測(cè)量?jī)x器發(fā)展新趨勢(shì) USB儀器將成主流

USB是PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)接口，擁有數(shù)以十億計(jì)的安裝量。自1998年出現(xiàn)USB數(shù)據(jù)采集儀器以來(lái)，數(shù)字示波器等多種多樣微型USB儀器推出市場(chǎng)，形成具有自身特色的儀器族，開(kāi)始進(jìn)入測(cè)量?jī)x器主流。

引言

1993年英特爾公司的第五代微處理器奔騰問(wèn)世，它使用的PCI總線(xiàn)達(dá)到32位，時(shí)鐘33MHz，帶寬達(dá)到132MB/s~264MB/s。1995年為解決PC機(jī)傳統(tǒng)外設(shè)總線(xiàn)不能適應(yīng)奔騰芯片的瓶頸，以PC供應(yīng)商康柏、DEC、IBM和軟件公司微軟為首推出了通用串行總線(xiàn)（USB），成立USB實(shí)施論壇（USBIF），開(kāi)始對(duì)USB進(jìn)行推廣和認(rèn)證。USB1.1版的低速率是1.5Mbps，全速數(shù)據(jù)率是12Mbps，主控制器將總線(xiàn)傳輸時(shí)間劃分為幀，每幀1ms，在幀時(shí)間內(nèi)傳輸多個(gè)事務(wù)處理到多個(gè)器件上。USB總線(xiàn)的機(jī)械連接非常簡(jiǎn)單，電纜是4芯的屏蔽線(xiàn)，一對(duì)雙絞線(xiàn)（D+，D-）傳送信號(hào)，另一對(duì)雙絞線(xiàn)（VBUS，電源地）傳送+5V的直流電壓；連接器有A型（或小A型）和B型（或小B型）兩種。USB器件的即插即用（即熱插拔）是一個(gè)優(yōu)勢(shì)，對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，第一次插入U(xiǎn)SB器件時(shí)，通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)安裝驅(qū)動(dòng)程序后就可以使用該器件。一個(gè)USB主控制器端口最多可連接127個(gè)器件，各器件之間的距離不超過(guò)5米。2000年USB2.0版規(guī)范推出，將USB總線(xiàn)的數(shù)據(jù)率提高到480Mbps的高速，并向后兼容。在高速USB總線(xiàn)上，主控制器將每幀1ms再劃分成8個(gè)微幀，每個(gè)微幀125μs，能完成更多事務(wù)處理，使總的數(shù)據(jù)率提高40倍。

USB接口規(guī)范將多種PC機(jī)外設(shè)具有相似特性的歸納為某一類(lèi)，例如鼠標(biāo)、鍵盤(pán)等屬于HID類(lèi)，音響產(chǎn)品屬于Audio類(lèi)，CD、硬盤(pán)、閃存屬于MassStorage類(lèi)。微軟的Windows操作系統(tǒng)為常用類(lèi)別提供驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)安裝。不在Windows支持的USB器件（如測(cè)量?jī)x器）需要提供自己的驅(qū)動(dòng)程序，或者安裝程序?qū)⒂嘘P(guān)應(yīng)用和驅(qū)動(dòng)程序打包在一起，一次性完成器件的安裝。USBIF負(fù)責(zé)對(duì)符合USB接口規(guī)范的硬件和程序作認(rèn)證，發(fā)給認(rèn)證標(biāo)志。驅(qū)動(dòng)程序還可獲得微軟硬件設(shè)備質(zhì)量（WHQL）認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)在Windows操作系統(tǒng)下的自動(dòng)安裝。

