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我们现在生活在一个伟大的技术加速时代。在本世纪，估计将会有过去1万年中发生的创新！传感已经无处不在，世界上部署的传感器正在接近1万亿个，连接设备也在接近300亿台。机器学习也已经不再只是个流行词，而是已使用到许多领域。这些所有加在一起，使我们面临从未有过的巨大挑战。那么这对大家意味着什么？也就是我们每个人都在参与5G、自动驾驶汽车、工业4.0或商业太空旅行的竞赛。这是NI公司总裁兼首席运营官Eric Starkloff 在NI Week 2019大会上的开场白，也预示了此次活动的重点。 EDN受邀参加此次大会。会议的标语是“全力以赴（Full Force Ahead）”，信息量巨大，让我们来看看都有哪些重要创新？！ 5G：和Qorvo、ADI的重要合作 Qorvo：5G手机有60%以上重大RF更改 第一天上午场的重点是半导体、运输、航空航天防御以及政府和投资组合。首先来看5G。 活动邀请到Qorvo的5G业务开发总监Ben Thomas，探讨了5G技术的现状及其对业务的影响。Thomas 指出，5G-3GPP Release 15的第一阶段于2018年底批准。估计第二阶段将在2020年作为第16版的一部分批准。所有这些都旨在尽快将5G放入消费者手中。 他指出，部署5G技术的最大挑战是更高的复杂性。5G引入了新的频段，其中大部分带宽比LTE宽得多。 5G还增加了许多载波聚合组合、双上行链路，以及更复杂的波形和调制方案。 要了解5G的复杂度，只需看看5G手机的系统图。将手机发展到5G需要对60%以上的RF内容进行重大更改——包括多个新的5G RF元器件。
Qorvo团队在10多年前就开始运用NI的PXI和软件进行自动验证测验。运用这一平台的动机是什么？Thomas指出，行业从3G转向4G，RF设备的测验复杂性开始爆炸。运用传统仪器进行RF测量非常耗时。考虑到测验案例的数量。而通过采用PXI，我们能够在不牺牲测量质量的情况下显著提升测验吞吐量。 此外，他指出，Qorvo正在大规模生产世界上第一款专为新型n77 5G频段规划的射频前端模块。这款RF前端将PA、LNA、滤波器和开关结合在一个紧凑的集成封装中——在当今市场上的一些领先的5G智能手机中就会用到它。 毫米波VST/STS/多站点直接底座晶圆测验单元发布 大会上，NI发布了毫米波矢量信号收发器（VST）。与之前的VST相似，该仪器将RF信号发生器和RF信号分析仪组合到一台仪器上。该仪器扩展了其产品组合，不仅可以处理5G sub-6 GHz频段，还可以处理5G毫米波频谱。 NI首席发售经理Anita Salmon表示，当我们与客户讨论他们对mmWave的关心时，我们发现现有产品太慢，功能设置不完整，并且测验环境集成非常麻烦。因此我们想到将生产测验测量速度与实验室级测量性能相结合，这样就有了半导体测验系统（STS）。
为确保NI的mmWave测验搞定方案满足生产测验要求，NI收集了RF芯片制造商的大量反馈。一个是制造mmWave产品所涉及的风险，这些产品与6GHz以下的规划有很大不一样。降低风险需要的不仅仅是产品，还需要高度集成的搞定方案。因此，NI也宣告了与Tokyo Electron、FormFactor和Reid-Ashman合作开发多站点直接底座晶圆测验单元搞定方案。 NI和ADI：“你中有我我中有你” ADI公司仪表和精密技术集团总经理Mike O'Sullivan介绍说，NI与ADI公司密切合作，例如在mmWave VST产品的研究与使用上。ADI为其每个单元规划了200多个芯片，从ADC到DAC，以及放大器到电源管理IC等等。 O'Sullivan表示， ADI推出了一项名为LEAP的计划，意思是“利用评估来加速生产。”其目标是加快盈利时间，这需要产品开发和全球制造组织之间建立强有力的合作关系。该计划的一个关键要素是提升研究实验室的自动化水平以进行验证，然后利用相似的测验设备并在生产测验中重复运用测量IP。 同时ADI又用STS来做产品的验证测验。例如将STS用于晶圆探针和最终封装测验，用于从混合信号器件到RFIC的许多产品组合。零封装（zero-footprint）测验头可以在实验室中运用这些系统，并帮助缩小生产测验单元的成本和占地面积。