混合信號的激勵-響應(yīng)測試在當(dāng)今的測試測量應(yīng)用中變得越來越普遍，通常此類應(yīng)用需要將特定的模擬或數(shù)字信號作為激勵信號輸入到被測設(shè)備，同時獲得被測設(shè)備的響應(yīng)信號，通過分析響應(yīng)信號或與期望的信號進(jìn)行對比來刻畫被測設(shè)備的特性或者進(jìn)行故障的判斷。由于當(dāng)今的電子產(chǎn)品功能越來越集成化，其涉及的信號種類也很復(fù)雜，因此激勵-響應(yīng)測試往往是一個涉及混合信號的較復(fù)雜的測試系統(tǒng)。
先來看兩個混合信號激勵-響應(yīng)測試的案例，從中歸納出激勵-響應(yīng)測試應(yīng)用的典型需求，并進(jìn)一步延伸到所需的必備技術(shù)，幫助讀者更好的去理解和* 估一個激勵-響應(yīng)測試系統(tǒng)。
測試模數(shù)轉(zhuǎn)換器的非線性度
在對ADC精度的測試中，差分非線性(DNL)和積分非線性(INL)是描述ADC線性度的最常用的兩個參數(shù)。測試DNL和INL參數(shù)通常需要發(fā)生一個模擬的激勵信號，對ADC的整個輸入范圍進(jìn)行掃描，同時將采集到的響應(yīng)和每一個期望的輸出碼寬進(jìn)行比較。比較完成后，需要分析最小和最大值的情況或進(jìn)一步關(guān)心所有碼寬的測量值，繪制整個傳輸?shù)暮瘮?shù)曲線以直觀的跟蹤和了解。
這樣一個典型的激勵-響應(yīng)測試就同時需要模擬的信號發(fā)生器和高速的數(shù)字分析儀，并要保證發(fā)生和采集設(shè)備之間的同步性，這樣才可以將采樣的點(diǎn)和發(fā)生的樣本點(diǎn)一一對應(yīng)，這對于精確的獲取DNL和INL參數(shù)至關(guān)重要。如果是對一個高速的ADC進(jìn)行測試的話，您不僅需要高速的信號發(fā)生模塊和數(shù)字信號采集模塊，還要有高帶寬的總線來實(shí)時傳輸發(fā)生和采集的原始數(shù)據(jù)。采集到數(shù)據(jù)后，您更需要一個專業(yè)的軟件平臺來在線比較激勵信號和響應(yīng)信號，找出不匹配的數(shù)據(jù)位，并進(jìn)一步獲取如DNL，INL，SINAD等參數(shù)。
超聲圖像相控陣
讓我們再來看一個更尖端的激勵-響應(yīng)測試應(yīng)用。通常超聲信號的頻率范圍為20kHz到25MHz甚至更高，對于超聲信號的測試最基本的方法就是通過一個初始脈沖激勵系統(tǒng)，然后捕獲其反射回來的脈沖，通過分析反射脈沖的時間延遲和幅度來描述超聲信號的特性。下圖就描述了這種通過激勵脈沖來分析反射信號的測試方法：
這樣的激勵-響應(yīng)測試同樣需要一塊任意波形發(fā)生器對被測設(shè)備的多個部分產(chǎn)生激勵信號，同時用高速的數(shù)字化儀捕獲響應(yīng)的反射脈沖。因?yàn)樾枰獙Ψ瓷湫盘柕臅r間延遲進(jìn)行測量，波形發(fā)生器和數(shù)字化儀之間的精確同步就顯得尤為的重要。通過將發(fā)生的單個脈沖和數(shù)字化儀的8個通道進(jìn)行嚴(yán)格的同步，超聲圖像相控陣可以大大縮減非破壞性超聲測試的時間。
激勵-響應(yīng)測試的必備技術(shù)
通過總結(jié)以上的兩個實(shí)際應(yīng)用，我們不難歸納出激勵-響應(yīng)測試的典型需求如下：
1. 要求實(shí)現(xiàn)混合信號的測試：模擬、數(shù)字甚至射頻信號等
2. 為了拿到原始數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)的分析，需要高速的數(shù)據(jù)總線帶寬
3. 為了保證測量精度，需要激勵和響應(yīng)信號之間的精確同步
4. 軟件平臺的支持，提供專業(yè)且易用的分析工具
圖1.：ADC特性測試的系統(tǒng)框圖。
圖2：超聲測試中通過脈沖來實(shí)現(xiàn)特性描述。
針對以上的需求，一個以軟件為中心、并集成高速數(shù)據(jù)總線和精確定時同步特性的模塊化的架構(gòu)是解決此類應(yīng)用的最佳平臺。在這里推薦使用模塊化架構(gòu)的PXI(專門用于測試儀器的PCI eXtensions)平臺，它集成了多種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)(如PCI/PCI Express總線，標(biāo)準(zhǔn)OS技術(shù)等)，并添加了工業(yè)級的堅(jiān)固設(shè)計(jì)和集成的定時和同步功能，使得PXI成為當(dāng)今測試測量應(yīng)用最理想的模塊化工業(yè)平臺。
如今市場上有來自于70多家廠商超過1500種符合PXI規(guī)范的各種模塊化測試儀器，包括數(shù)字化儀、任意波形發(fā)生器、高速數(shù)字I/O、數(shù)字萬用表、射頻設(shè)備等等，能夠很好的滿足激勵-響應(yīng)測試對混合信號的需求。而這些混合信號的測試模塊都是通過PXI的背板總線相連，將采集的原始數(shù)據(jù)通過高速的背板帶寬(132MB/s)傳輸?shù)娇刂破髯骱罄m(xù)的處理和分析。如果涉及更高頻(如中頻和射頻)的信號，基于PCI Express的PXI Express總線更能提供高達(dá)6GB/s的背板帶寬，滿足絕大多數(shù)高速激勵-響應(yīng)測量的應(yīng)用。