2000年后，臺(tái)式PC都增加了USB接口，筆記本電腦甚至安裝了兩個(gè)USB接口。現(xiàn)在數(shù)以?xún)|計(jì)的帶有USB接口的PC機(jī)在運(yùn)行，數(shù)以十億計(jì)的PC機(jī)外設(shè)和其他設(shè)備，其中包括USB測(cè)量?jī)x器使用USB接口。正是由于USB接口擁有大量PC機(jī)外設(shè)，使得USB接口的支持產(chǎn)品，包括控制器芯片、集成器和橋接器、電纜和連接器、驅(qū)動(dòng)程序和安裝程序、開(kāi)發(fā)工具等非常普及，加上USB接口的安裝方便、數(shù)據(jù)率較寬、容易擴(kuò)展、即插即用、成本較低等特點(diǎn)，出現(xiàn)了更多使用USB接口的電子產(chǎn)品。

1、新興的USB測(cè)量?jī)x器族

USB接口進(jìn)入測(cè)量?jī)x器是從1998年開(kāi)始的，當(dāng)時(shí)IOtech和NI兩家公司首先在他們的數(shù)據(jù)采集儀器中使用了USB接口，隨后許多著名儀器公司都接納了USB接口。最簡(jiǎn)單的做法是增加USB作為外設(shè)接口，因?yàn)榕_(tái)式測(cè)量?jī)x器大部分裝有嵌入式微處理器，并且一部分臺(tái)式測(cè)量?jī)x器采用內(nèi)置奔騰處理器的Windows平臺(tái)，所以安裝USB接口是順理成章的事情。2000年，橫河電機(jī)開(kāi)始在數(shù)字示波器上安裝USB接口，之后安捷倫、力科、泰克亦在數(shù)字示波器上配備USB接口。2003年，因?yàn)榘步輦惡蚇I在廣泛應(yīng)用的虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)（VISA）的I/O層增加了對(duì)USB的支持，所以USB接口普遍被臺(tái)式、便攜式、模塊式測(cè)量?jī)x器接受為標(biāo)準(zhǔn)接口之一。傳統(tǒng)的IEEE488接口儀器和RS232接口儀器可以通過(guò)USB-IEEE488和USB-RS232轉(zhuǎn)換器與臺(tái)式和筆記本電腦連接。

經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用，證明USB接口在測(cè)量?jī)x器中確實(shí)是簡(jiǎn)單方便和低成本的互連技術(shù)，它在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)取得了令人矚目的成果。傳統(tǒng)上，PC平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)卡需要占用ISA或PCI插槽，以及從插卡引出至傳感器的大量線(xiàn)纜，數(shù)據(jù)采集增加時(shí)受PC機(jī)插槽數(shù)目、地址、中斷等硬件和軟件資源的限制，可擴(kuò)展性較差，抗電磁干擾性能差，安裝拆卸困難，成本并不經(jīng)濟(jì)。隨著PC機(jī)配置USB接口和數(shù)據(jù)率的提高以及USB接口芯片價(jià)格的下降，使USB接插件和電纜較便宜，導(dǎo)致大量USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的推出，售價(jià)從100美元至1000美元，很受用戶(hù)的歡迎。事實(shí)上，這種借助PC機(jī)配置的擴(kuò)充總線(xiàn)或外設(shè)總線(xiàn)成果，用于測(cè)量?jī)x器系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)已有先例，PCI、PXI、VXI和即將公布的LXI各種總線(xiàn)的儀器擴(kuò)展應(yīng)用，都充分發(fā)揮了PC機(jī)的普及率高、產(chǎn)品成本低、使用方便等顯著特點(diǎn)。PC機(jī)市場(chǎng)比測(cè)量?jī)x器市場(chǎng)大得多，投入的開(kāi)發(fā)和制造資源極為豐富，這些都是優(yōu)勢(shì)，也是測(cè)量?jī)x器業(yè)所不具備的。測(cè)量?jī)x器業(yè)在20世紀(jì)60年代曾獨(dú)立開(kāi)發(fā)出GPIB總線(xiàn)（即IEEE488），它是惠普公司經(jīng)10年努力獲得的成果，值得注意的是IEEE488至今仍是臺(tái)式儀器的首選總線(xiàn)。自IEEE488總線(xiàn)之后，NI公司提出虛擬儀器的概念，并借船出海，充分發(fā)揮PC機(jī)的硬件和軟件資源用于測(cè)量?jī)x器，成績(jī)斐然，帶動(dòng)了測(cè)量?jī)x器的發(fā)展。

