《電子技術(shù)應(yīng)用》
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中國致力推動NB-IoT 或成未來基礎(chǔ)儀器的發(fā)展重點

2018-03-12

物聯(lián)網(wǎng)測試范圍廣泛,且終端產(chǎn)品對價格相當敏感,為滿足芯片商與系統(tǒng)商以最低成本購置基礎(chǔ)儀器的需求,儀器商持續(xù)提升基礎(chǔ)儀器軟、硬體效能,以迎合物聯(lián)網(wǎng)市場脈動。

物聯(lián)網(wǎng)持續(xù)帶動感測器、無線射頻、低功耗電源管理元件等測試商機,而在物聯(lián)網(wǎng)少量多樣、低成本的發(fā)展趨勢之下,儀器商持續(xù)加碼基礎(chǔ)儀器解決方案,軟硬體效能皆向上攀升,期滿足芯片廠、系統(tǒng)廠以最低成本添購基礎(chǔ)儀器的需求,

有利于產(chǎn)線整合高效/輕便VNA受歡迎

安立知(Anritsu)業(yè)務(wù)暨技術(shù)支援部經(jīng)理林光韋(圖1)表示,現(xiàn)今物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備多會整合各種RF天線,而為提升產(chǎn)品量產(chǎn)效率與出貨時程,如何有效的整并產(chǎn)線空間,進而增加生產(chǎn)線整體效率,成為物聯(lián)網(wǎng)裝置制造商之重點。也因此,向量網(wǎng)路分析儀(VNA)在設(shè)計上,除仍保持高效能之外,是否具備“小體積”,也是現(xiàn)今客戶在意的事。畢竟傳統(tǒng)的VNA體積不小,易影響產(chǎn)線空間整合。

林光韋說,此外,傳統(tǒng)VNA的埠(Port)數(shù)眾多,且功能繁多。然而,物聯(lián)網(wǎng)裝置制造商在產(chǎn)品測試上,未必需要太多復雜的功能,有時可能只須檢測單純的參數(shù)就行;若購買傳統(tǒng)的VNA,不僅體積大、成本高,有時甚至連一半的功能都用不上。再加上未來待測物會整合越來越多射頻(RF)元件,但VNA不太可能為此持續(xù)增添埠數(shù),否則體積會過大。

所以,要量測多種RF待測物時,VNA一定會搭配Switch,以增加量測埠數(shù),但隨著傳輸速度越高,VNA搭配Swith,再加上傳輸纜線,中間訊號的損耗(Lost )也會變多,這也是使用傳統(tǒng)VNA于產(chǎn)線測量時須注意之處。

也因此,高效能、小體積的VNA需求漸增,其不僅有利于產(chǎn)線空間整并,且價錢也便宜許多。為此,安立知推出小體積,1-Port的VNA--ms46121a/ms46121b。該系列產(chǎn)品為低成本和空間緊湊型解決方案,體積小到可以直接連接到接受測試的裝置,且同樣能提供高效能與高精準度。

除了體積小和高效能外,安立知業(yè)務(wù)暨技術(shù)支援部資深應(yīng)用工程師程昭團(圖2)指出,該產(chǎn)品另一個優(yōu)勢為不具資安疑慮。過往VNA多會內(nèi)建電腦,而此款產(chǎn)品采用USB直接連接的方式,讓使用者從外接電腦執(zhí)行安全控制,因此機上不具資料儲存空間,不會有資料外泄的問題。此一特性讓部分對資安控管十分嚴格的業(yè)者而言,相當有吸引力,且體積小、成本低,對于產(chǎn)線的整合很有幫助。

另一方面,聯(lián)網(wǎng)世代的到來,除使VNA漸朝高效能、小體積發(fā)展之外,傳輸速度的增加,使得量測市場也出現(xiàn)了新的商機,例如治具商或印刷電路板(PCB)業(yè)者于材料方面也逐漸產(chǎn)生量測需求。

程昭團說明,聯(lián)網(wǎng)設(shè)備少量多樣,待測物會以不同形式出現(xiàn),使得治具的樣式也跟著多樣化。隨著高速傳輸世代到來,過往的材料逐漸無法負荷現(xiàn)今的傳輸速率,因此治具商、電路板業(yè)者紛紛找尋新的材料制作產(chǎn)品,因而衍生出新商機,也就是材料測試,這些治具商或電路板廠逐漸有購買VNA或與量測儀器商共同合作,成為第三方合作對象的趨勢出現(xiàn)。