STS的灵活性对于已经部署在5G基础设施设备中的6GHz以下的收发器等新技术尤为重要。 同时，ADI已在其制造车间大规模部署STS，测验了数亿个器件。“STS已经证明每个系统的平均问题间隔时间（MTBF）超过10,000小时——这一点始终超出我们的预期。”他补充说。 运输 下面来看最前沿的运输行业，自动驾驶和电气化等技术正在造成重大的行业革新。 摄像头图像拼合：消除驾驶员常见盲点 法雷奥（Valeo）是一家全球领先的汽车供应商，该公司的测验开发经理Chris Forristal介绍了如何运用NI平台加速车辆安全系统。 现在驾驶员面临的一个挑战是驾驶挂有拖车的卡车。这可能给驾驶员带来新的困难，无论是在这会造成视野不清楚、增加驾驶复杂性方面，还是向前、向后驾驶等方面。 为了帮助驾驶员，Valeo有了一个idea，就是将连接到拖车后部的摄像头和车辆上的摄像头之间的视图合并。这个系统叫XtraVUE Trailer System，在今年的CES消费电子展上已经推出。
“我们在拖车后部安装了一个小型摄像头，只需将拖车后面的视图缝合到汽车的后视摄像头即可。司机现在不仅可以看到全景，还可以看到拖车后面。这消除了驾驶员的常见盲点。” Forristal补充说，“每辆拖车不仅独一无二，而且还有其他考虑原因，例如车辆转弯时拖车的旋转，以及车辆摄像头和拖车摄像头之间的物理差距。我们运用我们的专利技术，允许在6个轴上进行校准（每个轴的x，y，z +旋转）。有了这个，用户可以将摄像头安装在任何位置，依旧可以看到居中的视图。” 这里面用到了NI的PXI平台进行标准化。该平台用于新技术的开发和验证，提供了经过验证的现成技术的最佳组合，并可灵活地运用我们自己的软件进行定制。FlexRIO在这些设置中扮演着重要角色。其上的开放式可编程FPGA能够克服所面临的几个最复杂的挑战。“我们运用FlexRIO作为主要的摄像头界面，从而可以实现实时初始化，控制和捕获摄像头的数据。”他指出，“我们从这些数据中获得了大量价值。我们运用它来训练和验证我们的视觉算法，在算法开发期间在软件环境中重新处理数据，并将数据重放到验证实验室的工作台上的ECU硬件，作为我们测验工作流程的一部分。我们甚至开始运用PXI生成合成数据，以帮助在实验台上的闭环HIL环境中测验拖车检测等内容。” “我们在所有测验领域运用相同的基于PXI和FlexRIO的系统，从规划验证到环境测验和生产。与我们的硬件平台模块化一样，我们的软件平台也是如此。我们建立了一支强大的LabVIEW开发团队，并围绕内部开发的插件架构进行了标准化。”他补充说，“我们需要做的就是重新规划FlexRIO的摄像头界面，其他90%的硬件和软件可以直接重复运用。”这个系统也获得了Edmunds颁发的年度CES技术驱动创新奖。 中央网关ECU 汽车的子系统变得更加相互联系。先进的驾驶员辅助系统，例如车道保持辅助系统和自适应巡航控制系统，取决于信息娱乐系统ECU的信息，信息娱乐系统依赖于集中式ADAS ECU的信息。整车的互连性增加了测验的体积和复杂性。 博世的工程经理Jason Guss探讨了如何应对这种日益复杂的挑战，即中央网关ECU案例。他指出，中央网关是现代车辆的关键组成部分。除了管理与车辆之间的通信之外，中央网关还可用作所有车载通信的路由器，并支持整个车辆的总线通信系统，如以太网、CAN和LIN。 Guss的验证团队对3种不一样的NI系统进行了标准化。 “每个规划都可以针对DUT的复杂性、处理性能和软件进行扩展。这种特定的规划基于PXI、LabVIEW和TestStand。最终规划有3个PXI机箱和一个同时运行的桌面。每个系统的容量大约为75%，有100多个CAN-FD通道以及以太网。”Guss解释说。 为什么选择NI？他指出，“我们考虑过多个供应商，但NI是唯一一家有技术能力来处理我们需要的公司。这使我们走上了NI平台标准化的道路。” 系列产品组合 NI高级副总裁兼基础事业总经理Ajit Gokhale介绍了NI 在系列产品组合方面的4个案例。 在学术方面，俄克拉荷马州立大学部署了60多个NI ELVIS III，为学生提供实践和与行业一致的体验。 在能源方面，Tokamak Energy正在运用LabVIEW和CompactRIO来维持1亿摄氏度的等离子体。 在消费电子领域，Amfax通过LabVIEW FPGA提供革命性的检测技术，以显著提升pcb质量。 