但是，USB接口在測(cè)量?jī)x器的擴(kuò)展應(yīng)用并無(wú)儀器公司或機(jī)構(gòu)的推動(dòng)，情況與IEEE488、VXI、PXI等總線(xiàn)有所不同，它們是有組織地制定規(guī)范和推廣，對(duì)測(cè)量?jī)x器業(yè)具有影響和促進(jìn)。而USB儀器屬于測(cè)量?jī)x器公司的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，最初進(jìn)展緩慢，近年產(chǎn)品明顯增多，特別是在USB2.0發(fā)布后，USB測(cè)量?jī)x器從數(shù)據(jù)采集向數(shù)字多用表、數(shù)字示波器、邏輯分析儀、任意波形發(fā)生器、數(shù)字化儀、協(xié)議分析儀等發(fā)展，形成多種多樣的體積小型、移動(dòng)輕便、價(jià)格實(shí)惠、性能適中的一類(lèi)測(cè)量?jī)x器實(shí)體。隨著PC機(jī)的普及，測(cè)量?jī)x器中出現(xiàn)一類(lèi)PC基儀器，它借助插入PC機(jī)外設(shè)插槽的測(cè)量用卡和PC機(jī)資源構(gòu)建成虛擬面板儀器，簡(jiǎn)稱(chēng)PCI儀器。筆記本PC和口袋式PC出現(xiàn)后，它們沒(méi)有可供測(cè)量?jī)x器使用的外設(shè)插槽，只有可供測(cè)量?jī)x器使用的各種接口，包括軟盤(pán)、硬盤(pán)、PC卡、紅外、并行、串行、1394、以太網(wǎng)、USB等接口中的1種至4種。經(jīng)過(guò)實(shí)際考驗(yàn)，USB儀器在中低檔測(cè)量?jī)x器中最受用戶(hù)歡迎，形成一類(lèi)USB儀器而進(jìn)入測(cè)量?jī)x器主流

值得一提的是，USB儀器屬于普及型的產(chǎn)品，它以即插即用和經(jīng)濟(jì)實(shí)惠而進(jìn)入測(cè)量?jī)x器市場(chǎng)，它的機(jī)械構(gòu)件（如連接器、線(xiàn)纜）和電氣特性（如定時(shí)、同步）都不是與IEEE488、VXI和PXI儀器處于同一水平上，同時(shí)，至今為止還沒(méi)有USB儀器規(guī)范，只有USB規(guī)范。

2、USB數(shù)據(jù)采集器

USB儀器中以USB數(shù)據(jù)采集器面市最早，品種最多，從簡(jiǎn)單的模塊至多插卡的機(jī)箱都有產(chǎn)品。簡(jiǎn)單的USB數(shù)據(jù)采集器模塊一般具有8路以上模擬輸入通道，12至14位分辨率，100KS/s以下的取樣率，簡(jiǎn)單的測(cè)量和記錄I/O。模塊通過(guò)USB線(xiàn)纜與PC機(jī)USB端口連接，從CD盤(pán)下載驅(qū)動(dòng)器程序后即可工作，來(lái)自傳感器的模擬信號(hào)從模塊接線(xiàn)排輸入。為對(duì)比和了解這類(lèi)低價(jià)位USB數(shù)據(jù)采集器的特性，《測(cè)試與測(cè)量世界》（TM&W）的高級(jí)技術(shù)編輯最近對(duì)3種低價(jià)位（150美元）的產(chǎn)品作了測(cè)試，它們分別是NI公司的USB6008、DT公司的DT9810和MC公司的PMD1208FS。其中USB6008的主要特性如下：