NB-IoT商機潛力龐大基礎(chǔ)儀器CP值要更高

羅德史瓦茲(R&S)通路商管理事業(yè)部專案經(jīng)理楊凱能(圖3)則說,多數(shù)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)廠,往往不需要獨自開發(fā)芯片,而是以購買模組制作產(chǎn)品為主。因此,所需要的量測儀器跟研發(fā)單位(RD)不同,不需要高階的儀器測試芯片效能,僅需“經(jīng)濟實惠”的基礎(chǔ)儀器,于生產(chǎn)線上針對產(chǎn)品品質(zhì)進行簡易的測試?;诖艘辉?,這些業(yè)者自然對于基礎(chǔ)儀器的“價格”會有較多的考量,因他不需復雜的功能,只需簡單幾項測試即可。

鑒于不同物聯(lián)網(wǎng)裝置制造商所需要的量測功能不盡相同,R&S除了高階產(chǎn)品之外,另有一系列完整的經(jīng)濟型量測儀器。同時,為了拓展基礎(chǔ)儀器市場商機,R&S也于1/30號推出一系列經(jīng)濟型新產(chǎn)品,涵蓋數(shù)位示波器、頻譜分析儀、網(wǎng)路分析儀、天線分析儀及電源供應(yīng)器等五大產(chǎn)品線。

例如,新推出的RTB2000/RTM3000/RTA4000系列示波器,頻寬選擇從70MHz到1GHz,可提供靈活的選擇;同時亦提供多種升級選項,包括16個數(shù)位通道的整合邏輯分析儀(MSO)、多種協(xié)議解碼和觸發(fā)選項、任意波形及訊號產(chǎn)生器。

又或是針對教育市場,R&S也發(fā)表R&S FPC1000。該產(chǎn)品具備靈活的升級選擇,以及高效的射頻效能,且具備分辨率高的顯示螢?zāi)?;并整合Wi-Fi功能,可透過應(yīng)用程式進行遠端遙控,使教學、生產(chǎn)或基礎(chǔ)研究這些需要頻譜分析功能的應(yīng)用有事半功倍之效。

事實上,對于現(xiàn)今物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品測試需求,羅德史瓦茲應(yīng)用工程部經(jīng)理林志龍(圖4)指出,各儀器商于技術(shù)部分,并沒有遭逢太大的技術(shù)挑戰(zhàn),因為多數(shù)測試產(chǎn)品、項目都大同小異。不過,電源仍是目前的測試重點,因物聯(lián)網(wǎng)裝置皆朝低功耗發(fā)展,希望延長使用壽命。

為此,R&S也備有R&S RT-ZVC多通道電源探棒,可與R&S CMW500無線通訊測試儀搭配使用,以監(jiān)測芯片組、無線模組,以及行動裝置之電源功耗,是目前市場上唯一可將電池消耗數(shù)據(jù)與RF訊號相連結(jié)的解決方案。該產(chǎn)品具有18位元的量測分辨率,可在奈米安培電流范圍中進行量測。

另一方面,林志龍也認為NB-IoT將會是未來基礎(chǔ)儀器的發(fā)展重點,特別是中國市場。目前中國正致力推動NB-IoT,且逐漸有許多應(yīng)用出現(xiàn),例如智慧家庭。NB-IoT的開發(fā)工具組(Development kit)十分便宜,只要一兩千元臺幣,而終端產(chǎn)品也多在幾百元臺幣,于是,經(jīng)濟實惠的基礎(chǔ)儀器,便成為NB-IoT裝置制造商的首要選擇,進而衍生出新的市場商機。

林志龍再以藍牙應(yīng)用為例子,指出現(xiàn)在坊間已有搭載藍牙的鑰匙圈或是防丟器,可與手機相連,實現(xiàn)貴重物品放丟失的提醒,當距離超過設(shè)定的安全距離時,手機及貴重物品上的防丟器會同時響起警報,并定位設(shè)備丟失的位置。這些產(chǎn)品的開發(fā)工具組也十分便宜,且終端產(chǎn)品價格不高,約在幾十元到幾百元之間;而這類應(yīng)用如同NB-IoT一樣,終端產(chǎn)品價格不高,但測試需求大,因此對于基礎(chǔ)儀器而言,也是很大的潛在商機。

