一次搞懂模組化/單機儀器差異 模組化儀器五大迷思面面觀
隨著模組化測試設備的普及度持續提升，使用者對模組化與傳統「單機式」儀器的優缺點，也開始出現一些誤解。現在就讓我們來逐一釐清吧。
這些迷思通常是因為，用過於簡化的方式(像是說故事)來解釋複雜的事情，如在科學理論形成之前，人們用希臘諸神的存在幫忙解釋行星和恆星的排列。事實上，針對您的應用挑選最合適的測試和量測工具，是一件無比複雜的事情，因此我們應該也不會太意外，會有人想用簡化的方式來教導如何選擇產品，而產生迷思。
迷思多半混合現實與虛構。是德科技(Keysight Technologies)持續開發模組化和單機式儀器已逾30年，不斷試圖區隔事實與虛構，如此即能幫助製造商針對個別應用，挑選出最合適的量測方案選擇。
此種迷思的存在，是因為當您看到一台單機式儀器，它看起來就比較貴。一台完整、獨立的儀器，具有各種按鈕和前面板顯示器，這些在研發環境中或許很重要，但在自動化測試環境中卻是不必要的負擔。
迷思1：模組化儀器並非比單機式儀器便宜
模組化儀器的重要元件則比較隱密，或許給人比較便宜的固有印象。然而，這些重要元素(構成了模組化儀器的間接成本)包括機箱、控制器和輸入輸出(I/O)介面，必須支援廣泛的應用和儀器；而單機式儀器則通常比較偏向是專為特定用途而製造。舉例來說，新型的PXI背板可支援4GB/s多達十八個插槽，這會以昂貴的連接器、切換器及背板素材的形式增加成本，而很多應用都不會用到這些東西。因此，一套只含有單一儀器的PXI系統可能比相同的「單機式」儀器貴10?40%。
但在這個迷思之中，哪一部分是真實的？單機式儀器做為單獨一台儀器可能會比較便宜；而模組化解決方案若是將多台儀器裝進單一機箱中，通常會比較便宜。實際上，這是因為間接成本可以分攤到好幾台儀器上。而通常轉折點會出現在一台機箱裝入二至四台儀器時。
此外，製造儀器的成本和客戶付出的價錢之間會有差異。有好幾家廠商以模組化方案進入測試與量測市場，有些廠商會為了提升市占而犧牲利潤，願意將售價降低到市場價格以下，以此做為在市場上獲得青睞的一種方法。
迷思2：模組化儀器不具備高傳輸速率
現實中，在單機式或模組化儀器解決方案的背板選擇上，必須要權衡成本和預期用途。使用單機式儀器時，將儀器的擷取和運算部分以高頻寬背板進行連接比較容易，因為只需要一個點對點連接。而對模組化器來說，其背板則是必須支援幾乎無限多種的連接組合(圖1)。
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| 圖1 模組化與單機背板結構 |
大多數的新型PXI機箱使用PCIe 2.0傳輸介面，以便在背板上取得高傳輸速率。雖然有些單機式儀器也使用相同的PCIe 2.0做為其內部背板，但單機式儀器上的匯流排設計，通常只為支援該特定儀器的需求。
舉例來說，PCIe 2.0對一台16位元、30MHz的任意波形產生器來說是過快的，因此這種儀器會採用一種較低速率、較便宜的匯流排，如通用序列匯流排(USB)。而PCIe 2.0對一台160Gsample/s的示波器來說不夠快，因此須要使用專屬的匯流排。具有高資料速率的儀器也可能會採用專屬背板介面，以達到超越標準背板效能的資料速率。
不過，在這個迷思之中，哪一部分是真實的？與成本迷思類似，速率迷思背後真實的部分，與在一台機箱內裝入多台儀器有關。如同模組化解決方案的一般要求，為了讓許多儀器可快速相互溝通，其設計通常會採用共用或標準的高頻寬背板，以滿足所要的應用需求。
此外，由於模組化儀器的元件可以更輕易地進行升級，因此對模組化系統中任何一個成為瓶頸的部分進行升級通常會更容易，也更符合成本效益。舉例來說，假如中央處理器(CPU)就是模組化系統中的瓶頸，您可以在新電腦推出時，輕易將它升級。同樣地，假如類比數位轉換器是系統瓶頸的話，模組化儀器可以讓您只升級數位轉換器。
所以儘管單機式儀器的設計可以納入高傳輸速率背板，就如同模組化儀器通常採用的(這也讓它成為一個迷思)，但假如這對單機式儀器的預期用途來說是多餘的話，通常就不會配備那樣的背板。
迷思3：加快模組化儀器量測速度 內建二進位介面並非萬靈丹
迷思3：加快模組化儀器量測速度 內建二進位介面並非萬靈丹
模組化儀器並非就一定要使用二進位驅動程式介面，如IVI；而非文字架構的介面，如可程式化儀器標準指令集(SCPI)，也沒有說單機式儀器就必定使用。有些單機式儀器可同時支援SCPI和IVI；有些模組化儀器可同時支援SCPI和IVI，選擇何者通常取決於儀器的應用。