8路單端模塊輸入，分辨率12位（差分）、11位單端），取樣率最高10KS/s，逐步漸近A/D轉(zhuǎn)換器；

輸入電壓量程±20V（差分）、±10V（單端），直流電源由USB接口供給（5V/200mA）；

適用于Windows、MacOS、LinuxOS操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器，數(shù)據(jù)記錄軟件，即插即用安裝軟件，LabVIEW或C語(yǔ)言編程；

數(shù)字I/O12路，5MHz計(jì)數(shù)器；

尺寸：63.5mm×85.1mm×23.1mm，重量：59克。

對(duì)比測(cè)試認(rèn)為，它們的電學(xué)指標(biāo)處于同等檔次，只是DT9810的輸入電壓量程是+2.4V,更高輸入電壓量程要選用價(jià)位較高的USB產(chǎn)品。它們?cè)谲浖矫媛杂胁町悾m然都提供數(shù)據(jù)記錄軟件，用戶(hù)從PC顯示器可閱讀存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，但只有DT9810具有可控制模塊的數(shù)字I/O口，而且提供示波器顯示和數(shù)字多用表軟件，以及Windows下的應(yīng)用編程界面和LabVIEW虛擬儀器。PMD1208FS的TracerDAQ軟件可用EXCEL或有限文件格式存儲(chǔ)和顯示數(shù)據(jù)，提供示波器顯示，并具有內(nèi)部自校準(zhǔn)能力。這類(lèi)USB數(shù)據(jù)采集模塊為工程技術(shù)人員和學(xué)生提供低價(jià)位、高質(zhì)量、體積輕巧、連接簡(jiǎn)易的數(shù)據(jù)記錄和采集工具。

中高檔的USB數(shù)據(jù)采集器具有與PCI/VXI/PXI數(shù)據(jù)采集器基本相同的特性，例如16位分辨率，取樣率為100KS/s級(jí)，32路模擬輸入，32路數(shù)字I/O的產(chǎn)品。由于USB接口的互連比較簡(jiǎn)單，使中高檔的USB數(shù)據(jù)采集器具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，當(dāng)前生產(chǎn)PCI/VXI/PXI數(shù)據(jù)采集器的測(cè)量?jī)x器公司都供應(yīng)USB接口的同類(lèi)產(chǎn)品。值得注意的是，還有數(shù)據(jù)采集公司生產(chǎn)獨(dú)立機(jī)箱的內(nèi)置數(shù)字信號(hào)處理器DSP接口和閃存體的USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，例如Hacker公司的USB2DAQ/DIO數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由于具有很強(qiáng)的運(yùn)算和控制能力，插卡式16至32路模擬輸入，12至16位分辨率，100KS/s取樣率，24位數(shù)字I/O線(xiàn)，每個(gè)機(jī)箱可配置12個(gè)插卡，適用于馬達(dá)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。另外，生產(chǎn)數(shù)字多用表的頂級(jí)供應(yīng)商同樣重視USB接口的運(yùn)用，吉時(shí)利公司推出KUSB3116數(shù)據(jù)采集模塊，指標(biāo)是8路模擬輸入，16位分辨率，500KS/s取樣率。福祿克公司在原來(lái)銷(xiāo)量很多的189數(shù)字多用表上配置USB接口，增強(qiáng)數(shù)據(jù)記錄功能，通過(guò)FlukeView3.0軟件包，使189DMM具有存儲(chǔ)、顯示和分析數(shù)據(jù)的能力，由筆記本電腦和USB線(xiàn)纜可連接6臺(tái)189DMM并組成數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。189DMM具有0.025%的電壓讀數(shù)準(zhǔn)確度和20多種不同的測(cè)量功能，大量的傳感器資源，使得組成的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)比單個(gè)數(shù)字多用表更受用戶(hù)歡迎。

