还表示,STS既可以当做一个机台应用到量产测试,也可以作为ATE的一个扩充件应用到量产线上,这种兼容性的解决方案,是NI专注为客户解决问题的表现。NI的STS未来也会围绕在模拟和射频上面为大家提供更多的新选择。(文/李寿鹏)


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