電子測試通常分為兩類。第一類是自激電子設備，如電源、振蕩器、發射機和信號發生器。他們使用數字化儀、示波器或頻譜分析儀等數據采集設備進行測試。第二類測試所需設備包括放大器、濾波器、接收器和數字接口等。這些設備必須由信號源外部激發，才能使用信號采集儀器。因此，這類測試通常被稱為源響應測試。

Spectrum 儀器公司推出的hybridNETBOX，將多通道數字化儀和任意波形發生器(AWG)通過一個通用的LXI兼容儀整合，能夠同時滿足激發和響應監測。這是一款將測試系統容納于一個設備的解決方案。圖1為一款經典的hybridNETBOX。

圖1: DN2.806-08型號，包括8個具有16位AWG的通道，與數字化器一同置于LXI儀表箱內。

hybridNETBOX共有6個型號可選，采樣和輸出時鐘速率為40MS/s、80MS/s及125MS/s，可通過2、4和8通道進行信號的生成和采集。每個通道的分辨率為16位，帶寬高達60 MHz，與采樣率成正比。該技術確保了數字化儀和AWG通道的高精準度。

AWG有2至8個通道，無論是內部還是外部的生成均通過同一個時鐘和觸發器實現完全同步。AWG輸出電平可在±6 V時達到50歐姆，或±12 V時達到高阻抗，并有2通道和4通道可選。同時，用戶亦可選擇±3 V時達到50歐姆或±6 V時達到高阻抗的8通道版本。此外，4條數字I/O線顯著提升了AWG功能，用戶可通過編程標記脈沖和外部時鐘及觸發器輸入。

2至8個數字化儀通道可處理大范圍的輸入信號，可變輸入范圍可從±200mv到±10v，可進行DC偏移設置，用戶還能選擇50 Ohm和1 MOhm輸入阻抗。數字化儀可采用單端和差分模式。此外，數字化儀還提供外部時鐘、觸發輸入以及兩條供用戶定義的通用數字I/O線。

hybridNETBOX與LXI完美兼容。產品可通過后面板的Gbit以太網端口，輕松與單個設備、多個設備、電腦或網絡連接。hybridNETBOX可自由編程，并為Windows和Linux操作系統提供了驅動程序。

Spectrum儀器旗下產品均配有SBench 6軟件工具，用于信號的控制、顯示、測量、處理和生成報告。此外，設備也可以通過C++、LabVIEW、MATLAB、Visual Basic.NET、Python和其他主流編程語言實現編程。

源響應測試（Source Response Testing）

hybridNETBOX擁有8個通道，用于信號的生成和采集，是刺激反應類測試系統的理想配置。鑒于一個hybridNETBOX能產生多個發射和接收信號，完美符合了陣列MIMO或總線系統的測試和評估。hybridNETBOX適合在ATE應用中自動測試部件和組件，以確保被測試設備的功能和校準。

源響應測試示例，AC開環增益運算放大器通過一個AWG和數字化儀測量。測試電路如圖2所示。

圖2: AC開環增益運算放大器測試電路，將AWG和數字化儀作為源和相應測量

該測試適用于小的AC波形，從AWG到被測的運算放大器的輸入。由于放大器的增益相當高，輸入信號必須衰減。一個10,000到1的電阻衰減器(R1和R2)將輸入分貝降低至80。放大器U1為被測器件(DUT)。U2是一個輔助放大器，用于穩定被測器件輸出的平均直流電平。

AC開環增益被用于頻率函數。輸入波形必須在所需測試頻率范圍內具有平坦的頻率響應。滿足此要求的波形可以是線性掃頻，或是脈沖函數。通過Spectrum公司的SBench6控制和信號處理軟件，AWG可通過編程輕松獲得這兩種信號。SBench 6可使用標準函數和數學方程創建波形，或從數字化儀或示波器導入波形。在這種情況下，使用數學方程掃描時間為1秒，可以創建從100 Hz到100 kHz的正弦掃描。正弦掃頻能夠提供比脈沖函數更廣的動態范圍。掃描信號被應用于測試電路和數字化儀測量在掃描期間的電路輸出。圖3顯示了結果。

圖3:AC開環增益測量的四個主要步驟。信號產生(左上)，輸入信號頻率范圍驗證(右上)，輸出信號采集(左下)，從輸出信號中提取頻率響應(右下)，即AC開環增益。

左上角的圖顯示了一秒內的正弦掃描輸入信號，以驗證振幅的平滑度。SBench6的信號處理能力包括對快速傅里葉變換(FFT)的計算。FFT如同頻譜分析儀一樣，能夠顯示信號的功率和頻率。右上方的圖包含輸入信號的FFT，用于驗證從100 Hz到kHz的平坦頻率響應。左下方的圖顯示了運算放大器對衰減輸入信號的響應。輸出信號的頻譜顯示在右下方的圖中，包括80db衰減器的振幅校正。這個波普視圖是AC開環增益，顯示AC增益從100 Hz到100 kHz，最大AC增益為112 dB。振幅下降頻率為每八度-6 dB或每10度-20 dB，符合預期的運放。