3、USB數(shù)字示波器

USB數(shù)字示波器是USB儀器的另一類(lèi)產(chǎn)品,大部分是掌上型的結(jié)構(gòu),可與筆記本電腦組成便攜式數(shù)字示波器。目前有多種帶寬200MHz以下的產(chǎn)品可供選擇,最簡(jiǎn)單的是單通道的筆型USB,再?gòu)?fù)雜一點(diǎn)的是雙通道掌上型USB數(shù)字示波器。它們避開(kāi)已在示波器市場(chǎng)中占有優(yōu)勢(shì)的臺(tái)式、便攜式、手持式數(shù)字示波器,另辟微型數(shù)字示波器天地,而且售價(jià)便宜,100至200美元可購(gòu)得實(shí)用的產(chǎn)品。這類(lèi)微型數(shù)字示波器的性能并不比手持式數(shù)字示波器的性能差,當(dāng)然不能要求他們具有便攜式數(shù)字示波器那樣全面的指標(biāo)。

Elan公司生產(chǎn)的一種筆型USB數(shù)字示波器USBScope50，具有100MHz模擬帶寬，8位分辨率，單次取樣率50MS/s，重復(fù)取樣率1GS/s，單通道輸入，輸入電壓量程0.3V/3V/30V，配用X10倍採(cǎi)頭（1MΩ/15pF），Windows98SE/2000/XP數(shù)字示波器軟件，輸入端與USB接口之間有300V的隔離保護(hù)，采用USB1.1或USB2.0接口。USBScope50沒(méi)有機(jī)械可調(diào)旋鈕和開(kāi)關(guān)，全部電氣參數(shù)通過(guò)軟面板作程控調(diào)節(jié)。需要多路輸入時(shí)可堆疊多個(gè)同型號(hào)產(chǎn)品，通道間延時(shí)可程控調(diào)整至匹配，實(shí)現(xiàn)并行觸發(fā)。USBScope50實(shí)際上構(gòu)成簡(jiǎn)單的虛擬示波器，適于簡(jiǎn)單的波形顯示。
　

Stingray公司的掌上型DS1M12屬于一機(jī)多用，是頻率響應(yīng)較低的USB數(shù)字示波器，它采用分辨率12位和取樣率1MS/s的A/D轉(zhuǎn)換器，可在20MS/s重復(fù)取樣率下對(duì)兩路輸入信號(hào)同時(shí)取樣，模擬帶寬250KHz，每路輸入有32KB的波形存儲(chǔ)。提供兩種應(yīng)用軟件：EasyScope用于數(shù)字示波器，EasyLogger用于數(shù)據(jù)采集。DS1M12具備數(shù)字示波器、數(shù)據(jù)記錄器、頻譜分析儀、數(shù)字電壓表、頻率計(jì)、任意波形發(fā)生器等多種功能。在Windows操作系統(tǒng)下可下載第三方的應(yīng)用軟件，使用最通用的LabVIEW編程語(yǔ)言，提供Windows和Linux驅(qū)動(dòng)器軟件。裝入EasyScope和EasyLogger兩種應(yīng)用軟件后，DS1M12具有以下的主要性能：

◆在EasyScope軟件下，時(shí)基2μs/格至50ms/格（共14步進(jìn)），垂直量程10mV/格至5V/格（共6步進(jìn)），X和Y方向光標(biāo)，度量顯示（Min/Max/平均/Vrms/F），頻譜顯示，測(cè)量結(jié)果下載，屏幕下載，波形發(fā)生（正弦、方波、三角波、鋸齒波、用戶(hù)自定義波形）。

◆在EasyLogger軟件下，取樣率（100K樣點(diǎn)/秒至100S/樣點(diǎn)），Y軸定標(biāo)(mV/V/用戶(hù)定義),X軸定標(biāo)(時(shí)間或樣點(diǎn)數(shù)),3種屏幕光標(biāo),4種彈出或Email告警,數(shù)據(jù)下載(CSV、BMP、文本、二進(jìn)制)，調(diào)用歷史文檔，為使用者加注備忘錄。