臺灣羅德史瓦茲總經(jīng)理王鴻則指出,因應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)各式產(chǎn)品的測試需求,該公司的經(jīng)濟型產(chǎn)品線,除須具備高性能,也須在價格方面更具競爭力,才能使上述的物聯(lián)網(wǎng)裝置業(yè)者在有限的預算范圍內(nèi)也能選擇高品質(zhì)的儀器。未來該公司也期望借由高性價比的優(yōu)勢,將旗下產(chǎn)品推向更多應(yīng)用層面,以滿足使用者不同的量測需求。

物聯(lián)網(wǎng)量測需求增安全防護不可缺

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品多樣,量測需求也不盡相同,而儀器商就如同軍火商,于物聯(lián)網(wǎng)市場中,針對不同的廠商制作的物聯(lián)網(wǎng)裝置,提供多元的產(chǎn)品供選擇。是德科技(Keysight Technologies)行銷處副總經(jīng)理羅大鈞(圖5)透露,物聯(lián)網(wǎng)從一開始發(fā)展到現(xiàn)在,重點不外乎是連網(wǎng)技術(shù)(有線和無線)及功率電源。因此,以儀器商角度而言,最主要的重點便是如何透過旗下產(chǎn)品,協(xié)助物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造商,加速進入市場及開發(fā)智慧化的聯(lián)網(wǎng)裝置。

然而,由于連網(wǎng)為物聯(lián)網(wǎng)裝置的必備功能,因此,如何實現(xiàn)完善的“資安防護”,也成近來物聯(lián)網(wǎng)市場的發(fā)展重點,相關(guān)的測試需求也逐漸興起。羅大鈞舉例,近來盛行的近場通訊(NFC)行動支付,也是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用一環(huán),而這方面對于資訊安全的要求十分嚴謹,須符合NFC論壇的認證機制與要求,因此測試需求也往上攀升,特別是在中國這一行動支付盛行的國家,對于這類儀器的需求更大。

為此,該公司旗下也備有T3111S NFC認證測試系統(tǒng)作為其NFC裝置驗收測試平臺。該產(chǎn)品具備輕巧靈活的配置,可協(xié)助工程師執(zhí)行射頻和協(xié)定認證量測,以深入評估NFC裝置的效能;且其標準測試套件可全面涵蓋NFC論壇、EMV L1,以及ISO測試標準所要求的NFC測試項目。

此外,T3111S是第一套符合所有NFC論壇驗證要求的測試系統(tǒng),這些認證測試包括數(shù)位協(xié)定、類比、LLCP和SNEP。該系統(tǒng)同時也是NFC論壇認證計畫采用的第一套測試平臺。

另一方面,因應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)安全需求,除具備T3111S NFC認證測試系統(tǒng)之外,是德科技也于2017年收購一間名為IXIA的軟體公司,以提升電子設(shè)計、設(shè)備和網(wǎng)路驗證,以及應(yīng)用和安全性能等技術(shù)能量。

Ixia擁有廣泛的IP組合,包括網(wǎng)路通訊、可見性、應(yīng)用和安全技術(shù)。此外,Ixia的IP還包括廣泛的網(wǎng)路和無線協(xié)定,這將擴大是德科技在無線通訊行業(yè)中的優(yōu)勢,并打造由第1層到第7層的端到端解決方案的獨特組合,全面評測從移動設(shè)備到資料中心和云的性能,滿足快速增長的5G通訊設(shè)計和測試生態(tài)系統(tǒng)的需求,以及物聯(lián)網(wǎng)之安全性和應(yīng)用性能要求。

IoT朝小型/高整合發(fā)展測試技術(shù)挑戰(zhàn)多

針對物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展,國家儀器(NI)自動化測試技術(shù)市場工程師馬力斯則是認為,物聯(lián)網(wǎng)對終端應(yīng)用勢必有更高整合度與更低成本的需求。不論是芯片、模組或系統(tǒng),小型化和高度整合化的趨勢,并不會為物聯(lián)網(wǎng)增加硬體成本和功耗,而是為應(yīng)用中的測試技術(shù)提出更高要求。

例如,對于傳統(tǒng)蜂巢式網(wǎng)路手機來說,射頻模組部分需要10~20美元(約300~600臺幣)左右的

成本價,但這樣的價格對于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來說是難以接受的“高價” 。無論對于可穿戴設(shè)備,或汽車中的e-call模組,這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上的射頻模組,將以更低的價格追求更大規(guī)模的應(yīng)用。其中更值得注意的趨勢是,傳統(tǒng)射頻模組將漸漸設(shè)計成高度整合的射頻芯片,進一步將成本壓縮到小于1美元的區(qū)間。

