测试和测量应用

通信测试

通信测试和监控设备包括有线、无线、光学、电信等细分市场的各种产品。这些产品包括网络/协议分析仪、频谱分析仪、比特错误率测试仪 (BERT)、IP 语音 (VoIP) 测试仪、SONET/SDH 测试仪等。

设计通信测试产品面临三方面的挑战:

  1. 支持多种不同的标准(如 PCI Express* [PCIe-gen3 和 PCIe-gen4*] 和万兆位以太网 (10GbE))的需求,远远领先于设备制造商
  2. 不断升级产品以支持新标准、新特性和新功能的压力
  3. 通过集成高性能来减少电路板数量的需求

因此,设计师需要灵活的可编程解决方案,来升级测试设备和并延长其使用寿命。可编程性既是业务要求,又是设计要求,这使得 FPGA 成为这些应用的理想解决方案。

下图说明了英特尔® FPGA 和英特尔® FPGA 知识产权 (IP) 功能在多端口网络/协议分析仪中的使用。典型的测试线路卡中有三个关键的功能块:生成器、成帧器/介质访问控制 (MAC) 和分析仪。生成器生成测试模式,该模式被发送到成帧器进行组帧,然后转到受测设备 (DUT)。数据从 DUT 返回后,成帧器将数据发送到分析器进行比特错误率 (BER) 测试、直方图和各种其他测试步骤。

关键系统架构变量

  • 每线路卡端口数
  • 电源(每块板的总功耗:最大 50 - 60 瓦)
  • 使用不同网络协议的多个端口(以太网、GbE、光纤等)。
  • 软件/硬件分区(1 - 7 层)

多端口网络/协议分析仪

解决方案

英特尔 Stratix-10 的富功能架构为通信测试设备生产需求提供了出色的解决方案。这些可编程器件系列为系统设计人员提供了任何其他设备解决方案都不具备的灵活性、性能、集成和设计资源。这些设备以及英特尔广泛的 IP 内核产品组合为设计人员提供了业界领先的下一代通信测试设备开发解决方案。

英特尔 Stratix-10 系列 FPGA 采用高性能架构,可加速基于模块的设计,从而实现最佳系统性能。英特尔 Stratix-10 器件包括高达 2.75M 等效逻辑元件 (LE)、高达 229 Mb 的嵌入式内存、高性能、可变精度数字信号处理 (DSP) 模块(具有高达 11,520 18x19 高性能倍增器)以及适用于最常用接口标准的灵活 I/O。产品系列包括 SX、GX、TX、MX,功能集和性能选项多种多样,可实现满足下一代需求的最佳解决方案。Stratix-10MX 系列集成了 3.25GB 至 16GB 的高带宽内存 (HBM),可提供高达 512GB/秒 的吞吐量,同时显著减小整体解决方案的尺寸,并通过行业领先的集成提高可靠性。Stratix-10SX 器件包含集成的 64 位 ARM Cortex-A53 APU 复杂和完整的软件支持和软件(GPOS 和 RTOS)开发加速工具。

英特尔 Stratix-10 系列器件还包括收发器数据速率高达 58 Gbps 的生产器件(可在 PAM4 和 NRZ 操作之间无缝切换),以及多达 144 个全双工收发器通道,其精度满足 PCIe 1.1、2.0 和 3.0 等多个串行协议的要求。(请发送电子邮件或致电咨询最新的外围器件互连解决方案,包括 PCI Express* Gen4 x16。) 某些系列成员中集成了收发器,既实现了成本效益,又为通信测试产品节约了板载空间。英特尔 Stratix-10 器件包括输入和输出数据处理功能(如组帧、BER 测试和时钟信号同步)所需的嵌入式内存和 LE 资源。Stratix-10 器件还包括 100 千兆位以太网 MAC 和各种 FEC 解决方案。