對大部分的應用來說，傳送和接收驅動程式指令所花的時間，僅是量測時間的一小部分，這點已越來越真實，因為儀器廠商正努力在為使用者進一步簡化量測。舉例來說，業界推出「單鍵測試(OBT)」的應用軟體，只要用幾個指令就能測試整個通訊標準，如全球行動通訊系統(GSM)、長程演進計畫(LTE)等。這些OBT應用軟體利用SCPI讓客戶開始進行測試，並可在測試結束時傳回測試結果，但在整個測試過程中，儀器內部也使用非常快的二進位通訊來控制硬體。在這些情況下，無論客戶是使用SCPI或IVI來啟動單鍵測試，其量測速度的差異根本就微不足道。
然而，這個迷思的哪個部分是真的？指令以二進位驅動程式介面(如IVI)來傳送，會比直譯式指令介面(如SCPI)更快，這是事實。但對於在電腦和儀器之間有很多通訊的應用來說，驅動程式介面比較有可能是量測速度的瓶頸所在，這點不管系統是不是模組化皆是相同情況。
迷思4：相比單機式儀器 模組化儀器訊號傳真度不遜色
在大部分的情況下，將一台儀器裝入模組化的外觀尺寸，並不等於就會衝擊訊號傳真度。實際上，在許多應用中，超過一台以上的儀器一起運作時，系統級規格會受限於其中的相互依存，而模組化儀器常常可以為這些應用提供更好的規格。舉例來說，有些應用會要求非常嚴格的儀器對儀器時脈偏差，如多重輸入多重輸出(MIMO)應用，透過共用背板可更容易達到此種要求。
但在這個迷思之中，真實的部分在哪裡？許多傾向於使用模組化解決方案的應用，皆面臨機體大小的限制，如模組化儀器在一些生產製造的應用中很受歡迎，其單位面積的成本是一項很重要的因素。此錯誤迷思之中的真實部分，可以在某些廠商的設計取向中找到。
在某些情況下，模組化儀器商會選擇犧牲一些效能以縮減尺寸。舉例來說，他們可能會使用較小、較低效能的振盪器；或是他們可能會在印刷電路板(PCB)走線之間使用較小的間距(會造成訊號耦合)。不過這是儀器的設計取向，並非模組化儀器固有的缺點。
有些模組化儀器的分隔方式，是為了讓儀器的各種元件可以更輕易地進行升級。若是沿著類比介面進行分隔時，可能會需要額外的纜線，這樣可能對效能有些許影響。此外，當系統中的區塊可以升級時，儀器的校驗可能會變得更困難。
迷思5：模組化儀器指的是硬體和軟體模組化
在考量模組化儀器時，大多數的工程師會想到PXI、AXI、VXI或一些其他種類的系統，其中包含一個機箱和幾個插入式模組。雖然標準式機箱的確是模組化很重要的一部分，但模組化硬體並沒有提供太多價值，除非軟體和校驗也都模組化。舉例來說，M9391A PXIe向量訊號分析儀(VSA)包含四個PXI模組：一個時脈訊號源、一個參考合成器、一個降頻器及一個數位轉換器。
小尺寸的硬體令人感興趣，但真正的價值事實上來自硬體、軟體和校驗方式全都模組化。舉例來說，此產品未來可以讓客戶只升級時脈訊號源，以提供更好的相位雜訊，因此驅動軟體必須能提供此種等級的模組化。
同樣地，在傳統單機式儀器中，為用最簡單的方式達到最佳效能，校驗的過程會將這四個區塊全部涵蓋在一起；然而，此方式在時脈訊號源模組升級之後，會無法提供原本保證的效能。為確保升級所帶來的好處，此時就需要一種不一樣的模組化校驗方式，這個例子可以說明為何對模組化儀器來說，硬體和軟體是同等重要的元素。
這個迷思的哪個部分是真的？有些模組化產品確實只是一台採用模組化背板的傳統單機式儀器，舉例來說，有些PXI VSA並不是由四個模組來組成，相反地，它們只是一個在PXI背板上占去多個插槽的大模組。這些產品的軟體和校驗是利用傳統儀器等級的方式開發出來的，這些產品確實有模組化硬體的優點(也就是小型機體)，但卻無法讓產品進行升級(需有模組化硬體、模組化軟體和模組化校驗)。也因此，對一個解決方案來說，若要精準地稱為模組化，則硬體和軟體兩者都必須要模組化。
挑選適當量測儀器先評估應用需求
模組化和單機式測試儀器之間的差異相當微妙，但也非常重要。一般來說，模組化儀器在組成多台儀器的系統時，具有優勢。當您須要由單一儀器取得最佳效能時，則針對特定用途製造的單機式儀器非常適合。當然，真實狀態並非如此涇渭分明。在大部分的系統中，當您採用單機式和模組化儀器的組合時，就能取得價格、效能及彈性的最佳組合。單機式儀器在開發階段(亦即測試產品原型)或許較佳，而模組化儀器在其他階段(亦即系統驗證)或許較佳，這也是真的。因此，假如您選擇一種方式可以在單機式和模組化儀器之間輕鬆轉換，長期下來，您或許可以省下一些時間和金錢。