◆硬件方面還有32KB波形存儲(chǔ)，脈沖參數(shù)觸發(fā)（邊緣、寬度、最大/最小），延時(shí)觸發(fā)，任意波形發(fā)生器（10位分辨率，±3.5V輸出），尺寸：116mm×30mm×100mm，重量：160克。

Acute公司的DS1000USB數(shù)字示波器是著重模擬帶寬的衣袋式PC基示波器，在USB2.0接口下工作，具備臺(tái)式數(shù)字示波器的大部分功能：

◆采用9位分辨率和200MS/s取樣率，5GS/s的等效取樣率，兩路輸入的靈敏度2mV/格至10V/格；

◆外觸發(fā)和TV觸發(fā)時(shí)，帶寬可以從200MHz限制成20MHz，脈沖參數(shù)觸發(fā)和復(fù)雜波形觸發(fā)；

◆最多可構(gòu)成6路堆疊輸入，具有64K/512K樣點(diǎn)存儲(chǔ)容量，單次FFT變換、數(shù)學(xué)運(yùn)算、記錄/回放等波形處理功能，互聯(lián)網(wǎng)控制；

◆數(shù)據(jù)輸出方式有WORD、EXCEL、HTML等。

4、USB的儀器擴(kuò)展，實(shí)時(shí)同步控制

USB作為儀器系統(tǒng)接口時(shí)存在一定的限制，因?yàn)閁SB器件是獨(dú)立運(yùn)行的，多個(gè)USB器件通過(guò)單一端口連接在一起時(shí)，它們之間沒(méi)有同步關(guān)系。USB總線(xiàn)的設(shè)計(jì)是基于異步的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，各器件無(wú)法實(shí)時(shí)協(xié)同工作。對(duì)于儀器系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，往往需要實(shí)時(shí)同步控制，此時(shí)只好放棄使用USB接口，而選擇VXI或PXI這些成本較高的接口。事實(shí)上，VXI和PXI都是PC總線(xiàn)的擴(kuò)展，最重要的擴(kuò)展內(nèi)容就是增加了定時(shí)和同步功能。因此，借助USB接口的現(xiàn)有成果，增加定時(shí)和同步功能，擴(kuò)大USB接口儀器的應(yīng)用范圍被提上日程。最近Fiberbyte公司推出一種USBinSync(USB同步)技術(shù)，保留原有的USB總線(xiàn)的全部特性，增加了實(shí)時(shí)同步控制功能，擴(kuò)大USB接口在儀器系統(tǒng)的應(yīng)用，可視為USB接口的一項(xiàng)革新。它使USB總線(xiàn)轉(zhuǎn)換成為具有同步性、確定性和可擴(kuò)展性的操作平臺(tái)，為儀器系統(tǒng)提供低成本、操作簡(jiǎn)便的互連總線(xiàn)。USBinSync的主要特點(diǎn)如下：

可利用原來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)USB電纜、端口、連接器、集線(xiàn)器等資源；

全部USBinSync器件連接到同一個(gè)USB端口，互相連鎖成為一個(gè)同步系統(tǒng)；

最多同步連接127個(gè)分立器件，同步時(shí)差在±5ns以?xún)?nèi)；

可選擇互連器件中任一USBinSync器件作為定時(shí)參考，用于控制其他器件；

具有即插即用功能，互連器件的同步控制和處理通過(guò)USB端口由PC機(jī)管理；

在數(shù)據(jù)采集時(shí)提供16位模擬輸入，16位數(shù)字I/O，以及數(shù)字觸發(fā)；

普通USB器件與USBinSync器件完全兼容，共同組成測(cè)量?jī)x器系統(tǒng)；

PC主機(jī)需要運(yùn)行WindowsXP或Windows2000操作系統(tǒng)，奔騰Ⅲ以上的處理器，128MB以上內(nèi)存，10MB以上的硬盤(pán)空間，以及USB1.1以上的主控制器。