英特尔 Arria-10® FPGA 系列包括独特的创新,比如嵌入式双核 ARM* Cortex*-A9 MPCore® 处理器。这种硬处理器系统 (HPS) 包括一组丰富的强化外围器件,以及高性能和安全的子系统。Arria-10 系列提供多达 78 个全双工收发器(数据速率高达 25.78 Gbps 芯片到芯片、12.5 Gbps 背板)、多达 1,150K 个等效逻辑元件 (Le)、强化内存接口以及一个功率已优化的核心架构,后者包括重新设计的自适应逻辑模块 (ALM)、可变精度 DSP 块、分布式内存块和分段式时钟综合锁相环路 (PLL)。

低成本的英特尔 Cyclone FPGA 非常适合需要更低每端口价格的应用。Cyclone 器件可与英特尔 IP 内核(如 10/100 以太网 MAC 控制器内核)配合使用,以缩短设计时间。Nios® II 嵌入式处理器可用于执行系统内的一些控制功能。将各种独立的器件集成到单个英特尔 Cyclone 器件中可减少板载组件数量,同时降低设计成本和缩短设计时间。Cyclone 器件的架构很高效,能够满足对成本敏感的通信测试产品的性能和价格要求。低成本 Cyclone 设备与英特尔 IP 内核配合使用可以缩短开发周期,从而加快产品上市速度并节省大量成本。

英特尔 MAX10 也是系统总线转换和复杂电源系统管理的理想解决方案,包括来自英特尔 Enpirion® 系列集成高效负载点电源管理解决方案的预验证电源管理解决方案,这些解决方案是针对所有英特尔 PSG FPGA 器件进行设计的,并通过了验证。

英特尔提供多种可用于测试设备的 IP 内核。SFI、SPI3、SPI4.x、SGMII 和 XAUI 等高速芯片对芯片接口以及 DDR3 和 RLDRAM III 等内存接口可以从英特尔 FPGA IP 产品组合网站下载。

400GE 测试仪,配备 8 个 56Gbps 收发器

通信测试仪(如有线和无线通信测试系统)涵盖一系列“特定于标准的”测试解决方案,这些解决方案需要最新的前沿性能能力来支持新兴通信行业,如 400G/800G 以太网或 5G 无线通信测试系统。

Stratix-10 系列器件基于屡获殊荣的 Stratix 架构构建,包括输入和输出引脚处理功能(如信号同步和时序分析)所需的嵌入式内存和 LE 资源。英特尔 Stratix 器件系列集成了多达 60 个 58Gbps 收发器(或 120 个 NRZ 收发器),以及多达 24 个 28.3Gbps 和 17.4Gbps 收发器,具有 PCIe-Gen3 等串行协议所需的信号完整性。Stratix-10 器件还包括 100 千兆位以太网 MAC 和各种适用于千兆位以太网应用的 FEC 解决方案。(请发送电子邮件或致电咨询最新的外围器件互连解决方案,包括 PCI Express* Gen4 x16、针对下一代千兆位收发器的英特尔 PSG 解决方案路线图、高端 FEC 解决方案和大量 TeraFLOPS DSP 解决方案。)

半导体 ATE

半导体自动化测试设备 (ATE) 包含各种仪器或卡,用于在晶圆和封装阶段测试存储器、数字、混合信号和片上系统 (SoC) 组件。在消费者、计算和通信市场的需求驱动下,这些测试系统不断发展。为了跟上半导体行业的创新步伐,当今的 ATE 产品必须以前所未有的速度提供更多功能。

可编程逻辑能提供灵活性和可扩展性,在 ATE 产品的开发中起着重要作用。诸如时序精度、内存控制、数字信号处理 (DSP) 分析、高速 I/O 能力和抖动符合性等功能都由可编程逻辑提供。下图显示了 ATE 系统中典型的仪器卡。随着 ATE 产品复杂性的不断增加,更多的知识产权 (IP) 继续集成到可编程逻辑中。

英特尔提供多种可用于 ATE 产品的 IP 内核。DDR3、DDR4 和 RLDRAM III 等内存接口或者 PCI Express* (PCIe-gen3)、SFI 和 SerialLite(一种轻量级、高带宽、点对点数据协议)等高速总线接口可以从英特尔 FPGA IP 产品组合网站下载。(请发送电子邮件或致电咨询最新的外围器件互连解决方案,包括 PCI Express* Gen4 x16。)

