FPGA在自定义测试中的四种应用

电子产品不断提高的复杂性无疑为测试工程师带来巨大的挑战。许多被测设备(DUT)需要更加复杂的测试方法，而传统测试仪器往往无法满足这些复杂的测试需求。在这种情况下，可以基于模块化仪器架构，通过软件自定义的方式开发满足复杂功能需求的测试系统；模块化仪器平台PXI的快速发展就体现了这种需求。然而对于某些特殊应用，基于软件自定义的仪器有时也无法解决所有挑战，因而需要将自定义的范围从软件进一步扩展到模块化硬件以满足高吞吐量、高确定性或更多的自定义需求。

而对于绝大多数测试与验证工程师来说，硬件自定义并非易事。幸运的是，测试工程师也可以从摩尔定律中获益。摩尔定律使CPU频率得到不断提高，从而使自定义测试系统的计算吞吐量也可不断提升；另一方面，摩尔定律也正在推动另一种计算器件—现场可编程门阵列(FPGA)的发展。FPGA本质上是一种特殊的数字电路，用户可以通过软件编程的方式重新配置其硬件逻辑。FPGA不仅可以帮助工程师缩短测试时间，而且可以实现一些过去只能通过自定义硬件来实现的测试功能。下文就将介绍FPGA在测试系统中的四种典型应用。

执行实时连续的测量

FPGA可以通过专享的硬件资源进行处理数据，从而实现较高的吞吐率，可以比通过I/O硬件先获取数据再通过软件执行数据处理的速率更快。结合FPGA技术的测试系统，不是按照传统意义上的“采集、数据传输、后处理”模式，而是可以直接在I/O采集之后就直接在FPGA硬件上执行数据处理，这种系统可以连续地测试被测设备，从而缩短测试时间。

通过FPGA上的专用硬件资源可以实现实时测量，如快速傅里叶变换(FFT)等。基于FPGA硬件本身所具有并行执行特性，可以对多个输入通道同时进行测量，或者对单通道同时进行多种计算参数的测量。

图1：使用FPGA硬件生成测试向量，并对采集数据进行实时连续分析。

自定义触发和采集

使用FPGA可以进行连续的实时信号处理或数据计算，从而可以添加自定义触发和数据记录功能，从而有选择地传递所需的数据。相对于只能执行一组固定操作的传统仪器，带有FPGA仪器的可重置特性可以满足特定的硬件应用需求。

例如，频域触发应用就体现了FPGA可重置特性的优势。有些传统频谱分析仪可以使用频率触发功能，但不能实时进行。另一方面，矢量信号分析仪(VSA)可进行实时功率触发，但不能实时地选择感兴趣的频率信号。通过将FPGA技术添加到矢量信号分析仪中，您可以创建一个实时的、频率相关的触发功能，或者可以根据需要执行其他自定义的触发操作。