在电气设备的维护和监控方面，NI平台正在产生巨大的业务影响。世界各地的制造商都在寻求提升运营设备的有效性并最大化生产线的正常运行时间。 虚拟工厂：可实现超2000万美元收益 德勤（Deloitte）首席物联网技术专业人士Robert Schmid展示了“Deloitte虚拟工厂”使用。他展示了该公司Turnkey IoT搞定方案如何将NI平台与CompactRIO和InsightCM相结合，将数据传递给边缘以找到隐藏的价值，并创建未来的智能工厂。 通过平板电脑可以看到基于真实客户工厂生产线的增强现实娱乐，但为了保护客户的专有信息，这里把生产对象换成了橡皮鸭。客户通过这个方案可实现超过2000万美元收益，整体设备效率提升9%。 这个平台中的元素，如compactRIO、InsightCM、无线节点和LabVIEW在将测量和物联网引入制造的过程中发挥着关键作用。“无论您是进行手机或风力涡轮机的离散制造，还是聚合物或石油的加工制造，这都适用。”Schmid指出，“Deloitte正在快速迈向未来，为制造和维护带来新的自动化水平。借助NI的平台，我们可以看到无数机会集成高性能采集和分析，为我们的客户带来新的效率、正常运行时间和质量。” 小型卫星高空发射：也可以做到很便宜 许多令人惊奇的技术都来自政府研究实验室、国防部门或人类登月竞赛。接下来看一些影响下一场太空竞赛的新的创新。 莱昂纳多（Leonardo）旗下的Selex规划了一种创新的无源雷达系统。SAAB航空公司彻底改变了Grippen战斗机的硬件在环验证系统。霍尼韦尔航空航天对生产测验的硬件、软件和流程进行了标准化。那么现在还有比新航天业更酷的东西吗？ Virgin Orbit这家公司提供了首屈一指的专用小型卫星发射服务，为小型卫星发射革命开创了空间。 传统卫星的重量是数千公斤，建造和运营需要数亿美元，而且需要借助相当大而昂贵的火箭才能进入太空。重达几百公斤或以下的小型卫星马上就被视为“二等公民”。但是它们具有构建快速且成本低以及规划和技术更新周期短的真正优势。因此我们必须考虑将这些卫星送到太空的新方式。 Virgin Orbit规划了一种与客户能力相匹配的发布系统。它运用名为“宇宙女孩”的波音747将火箭运送到大约35,000英尺的高度，然后将其释放并发射到轨道。也就是说火箭可以从世界上几乎任何地方发射并灵活地进入任何轨道。在高空发射可以使所用燃料显著减少，能够在不牺牲质量的情况下提供价格合理的太空发射。
但是，像火箭这样高风险的任务必须进行全面测验。747的火箭水平发射测验大部分都基于NI的平台，以期满足极其激进的时间表。从多级航空电子硬件在环测验台，到飞行验收和鉴定测验，到发射控制，以及飞机上的火箭和有效载荷状态监控，用到了包括LabVIEW、VeriStand、TestStand、SystemLink、PXI、CompactRIO和CompactDAQ等各种NI的软硬件平台。目标始终是确保在飞行发生之前测验和重新测验尽可能多的排列。 NI CEO：弥合不一样的关键是在整个工作流程中提供高价值的平台 接下来NI首席执行官Alex Davern出场，他强调说，各种技术的融合需要在工程工作流程中实现更多的创新。不一样供应商的不一样工具会生成不一样格式的数据，这会使在整个产品开发生命周期中所生成的仿真、验证和生产测验数据难以进行对比，而难以利用前序数据来加速下一个顺序。 弥合这种不一样的关键是在整个工作流程中提供一个高价值的平台： 一个开放的平台，让您可以控制而满足您的特定业务和技术需要； 一个软件定义的平台，使您能快速适应新的要求； 一个平台可以让您选择最适合您工作的软件，包括NI强大的软件（例如LV和TS），以及其他常用的编程和工程工具，如Python、.NET、MATLAB和Simulink； 一个平台可提供模块化的高性能I/O，并具有先进的驱动软件和测量IP； 一个可提供小尺寸的平台； 一个可以按照大型系统要求进行扩展的平台。 LabVIEW NXG 3.1和2019发布 LabVIEW是NI软件产品组合中的关键部分，也即其旗舰工程和开发环境。在这次大会上，该公司也发布了LabVIEW NXG 3.1和LabVIEW 2019。 NI使用软件研究副总裁Omid Sojoodi介绍说，LabVIEW 2019中添加了两个新的集合数据类型，Map和Set，运用户能够轻松创建和操作复杂的数据结构。