典型 ATE 测试站

解决方案

Stratix-10®、Arria-10® 和 Cyclone® 器件系列的富功能架构为 ATE 生产提供了出色的解决方案。这些器件系列为系统设计人员提供了任何其他设备解决方案都不具备的灵活性、性能、集成和设计资源。这些硅产品,加上英特尔广泛的 IP 内核产品组合,为设计师提供了行业领先的下一代 ATE 平台开发解决方案。

Stratix-10 系列 2.75M FPGA 包括高达 2.75M 等效逻辑元件 (LE)、高达 229 Mb 的嵌入式内存、高性能、可变精度数字信号处理 (DSP) 模块(具有高达 11,520 18x19 高性能倍增器)以及适用于最常用接口标准的灵活 I/O。产品系列包括 SX、GX、TX、MX,功能集和性能选项多种多样,可实现满足下一代需求的最佳解决方案。Stratix-10MX 系列集成了 3.25GB 至 16GB 的高带宽内存 (HBM),可提供高达 512GB/秒 的吞吐量,同时显著减小整体解决方案的尺寸,并通过行业领先的集成提高可靠性。Stratix-10SX 器件包含集成的 64 位 ARM Cortex-A53 APU 复杂和完整的软件支持和软件(GPOS 和 RTOS)开发加速工具。

Stratix-10 系列器件基于屡获殊荣的 Stratix 架构构建,包括输入和输出引脚处理功能(如信号同步和时序分析)所需的嵌入式内存和 LE 资源。英特尔 Stratix 器件系列集成了多达 60 个 58 Gbps 收发器(或 120 个 NRZ 收发器),以及多达 24 个 28.3 Gbps 和 17.4 Gbps 收发器,具有 PCIe Gen3 等串行协议所需的信号完整性。(请发送电子邮件或致电咨询最新的外围器件互连解决方案,包括 PCI Express* Gen4 x16、针对下一代千兆位收发器的英特尔 PSG 解决方案路线图、高端 FEC 解决方案和大量 TeraFLOPS DSP 解决方案)。Stratix-10 器件还包括 100 千兆位以太网 MAC 和各种 FEC 解决方案。

英特尔 Arria-10® FPGA 系列包括独特的创新,比如嵌入式双核 ARM* Cortex*-A9 MPCore® 处理器。这种硬处理器系统 (HPS) 包括一组丰富的强化外围器件,以及高性能和安全的子系统。Arria-10 系列提供多达 78 个全双工收发器(数据速率高达 25.78 Gbps 芯片到芯片、12.5 Gbps 背板)、多达 1,150K 个等效逻辑元件 (Le)、强化内存接口以及一个功率已优化的核心架构,后者包括重新设计的自适应逻辑模块 (ALM)、可变精度 DSP 块、分布式内存块和分段式时钟综合锁相环路 (PLL)。

英特尔提供多种可用于测试设备的 IP 内核。芯片对芯片接口以及 DDR3、DDR4 和 RLDRAM III 等内存接口可以从英特尔 FPGA IP 产品组合网站下载。

对于需要更低每引脚价格的应用,英特尔 Cyclone FPGA 系列高密度、低成本器件非常适合。Cyclone 器件可以与英特尔 IP 内核(如 Nios® II 嵌入式处理器)结合使用,以实现显著缩短设计时间的控制功能。这种嵌入式 IP 功能可以缩短开发周期、降低成本并缩短上市时间。将各种外设集成到单个英特尔 Cyclone 系列器件中可减少板上分散组件的数量,以及相关的设计成本和时间,从而大大节省了成本。凭借高效的设备架构,英特尔 Cyclone 系列器件可满足 ATE 产品的性能和集成需求。

通用测试

测试和测量仪器

通用测试仪器包括示波器、逻辑分析仪、信号发生器、视频测试设备、汽车测试设备等产品。这些产品广泛应用于从实验室到制造设施的各种环境中。

可编程逻辑在通用测试仪器开发中继续发挥重要作用。FPGA 的灵活性和可扩展性可加快产品上市速度并降低风险。再加上集成能力的迅速发展,可编程逻辑已成为硬件和软件开发团队的新核心。