Fiberbyte公司已開(kāi)始供應(yīng)USBinSync數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，DAQ2500X是第一款產(chǎn)品，它有4個(gè)獨(dú)立的16位分辨率、取樣率100KS/s的模擬輸入通道，各通道內(nèi)置獨(dú)立的A/D轉(zhuǎn)換器，強(qiáng)大的先入先出（FIFO）處理能力可實(shí)施突發(fā)同時(shí)取樣，4組A/D的100KS/s取樣率構(gòu)成1MB/s的數(shù)據(jù)吞吐率，模塊同時(shí)支持程控的數(shù)字I/O和觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集。應(yīng)該指出，USB接口是為多種類(lèi)不同功能的器件并行工作而設(shè)計(jì)的，由PC主機(jī)通過(guò)異步總線(xiàn)對(duì)器件做順序交互處理，這種異步操作方式妨礙了器件之間的直接互動(dòng)，建立多器件之間的同步和處理能力非常有限。使用USBinSync方式的DQA2500X擁有自己的局域時(shí)鐘，對(duì)PC的USB網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的USBinSync器件建立相位鎖定。主集線(xiàn)器起著定時(shí)控制器的作用，實(shí)現(xiàn)器件之間的時(shí)間同步和數(shù)據(jù)處理，主集線(xiàn)器根據(jù)各器件的相位差做出相位補(bǔ)償，保證各器件完全同步工作。當(dāng)組網(wǎng)器件數(shù)目變化時(shí)，定時(shí)和同步過(guò)程自動(dòng)重新調(diào)整，只要Windows操作系統(tǒng)識(shí)別出新器件，立即建立同步關(guān)系。USBinSync技術(shù)還提供決定性的數(shù)字觸發(fā)，使測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)試啟動(dòng)和停止按照可控方式執(zhí)行，而且可將定時(shí)和同步擴(kuò)展到系統(tǒng)內(nèi)的其他從集線(xiàn)器，建立起主—從集線(xiàn)器的定時(shí)和同步通道。

5、無(wú)線(xiàn)USB即將成為新成員

USB1.1和USB2.0的應(yīng)用已經(jīng)十分普遍，數(shù)字巨大。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)今有15億條USB線(xiàn)纜遍布不同的應(yīng)用領(lǐng)域，到2006年這個(gè)數(shù)字將翻一番而超過(guò)30億條，主要來(lái)自隨身音頻產(chǎn)品、數(shù)碼相機(jī)、打印機(jī)、移動(dòng)硬盤(pán)、閃存存儲(chǔ)體。新的筆記本電腦開(kāi)始配置無(wú)線(xiàn)以太網(wǎng)，大量USB外設(shè)的應(yīng)用也促使無(wú)線(xiàn)USB能夠早日進(jìn)入市場(chǎng)，以減少USB器件與PC機(jī)的互連線(xiàn)纜。為了促進(jìn)無(wú)線(xiàn)USB的發(fā)展，前幾年Agrere系統(tǒng)、惠普、英特爾、微軟、NEC、飛利浦半導(dǎo)體、三星電子等7家公司組成了無(wú)線(xiàn)USB促進(jìn)組織（WUSUPG），目的是制訂無(wú)線(xiàn)USB規(guī)范。該組織得到100多家會(huì)員的支持，無(wú)線(xiàn)USB規(guī)范草案已在今年提交給了USBIF，預(yù)定在今年年底之前公布。首批符合無(wú)線(xiàn)USB標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品將以分立芯片方式出現(xiàn)，包括控制器芯片、適配器、收發(fā)器等，然后由更高集成度的單芯片來(lái)完成。