同时其添加了具有历史记录功能的调试探针等增强功能，可以改善调试工作流程。 在LabVIEW NXG中可以更轻松地采用一流的软件开发实践并简化运用包技术构建和分发软件的工作流程。它通过增加LabVIEW NXG FPGA模块提供了新的硬件支持，现在支持USRP和Kintex-7 FlexRIO以及CompactRIO。 与MathWorks合作：搞定数据导入导出麻烦 与此同时，NI也在通过提升开放性、互操作性和可扩展性来进一步简化用户的工作流程。此次会上就宣告了与MathWorks公司展开的深度合作。 Mathworks工程VP Roy Lurie介绍说，以德克萨斯大学Reneu Robotics实验室的研究人员为例，为了提升残疾人的生活质量，该小组利用生物医学分析规划了机器人设备以协助康复，他们同时运用了MATLAB和NI平台。 他指出，拥有凝聚力的工具至关重要。两家公司现在的共同目标是确保两个工具链之间的无缝集成，这样就可以让用户在工作流程的每个阶段运用正确的工具，而无需担心产品不兼容，缺乏支持或容易出错的转换步骤。事实上，两家公司硬件和软件组合之间已经有了几个支持的接口，比如NI DAQ设备和MATLAB，以及VeriStand和Simulink。 今天标志着在LabVIEW NXG中提供原生MATLAB集成的第一步，NI首席产品负责人Darin Gillis介绍了LabVIEW NXG中与MATLAB集成相关的一些新功能。 他介绍了来自UT Austin的Reneu Labs的机器人原型之一。这个实验需要验证控制算法的系数，以便在抓住固体物体时最大化手的刚度。每次手臂移动时，都可以运用MATLAB编写的脚本确定过冲。 在过去，Reneu研究人员要进行实验，然后将数据导出到Excel，然后将数据导入MATLAB进行分析并与仿真数据进行比较。现在则可以利用面向MATLAB的LabVIEW NXG接口来完成这个工作。此功能运用户能够在一个工具中执行采集和分析，而无需进行痛苦的代码转换。 同时，他指出，去年NI首次推出的LabVIEW NXG Web模块，旨在帮助LabVIEW用户创建基于Web的远程工程UI，而无需学习Web开发技能。Web模块引入了WebVI的概念，即在Web浏览器中执行的VI。这些多功能UI可以轻松地与LabVIEW或LabVIEW NXG交换数据。 因此，当像Reneu Robotics的研究人员从实验室的原型规划转向现场测验时，其同事和理疗师等合作者可以运用WebVI来监控远程测验。 今年，NI又添加了更多功能，使创建动态WebVI变得更加容易。例如，其编写了一个WebVI图表，可以更改此实验的算法系数并触发新的测验运行。又例如，此WebVI面板可自动适应不一样的屏幕尺寸，以便可以在宽屏显示器或智能手机上查看相同的WebVI。此外，WebVI还可通过SystemLink Cloud实现云端托管。 认知雷达是什么？ 接下来继续探索规划和仿真工作流程。 宾夕法尼亚州立大学的Ram Narayanan博士和陆军研究实验室的Brian Phelan，以及来自NI的产品营销经理Leah Langston共同探讨了正在合作的开创性雷达技术，“认知雷达”。 Narayanan介绍说，认知这个词与感知、记忆和推理有关。这些都是人类自然而然在做的事情。从根本上说，雷达是一种利用无线电波探测其环境的探测系统。传统上会有一个雷达操作员手动改变操作以在不一样方向上探测，或者如果信号受到干扰可能需要调整工作频率。认知雷达的目的就是将其思维和经验带入硬件中，以便使这些决策可以自动发生，并优于最佳操作员。 有很多使用都可以从认知雷达中受益，例如直升机着陆援助及空中和导弹防御。 规划认知雷达系统的最大挑战是感知环境的时间需要极端，并相应地更新雷达的操作参数。通常，这些调整必须在百万分之一甚至十亿分之一秒的数量级上进行，这很难做到。而如果运用FPGA在硬件中实现算法，则可以满足这些时序要求。但是要成为传统FPGA规划语言（如VHDL或Verilog）的专业人士可能需要数年时间。相反，LabVIEW则可以让其专注于规划的实际频谱感知和认知雷达方面，而无需成为FPGA专业人士。 光剑 此外，NI为每位参会者送了一个星球大战中的光剑的小礼物。