其次,硬體成本和整合度上的巨大壓力將擴大到測試環(huán)節(jié),無論是研發(fā)驗證性測試還是量產(chǎn)測試,廠商都須要提供更低價格的方案以滿足需求。然而,成本考慮因素當然不僅只于設(shè)備硬體和人力成本,更科學的方法為計算從開發(fā)、部署到維護測試系統(tǒng)的總整體擁有成本(Total cost of ownership),此助于理解高質(zhì)量產(chǎn)品及縮短上市時間對于業(yè)務(wù)成本的影響。

為此,未來儀器之發(fā)展重點,便是對于測試成本的優(yōu)化。相較于傳統(tǒng)的臺式儀器,模組化的解決方案可完成多種測試環(huán)境。在實驗室中,傳統(tǒng)使用的臺式儀器雖然能很好地滿足特性分析的任務(wù),但是現(xiàn)在產(chǎn)品的復雜度提升,諸如物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品,都是各種訊號的混合,在模擬訊號上加入數(shù)字甚至是RF訊號,此時就須要使用多臺儀器,如示波器,訊號產(chǎn)生儀,向量訊號產(chǎn)生器及向量訊號接收器等。

然而,多臺儀器間現(xiàn)在的方法都是使用GPIB進行連接,而GPIB的使用并沒有很好地進行多臺儀器同步,以及GPIB數(shù)據(jù)頻寬的限制并不能將大量數(shù)據(jù)實時分析。為此,NI便采用PXI模組化儀器,PXI基于PCIe上加入的定時同步機制,讓模組化儀器之間的數(shù)據(jù)頻寬和同步定時達到更好的效果,這對于加快產(chǎn)品上市時間有相當?shù)膬?yōu)勢。

除此之外,在量產(chǎn)測試中,傳統(tǒng)的自動化測試設(shè)備(ATE)雖然能夠滿足功能上的實現(xiàn),但物聯(lián)網(wǎng)芯片對于價格上的嚴苛要求,以及對RF訊號的覆蓋能力,讓廠商在選擇ATE的時候需要更慎重地考慮。為此,NI也推出專為半導體量產(chǎn)測試的STS(Semiconductor Test System),以業(yè)界標準的工業(yè)接口設(shè)計,搭配高效的射頻測試能力,并實現(xiàn)多個待測件并行測試,滿足物聯(lián)網(wǎng)測試的要求。

最重要的是,NI的平臺都是基于PXI模組化儀器,因此在實驗室和量產(chǎn)測試之間都是使用的統(tǒng)一平臺,用同樣的軟體和硬體來完成多種測試環(huán)境的覆蓋,這將有效減少Data correlaTIon時間,提升上市周期,減少總體測試成本。

據(jù)悉,在這個以軟體為中心的模組化平臺上,測試工程師們可以利用簡單易用,結(jié)構(gòu)清晰的軟體工具和靈活的模組化硬體,來創(chuàng)建完全用戶定義的測控系統(tǒng)。使用測試應(yīng)用開發(fā)軟體(如NI LabVIEW)可以快速開發(fā)高效的應(yīng)用程序,在此基礎(chǔ)上,使用測試管理軟體(如NI TestStand)進行測試流程控制,可最大程度的利用硬體資源,而工程師也能根據(jù)測試需求的變化迅速在模組間進行互換或重新配置模組的功能。

馬力斯表示,正如之前所提到,物聯(lián)網(wǎng)時代下,儀器需要對全新、甚至還在進行規(guī)格指定的無線協(xié)議有更超前的支援,同時對于變化的市場儀器本身更需要靈活且彈性的方式應(yīng)對。因此,以軟體為中心的模組化儀器方法是儀器行業(yè)進展的方向之一。這種基于軟體的解決方案讓用戶可以完全控制他們的系統(tǒng),在同一個軟體平臺上,根據(jù)特定的需求,整合通用的模組化硬體,建構(gòu)其測試系統(tǒng)。