除了使用可编程逻辑外,随着性能要求和电路密度的增加,许多新的电路结构正在出现。新总线的大量使用(通常涉及高速串行数据传输),以及片上系统 (SoC) 和可编程芯片系统 (SOPC) 器件的普遍使用,在业界已是普遍现象。现在,设计人员必须处理非常复杂的设计和电路结构,使电路内调试更加困难,同时,更加必要。

FPGA 在便携式示波器中的典型应用

FPGA 在视频测试设备中的典型应用

解决方案

Stratix-10®、Arria-10® 和 Cyclone® 器件系列的富功能架构为通用测试仪器提供了出色的解决方案。这些器件系列为系统设计人员提供了任何其他设备解决方案都不具备的灵活性、性能、集成和设计资源。这些硅产品,加上英特尔广泛的 IP 内核产品组合,为设计师提供了行业领先的下一代 ATE 平台和高带宽视频测试平台开发解决方案。

Stratix-10 系列 2.75M FPGA 包括高达 2.75M 等效逻辑元件 (LE)、高达 229 Mb 的嵌入式内存、高性能、可变精度数字信号处理 (DSP) 模块(具有高达 11,520 18x19 高性能倍增器)以及适用于最常用接口标准的灵活 I/O。产品系列包括 SX、GX、TX、MX,功能集和性能选项多种多样,可实现满足下一代需求的最佳解决方案。Stratix-10MX 系列集成了 3.25GB 至 16GB 的高带宽内存 (HBM),可提供高达 512GB/秒 的吞吐量,同时显著减小整体解决方案的尺寸,并通过行业领先的集成提高可靠性。Stratix-10SX 器件包含集成的 64 位 ARM Cortex-A53 APU 复杂和完整的软件支持和软件(GPOS 和 RTOS)开发加速工具。

Stratix-10 系列器件基于屡获殊荣的 Stratix 架构构建,包括输入和输出引脚处理功能(如信号同步和时序分析)所需的嵌入式内存和 LE 资源。英特尔 Stratix 器件系列集成了多达 60 个 58Gbps 收发器(或 120 个 NRZ 收发器),以及多达 24 个 28.3Gbps 和 17.4Gbps 收发器,具有 PCIe Gen3 等串行协议所需的信号完整性。(请发送电子邮件或致电咨询最新的外围器件互连解决方案,包括 PCI Express* Gen4 x16、针对下一代千兆位收发器的英特尔 PSG 解决方案路线图、高端 FEC 解决方案和大量 TeraFLOPS DSP 解决方案)。Stratix-10 器件还包括 100 千兆位以太网 MAC 和各种 FEC 解决方案。

英特尔 Arria-10® FPGA 系列包括独特的创新,比如嵌入式双核 ARM* Cortex*-A9 MPCore® 处理器。这种硬处理器系统 (HPS) 包括一组丰富的强化外围器件,以及高性能和安全的子系统。Arria-10 系列提供多达 78 个全双工收发器(数据速率高达 25.78 Gbps 芯片到芯片、12.5 Gbps 背板)、多达 1,150K 个等效逻辑元件 (Le)、强化内存接口以及一个功率已优化的核心架构,后者包括重新设计的自适应逻辑模块 (ALM)、可变精度 DSP 块、分布式内存块和分段式时钟综合锁相环路 (PLL)。

英特尔提供多种可用于测试设备的 IP 内核。芯片对芯片接口以及 DDR3、DDR4 和 RLDRAM III 等内存接口可以从英特尔 FPGA IP 产品组合网站下载。

对于需要更低每引脚价格的应用,英特尔 Cyclone FPGA 系列高密度、低成本器件非常适合。Cyclone 器件可以与英特尔 IP 内核(如 Nios® II 嵌入式处理器)结合使用,以实现显著缩短设计时间的控制功能。这种嵌入式 IP 功能可以缩短开发周期、降低成本并缩短上市时间。将各种外设集成到单个英特尔 Cyclone 系列器件中可减少板上分散组件的数量,以及相关的设计成本和时间,从而大大节省了成本。凭借高效的设备架构,英特尔 Cyclone 系列器件可满足 ATE 产品的性能和集成需求。