“我们运用CompactDAQ和新发布的用于IEPE测量的FieldDAQ仪表配备了一对带加速度计和麦克风的光剑，这是FieldDAQ设备阵容的最新成员，用于坚固的分布式I/O。”NI产品规划VP Stefanie Breyer在会上介绍说，“我们没有实际的等离子剑，我们编写了一些LabVIEW代码来模拟等离子体密度传感器的数据。我们正在运用新的FlexLogger插件功能将其引入我们的演示，就像运用GPIB、串行和以太网等接口的真实世界定制传感器一样。” 让超声波成为第三个医学史上的创新！ 还有一个很厉害的案例运用了NI的PXI和半导体测验系统（STS）。蝴蝶网络（Butterfly Network）的测验工程经理Andrew Betts指出，世界上有60%的人无法获得任何现代医学影像，如超声波。即使在发达国家，价格和缺乏专业知识也可能导致人们无法利用超声波来进行诊断。在医学史上，只有两项创新产生了真正的全球影响：疫苗接种和抗生素。蝴蝶网络的使命是让超声波成为第三个！ 该公司团队利用半导体技术代替传统的压电晶体将多个超声波探头组合成一个宽带频率设备，并运用已建立的半导体供应链将价格降至消费电子水平。Butterfly-on-a-Chip芯片是Butterfly iQ设备的核心。这是世界上第一个FDA批准的全身探测器，售价不到2000美元。 急诊需要快速。“我可以将探针插入iPhone或iPad。启动使用程序，选择探头预设，然后将它贴在我的脖子上查看颈动脉。打开彩色多普勒，就可以显示血液经由动脉流到大脑。”Betts演示说。
但是，将片上超声波等新技术推向市场必然会遇到一些挑战，例如如何平衡测验开发的复杂性和更快上市时间的业务需要。 “我们将工作流程划分为内部测验仪的硬件和软件开发，同时将制造操作和测验执行任务外包给OSAT。”他指出，“之所以能在内部采用STS开发，是因为其灵活性和可访问性。我们需要一个可定制的测验搞定方案，其软件开放性可以支持C#和Python。STS提供了I/O定制和资源密度，具有极具吸引力的成本目标和紧凑的占位面积，因此我们可以在康涅狄格州实验室进行开发。通过转换到STS在内部进行开发，我们的迭代时间从三周缩短到一天。” 今年早些时候，Butterfly Network的这个成果在奥斯汀获得了SXSW的健康、医疗和生物技术创新奖以及最佳展示奖。 5G波束成形器和相控阵天线芯片怎么测？ 最后再看下5G测验的挑战以及搞定方案。来自NI R&D的Justin Magers和Matt McKee指出5G的推动带来了许多挑战，一个例子是毫米波信号通过固体会损失大量功率，但增加功率是以电池寿命为代价的。 应对这个挑战的一个搞定方案是运用波束成形器和相控阵天线芯片，即通过增加特定方向的信号强度并减少其他任何地方信号强度来有效地运用功率。 但是这些器件有许多端口需要开关网络来管理，这会影响校准、自动化难度、测量质量、测量速度和成本。 每部手机最多会用到4个芯片，并且要提升测验覆盖率必须提升测验点，因此生产测验必须进行大规模扩展才能跟上产量。更不用说需要将这些元件与天线一起打包。 一个可行的测验搞定方案需要：实验室和生产车间的测量质量足够好；一种足够灵活的架构，可以满足5G器件的需要，并跟上不断发展的5G标准；需要能够扩展以支持量产；还需要速度够快，以便在不损害吞吐量的情况下满足5G测验覆盖需要；等等。 毫米波VST是唯一具有速度和灵活性的仪器，可在实验室和生产环境中实现5G测验。 新的毫米波VST通过电缆连接到波束成形IC。该芯片是一个1到16通道波束形成器，运用传统测验方式时需要运用多个仪器、开关，并进行大量集成和校准工作。 验证和生产工程师需要在两个方向上测验这样的器件：发送和接收。首先，在发射测验上需要为波束成形器的收发器端口生成5G波形，并循环16个天线端口来测量结果。集成式开关网络让工程师不必再花时间在额外的测验基础设施上。 毫米波VST还具有双向毫米波和IF端口，可以消除测验这些器件常见的额外复杂性。我将清除此消息以继续...并开始生成在16个天线端口中的每个端口之间切换的波形，捕获并分析产生的信号功率和EVM。 STS规划中运用了验证测验实验室的相同典型配置，最多72个毫米波端口。多站点毫米波5G STS搞定方案可用于封装器件和晶圆探针测验。从验证到生产工作流程的共享测验搞定方案可以实现更低的成本、更高的开发效率和更短的上市时间。 |