無(wú)線(xiàn)USB規(guī)范是構(gòu)建在超寬帶（UWB）的無(wú)線(xiàn)多媒體（WiMedia）匯聚平臺(tái)上，亦即使用UWB作載體，發(fā)射和接收USB規(guī)范的信息。UWB短距離無(wú)線(xiàn)通信方式是無(wú)載波的超短脈沖序列調(diào)制波，占有GHz級(jí)的帶寬，UWB已成為IEEE802.15.3a標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)線(xiàn)USB通過(guò)協(xié)議適配層與WiMedia匯聚平臺(tái)連接，構(gòu)建一個(gè)與USB2.0兼容的應(yīng)用軟件棧，分享UWB的射頻協(xié)議，并獲得IEEE802.15.3a的承認(rèn)。通過(guò)UWB發(fā)射和接收的無(wú)線(xiàn)USB提供等同高速USB的數(shù)據(jù)傳輸率，在3m距離內(nèi)帶寬達(dá)到480Mbps，10m距離內(nèi)達(dá)到110Mbps。順便提及，測(cè)量?jī)x器經(jīng)常使用的IEEE1394接口的無(wú)線(xiàn)方式也是構(gòu)建在UWB規(guī)范之上的。可以預(yù)見(jiàn)，將有更多設(shè)備通過(guò)UWB射頻進(jìn)行無(wú)線(xiàn)收發(fā)，它們?cè)赪iMedia層匯聚，不管它們?cè)瓉?lái)是什么協(xié)議的信號(hào)，經(jīng)過(guò)匯聚層后都會(huì)轉(zhuǎn)換成相同的UWB信號(hào)，由UWB物理層發(fā)射，它們各自分享極寬的UWB射頻。UWB已被美國(guó)試用作為無(wú)需申請(qǐng)使用頻率許可的局域網(wǎng)短距離通信，分享UWB射頻的無(wú)線(xiàn)USB已取得滿(mǎn)意的無(wú)線(xiàn)收發(fā)效果，并保持USB2.0的特點(diǎn)，當(dāng)然，由于非線(xiàn)纜的互連，USB2.0中的直流供電不再存在了。

無(wú)線(xiàn)USB用到測(cè)量?jī)x器還要等待一段時(shí)間，首先需在PC機(jī)上使用和取得成功，并且成本降低到與USB2.0差不多，然后利用成熟的無(wú)線(xiàn)USB芯片制成無(wú)線(xiàn)USB儀器。同時(shí)，無(wú)線(xiàn)USB需獲得政府的無(wú)線(xiàn)電管理部門(mén)批準(zhǔn)作為開(kāi)放頻段，無(wú)線(xiàn)USB測(cè)量?jī)x器才能普及。預(yù)計(jì)這段時(shí)間是2至3年，相信此時(shí)UWB技術(shù)同樣會(huì)取得進(jìn)展，發(fā)射和接收距離將超過(guò)3m，無(wú)線(xiàn)USB亦相應(yīng)獲益，在3m距離外保持480Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率。

6、結(jié)束語(yǔ)

USB儀器進(jìn)入測(cè)量?jī)x器市場(chǎng)已經(jīng)7年，早期進(jìn)展較慢。自USB2.0高速接口推出后，USB儀器無(wú)論在品種、性能、應(yīng)用等方面都以更快步伐前進(jìn)，不僅局限于普通指標(biāo)的USB儀器，已出現(xiàn)具有特色的更高檔次的USB儀器，如定時(shí)和同步擴(kuò)展，GHz級(jí)時(shí)域反射計(jì)等。如果USB儀器的小型化和微型化取得成功，肯定會(huì)出現(xiàn)更多的微型測(cè)量?jī)x器。無(wú)線(xiàn)USB儀器的面市，將使測(cè)量?jī)x器的機(jī)動(dòng)性得到提高。USB儀器開(kāi)始成為測(cè)量?jī)x器的主流，同時(shí)推動(dòng)傳統(tǒng)儀器向小型化和微型化方向發(fā)展。

測(cè)量?jī)x器發(fā)展新趨勢(shì) USB儀器將成主流