關(guān)稅/政策優(yōu)勢加持普源力攻第三世界市場

物聯(lián)網(wǎng)風潮席卷全球,少量多樣的測試需求有增無減,而基礎(chǔ)儀器業(yè)者也致力拓展市場新版圖。普源精電(RIGOL)國際銷售部市場經(jīng)理潘光平表示,第三世界國家如中東、南非或是印度等,由于中小企業(yè)數(shù)量多,加上預算考量,因此,中低階的基礎(chǔ)儀器發(fā)展深具潛力,而普源由于是中國企業(yè),在政策、關(guān)稅等優(yōu)勢加持下,進軍第三世界市場十分有利。

潘光平指出,對主打中低階市場的儀器商而言,第三世界國家市場發(fā)展?jié)摿κ铸嫶?。以印度為例,過往印度多以軟體發(fā)展為主,然而,隨著物聯(lián)網(wǎng)興起,印度現(xiàn)今也積極研發(fā)硬體設(shè)備,物聯(lián)網(wǎng)硬體元件的制造和出口也逐漸增加,測試需求也隨之興起;至于俄羅斯,則如同中國大陸一般,腹地廣,因此市場需求量也大。

然而,由于第三世界國家中小企業(yè)數(shù)量多,因此在“預算”的掌控上相當在意,越經(jīng)濟實惠的產(chǎn)品越能吸引業(yè)者注意;所以,不僅普源,就連是德科技(Keysight Technologies)、太克科技(Tektronix)或羅德史瓦茲(R&S)等大型儀器商,也都全力搶攻第三世界市場。

然而,面對是德、太克的激烈競爭,普源究竟有何優(yōu)勢可與其一較高下?對此,潘光平說明,大型儀器商雖有較多資源、財力,但仍不見得有利。以中東為例,由于政策使然(如北美貿(mào)易協(xié)議),美國有些產(chǎn)品無法輸入中東國家,相對也會限制是德、太克等美國企業(yè)產(chǎn)品銷售。

潘光平再以印度為例,由于印度稅高,產(chǎn)品進口會征收20%的稅額,因此上述儀器商的產(chǎn)品,在印度的售價相當?shù)母?;而中國與印度簽有貿(mào)易協(xié)定,貨物進口的關(guān)稅優(yōu)于20%,因此產(chǎn)品價格相較于是德、太克等業(yè)者低上許多,對于拓展印度市場是一大利多。

潘光平說,第三世界國家一定也有大型企業(yè),有購買高階量測儀器的需求,但中小企業(yè)仍是主要的生態(tài)族群;因此,普源致力推出性能佳、操作方便,且價格實惠的產(chǎn)品,拓展第三世界基礎(chǔ)儀器市場,再加上上述所提的關(guān)稅、政策等優(yōu)勢,普源未來發(fā)展可說十分有利。

物聯(lián)網(wǎng)趨勢一變再變經(jīng)濟實惠為不變宗旨

物聯(lián)網(wǎng)測試應(yīng)用廣泛,涵蓋無線通訊、車用市場、智慧家庭及穿戴式裝置等應(yīng)用領(lǐng)域,然而,在降低成本的準則之下,市場也出現(xiàn)新的變化,為儀器商帶來新的挑戰(zhàn)。

羅大鈞表示,由于物聯(lián)網(wǎng)裝置價格不高,加上制程成熟之后,產(chǎn)品出錯的機率越來越低,于是現(xiàn)在有些系統(tǒng)廠,在量產(chǎn)階段便跳過產(chǎn)品測試,直接出貨。也就是說,由于前期開發(fā)過程比較嚴謹,有許多規(guī)范要驗證、檢測,研發(fā)端的測試需求仍在;但是到了量產(chǎn)階段的時候,有些業(yè)者會為了減少成本,選擇跳過成品測試,直接出貨,而這種情況對基礎(chǔ)儀器的銷售而言,會是一大挑戰(zhàn)。

對此,潘光平指出,現(xiàn)在市場的確有這樣的情況,不過只能說這是少數(shù)“投機”業(yè)者的做法。這樣的方式雖然可以省去量產(chǎn)時的測試成本,但對于產(chǎn)品品質(zhì)沒有保障,亦容易讓消費者有不好的使用體驗。因此,大部分的業(yè)者仍會于量產(chǎn)時進行產(chǎn)品測試,以確保品質(zhì),如此一來,生意才會做得長久。

總而言之,物聯(lián)網(wǎng)市場持續(xù)變化,但唯一不變的,便是其背后的龐大商機;而儀器商紛紛備妥各式的解決方案,以因應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)制造商多元的測試需求,確??蛻裟芤宰罱?jīng)濟的方案,完成多樣的測試項目。


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