為了是測試更簡單，hybridNETBOX包含了信號源和信號采集硬件。請記住，多達8個通道的信號源和數字化器可同時進行8個并行測試。

記錄回放應用程序

hybridNETBOX的另一大亮點是能夠獲取一個或多個信號，并根據模擬需要或需要替換丟失的組件時對其重放。例如，從三線動態心電圖記錄器獲取和重放心電圖信號。這將意味著病人無需佩戴設備亦可進行電路開發。預錄信號庫進一步擴展了這種模擬能力。圖4為示例。

上面的三幅圖顯示從lead 1至lead 3所獲得的信號。這些線被復制到指定為Function、Function_01和Function_02的AWG通道中。通過AWG輸出前，還可以通過SBench6提供的過濾和信號處理功能對獲取的通道進一步優化。

圖4:使用三線動態心電圖記錄器記錄和回放測試策略的示例。上面三幅圖中線表示從lead 1到 lead 3，此后被復雜并被三個AWG通道重放。

與之類似，一些異常的現象亦可通過這種方式處理信號，然后轉移至AWG通道，并按需輸出。圖5展示了50Hz的異常信號通過lead 1的處理過程。最初的lead 1信號顯示在左上方的圖中，可以看到每個心臟周期。整個信號的FFT顯示在上方中間的圖中。右上方的圖顯示了FFT在50Hz的水平擴展視圖。請注意，原始信號為50Hz。左下方的圖顯示了同樣的lead 1信號，外加0.1V和50Hz的異常信號。有50Hz異常信號的FFT顯示在底部中間的圖中。一條橙色的線表示50 Hz，由于增加異常顯示出振幅的增加。右下角的圖的FFT約為50Hz。增加50Hz的振幅干擾也被標記下來。回放前可修改獲取信號的功能，方便用戶根據需要評估濾波和糾錯電路的有效性。

圖5:在lead 1動態心電圖信號上添加一個50 Hz的干擾信號

回聲測距與測向

hybridNETBOX可利用“回聲”信號的測向和測距，此類應用包括雷達、聲納、激光雷達或超聲波。AWG源可生成復雜的信號，16位數字化儀可查看回波信號所需的動態范圍，如圖6所示。

圖6:一個透射超聲脈沖和多個反射回波。

這是從測距儀獲得的40 kHz超聲波脈沖及回聲。回波脈沖的振幅大約比透射脈沖低36 dB。因此，可以在圖中直觀地看到它們。通常，它們的數值要低得多! hybridNETBOX 的16位振幅分辨率非常適于此類應用，因為回波信號比透射信號低得多，并且需要動態范圍來生成或檢測低振幅的回波。

超聲傳感器在測向方面薄弱，是造成多回波的主要原因。

所有的回聲測向和測距應用都遇到了這個問題，并試圖通過傳感器或天線的相位陣列提升測向和增益。hybridNETBOX能夠生成多個發射信號并接收多通道，是測試和評估陣列系統的最佳選擇。

例如一個超聲成像系統，將生成的多個信號提供給一個傳感器陣列。調整單個信號的延遲和衰減可以用來控制傳感器陣列的輸出。相控陣系統，無論是射頻信號天線還是超聲傳感器，都是一種常見的多輸入多輸出(MIMO)系統。多通道AWG能夠為驅動這些系統提供所需信號，從而實現對發射信號的轉向。同樣，多通道數字化儀可接收傳輸信號。圖7顯示了八單元超聲相控陣傳輸系統的基本信號組成。

使用SBench6的方程式編輯器，能夠輕松創建大量的信號波形。如圖7左下角的插圖所示。每個波形的振幅調制40 kHz余弦波。這八種波形中的每一種都比前一種延遲了25μs。調制包絡線是由控制沖擊時間的總坡度和決定衰減時間的指數元素組成。它們都以10 MHz計時，每個波形都使用AWG的512 MS內存中的16 kS。長波形存儲非常重要，因為它決定了既定采樣率的輸出模擬波形的持續時間。

圖7:使用8個函數創建了8個延遲為25μs的超聲波波形，其中一個函數顯示于左下角插入圖中。另一個插圖顯示了每個波形由于程序延遲的可能轉向或聚焦機會。

如果八個信號分段同時到達傳感器，就會產生一個一致的或側波前（如圖7右側插圖所示）。超聲聲學換能陣列傳輸信號能夠通過順序性延遲單個驅動信號來控制。在本案例中，由傳感器發出的球面波前在空間上延遲，導致復合信號被向下定向。同樣，如果驅動信號從陣列的外部延遲到陣列的內部，如圖所示，光束可以聚焦到中心。這些相控陣能夠用非機械手段控制和移動輻射波束。本例中的波形實現了轉向功能。除了延時之外，對驅動信號振幅的調整還能達到其他效果。AWG用戶可以完全控制波形的特性和時間，以及控制發射波前的靈活性。

結論

以上案例展示了hybridNETBOX的運用，并充分印證了信號源與測量儀器能夠并存于一款儀器來單獨使用，或作為設備集成于測試系統中。