英特尔提供多种可用于测试设备的 IP 内核。SFI、SPI3、SPI4.x、SGMII 和 XAUI 等芯片对芯片接口以及 DDR3 和 RLDRAM III 等内存接口可以从英特尔下载。

 

模块化测试系统

示波器和逻辑分析仪等通用测试和测量设备的设计人员历来都采用定制设计的硬件。随着对降低成本和提高灵活性的需求不断增长,基于 PXI(仪器的 PCI 扩展)的模块化仪器越来越受欢迎。这些系统共享硬件资源(例如机箱、电源、CPU),并利用用户定义的软件进行自定义测量并支持新兴标准。  

对于特定于应用的需求,您现在可以:

  • 使用适用于 PCI Express 的英特尔 FPGA IP,轻松实现基于 PCIe 的模块化功能板。
  • 在 Stratix® 系列 FPGA 中集成多个序列化器和反序列化器 (SERDES) 通道,高达 12.5 Gbps
  • 使用英特尔 Stratix 和 Intel Arria® 系列 FPGA 和英特尔 Quartus® Prime 设计软件快速创建自定义功能和接口

基于模块化的系统

便携式

便携式手持设备可以实现现场测试设备,如万用表、手持示波器和汽车诊断设备。

这些便携式设备是使用大量分立组件和一个 CPU 实现的。但是,实现这些自定义硬件平台需要更多时间和资源,从而导致:

  • 将精力浪费在开发标准模块而不是自定义应用模块上
  • 多个分立 ASSP 和 CPU 组件造成的过时风险
  • ASIC 的集成风险、成本和不灵活性

借助最新的英特尔 Quartus® Prime 开发工具 DSP Builder(适用于 Intel FPGA)、Nios® II 嵌入式处理器以及英特尔 Cyclone®、英特尔 Arria® 和英特尔 Stratix® 系列 FPGA 的可编程硬件功能,您可以:

  • 将多个 ASSP 器件和 CPU 集成到单个独立于应用程序的 FPGA 中
  • 在单个 FPGA 上将独立功能实施到多个 Nios II 处理器中
  • 将共同处理逻辑与 Nios II 处理器相结合,以大幅增强功能性能
  • 轻松将所有特定于应用程序和标准知识产权 (IP) 的功能与 SOPC Builder 集成

其他生产力好处包括:

  • 重用以前的工程 IP 开发工作
  • 利用其他英特尔 FPGA 和合作伙伴的 IP 模块
  • 将特定于应用的模拟 I/O 和传感器电路分离到模块化子卡上

下图显示了英特尔 Cyclone、英特尔 Arria 或英特尔 Stratix 系列 FPGA 如何使用一个或多个 Nios II 处理器(包括自定义逻辑)实现可编程芯片系统 (SOPC)。可以添加用户界面、特定于应用程序的模拟功能和网络连接来完成便携式设备。

便携式测试设备

便携式测试设备可以受益于业界著名的集成 NIOSII FPGA 嵌入式 32 位处理器。Cyclone FPGA 可以实现所需的集成,以最大限度减小手持系统板的面积,同时提供业界领先的能效。Arria-10 适用于高端便携式细分市场,在该领域中,电池电源仍然至关重要,但是还需要更高的系统性能。有了 Arria-10,用户可以利用 SX 系列中嵌入的双 ARM Cortex-A9 APU 和子系统来运行一组丰富的 RTOS,以及带丰富 GUI 的丰富 GPOS,如现代 Linux 内核。这些 FPGA 的集成功能包括处理器(NIOSII 或双 ARM Cortex-A9)、LPDDR 内存控制器、能效型 DSP、各类外围互连、显示驱动程序、大量 LVDS I/O 和附加的 PCIe 功能。数据采集和主板功能可以集成,无需多板解决方案,从而减小便携式测试仪的质量和尺寸。

市场趋势

通信测试

通信测试

通信测试子细分市场与电信市场密切相关。具体来说,通信测试子细分市场受电信市场资本支出的带动。

2014 年,通信测试设备市场规模约为 120 亿美元,其复合年增长率约为 7%。

无线测试设备

  • 频谱/噪音分析仪
  • 信号发生器
  • 手持仿真器/测试器
  • 基站测试
  • Tx/Rx 矢量网络测试仪
  • 调制域测试仪

有线测试设备

  • 频谱分析仪
  • 信号发生器
  • 网络协议分析器
  • DSL 测试仪
  • SONET/SDH 测试仪
  • 知识产权 (IP) 路由器测试仪

市场趋势和动态

以下因素决定了通信领域的市场趋势和动态:

  • 测试设备供应商专注于并设计可重构平台:
    • 允许提供衍生产品;利用相同的开发,并将产品定位在各种性能和价位
    • 使测试设备“面向未来”,从而延长产品寿命
  • 重在降低每端口价格
  • 对功能测试的广泛需求。
  • 非常适合小型“精品”公司 — 超过 50% 的测试市场由小型测试供应商拥有
  • 以下几点使 FPGA 成为合乎逻辑的选择:
    • 功能蔓延
    • 不断要求升级
    • 不断发展和新出现的通信标准/协议
  • 尽早获得前沿技术至关重要:
    • 测试设备开发与大规模技术采用之间通常相差 12 到 18 个月

半导体 ATE

半导体 ATE

ATE/半导体测试领域是一个子细分市场,它经历了过山车一般的上下起伏。

2014 年,半导体 ATE 市场规模约为 40 亿美元,其复合年增长率约为 3%。

ATE/半导体测试细分市场包含六种不同类型的测试仪:

  • 模拟/线性测试
  • 混合信号测试
  • 射频/微波测试
  • 数字/逻辑测试
  • 内存测试
  • 片上系统 (SOC) 测试

ATE 市场受半导体芯片量驱动。随着芯片量的稳步增长,对芯片测试仪的需求也在增长。

在家用电器、手机和汽车等终端产品中,内存设备的使用急剧增加,因此,ATE 领域中内存测试仪的子细分市场最大也就不足为奇了。

市场趋势和动态

以下因素决定了 ATE 领域的市场趋势和动态:

  • ATE 供应商受制于繁荣和萧条周期
  • 测试设备订单:
    • 资本利用率推动资本设备订单
      • 客户购买技术、低故障率(即设备可靠性)和按时交付系统的能力
    • 设备制造商对未来芯片量的看法
  • 减少测试时间是关键;测试时间更短意味着测试的设备越多,从而带来更高的收入
  • 每个客户都有自己的测试方法 — 导致业务很杂或者量不大(内存市场除外,量较大)
  • 客户希望:
    • 延长现有系统的投资回报 (ROI) — 需要现场升级
    • 每天测试不同的技术 — 需要系统灵活性
  • ATE 供应商的客户群有限(全球只有 25 家主要的独立设备制造商和 10 家独立测试公司)
  • ATE 供应商试图将系统开发与一个“标杆”客户捆绑在一起,并最终将销售杠杆作用于多个“生产”客户

通用测试

通用测试

通用测试子细分市场是多种多样的,包括示波器、信号发生器、汽车诊断设备和广播视频测试仪等。由于其多样性,通用测试子细分市场的成功与广泛的终端市场紧密相关,只能描述为紧跟一般的高科技市场。

2014 年,GP 测试市场规模约为 50 亿美元,其复合年增长率约为 3%。

通用测试系统

  • 示波器
  • 频谱分析仪
  • 信号发生器
  • 逻辑分析仪
  • 任意波形和函数发生器
  • 万用表
  • 网络分析仪

市场趋势和动态

以下因素决定了通用测试领域的市场趋势和动态:

  • 非常分散的细分市场
    • 广泛的客户,有着大量的测试和测量需要。
    • 许多测试解决方案供应商提供单点/自定义解决方案
  • 测试供应商将其解决方案转向模块化方法:
    • 以逻辑分析仪和示波器为例,转向基于 PXI/AXI 的模块化仪器外形。

测试和测量解决方案参考链接

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