IoT测试商机“羊”帆　基础仪器商软硬体方案齐发

基础仪器商竞相发动物联网量测解决方案攻势。看好物联网带动的感测器、无线射频、低功耗电源管理元件及系统量测商机，仪器商正相继加码扩展多功能整合测试仪阵容及软体升级方案，期满足晶片商和系统厂以最低成本添购基础仪器的需求。

物联网东风来了，基础仪器市场再度“羊”帆启航。随着平板、手机等行动装置市场价格战日益升温，相关晶片商及系统厂投入产品研发、测试与生产成本的预算也更趋保守，导致各类基础仪器出货量大多维持小幅成长或平盘的表现；不过，一迈入2015年，堪称全球消费性电子产业风向球的国际消费性电子展(CES)就揭橥智慧家庭、联网汽车和穿戴式电子等各式物联网应用最新进展，无疑让晶片、系统开发业者重新活络起来，并再度点燃一波基础仪器购置及换机需求。

众所周知，物联网装置首重感测器、无线射频(RF)及低功耗电源管理三大设计环节，因此主要基础仪器供应商--是德科技(Keysight Technologies)、国家仪器(NI)、安立知(Anritsu)、罗德史瓦兹(R&S)和太克(Tektronix)皆倾力扩展相关示波器、电源分析仪、频谱分析仪、向量网路分析仪(VNA)等产品阵容；甚至积极加码研发新一代多功能整合(Combo)测试仪及软体升级解决方案，以提高设备性价比吸引研发端/产线端业者青睐，在在牵动基础仪器市场和技术竞局转变。

物联网设计新三宝　感测/RF/电源量测商机旺

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图1国家仪器自动化暨RF产品行销经理潘建安指出，PXI模组化仪器在物联网市场的渗透率将与日俱增。
国家仪器自动化暨RF产品行销经理潘建安(图1)表示，目前当红的物联网产品包括穿戴式装置、联网汽车、智慧家电和工业自动化(Industrial Automation)设备等，皆强调具备感知和无线传输功能；相关晶片商、原始设计/设备制造(ODM/OEM)更致力改善系统功耗，以延长装置续航力达成“常时开启(Always On)”的使用模式，因而带动各种感测器、RF讯号撷取/分析，以及电源转换效率量测需求高涨，为基础仪器商捎来新商机。

潘建安指出，以微机电系统(MEMS)动作感测器和麦克风为例，由于其撷取到的类比讯号非常微小，且在更小的系统空间内，讯号链和接脚设计复杂度大增，导致一般示波器和电源分析仪的解析度不敷使用需求，设计人员亟须更新既有方案的软硬体性能，或改用动态讯号分析仪(DSA)，以因应日益紧凑的产品上市时程。

与此同时，以往不具联网能力的手表、家电和汽车引进有线或无线传输功能后，除既有的时域讯号量测需求不可或缺外，新的频域测试需求也开始涌现，如何在不大幅增加测试程序和时间的前提下，协助系统业者确保设计品质，顿时成为仪器商重要课题。

举例来说，乙太网路(Ethernet)技术于汽车的应用已被广泛讨论多年，近期各家处理器厂瞄准车载高速影音串流应用，已纷纷推出内建Ethernet AVB功能的系统单晶片(SoC)，而博通(Broadcom)更基于乙太网路标准，进一步开发出独家BroadR-Reach通讯协定，在在带动新仪器导入需求。

图2

图2台湾是德科技行销处资深行销专案经理郭丁豪认为，软体可实现更多差异化价值，将是仪器商未来在市场竞争的关键武器。

此外，系统业者还须评估系统RF传输效率、天线及被动元件特性，因而也带动频谱、电源、逻辑分析及向量网路分析仪器的发展。对此，台湾是德科技行销处资深行销专案经理郭丁豪(图2)表示，因应产品功能测试更加多元的挑战，量测解决方案商朝向多功能整合的单机或PXI模组化仪器发展已是大势所趋，同时更要厚植软体应用功能，方能迎合快速更新的产业标准和设计变革。

混合域设计势起　仪器商竞逐多功能示波器

郭丁豪进一步指出，随着系统厂上市时间和成本压力遽增，以往在不同测试工作站、采用不同仪器的频域/时域量测作业必须加以精简，才能提高整体产测效率，因此近来示波器皆已将快速傅立叶转换(FFT)等必备的频谱分析功能，列为标准配备或重要的软体选项之一；不仅如此，考量终端装置的微控制器(MCU)、功率和RF元件持续改朝换代，仪器商也须不断增添新测试功能。

其中，是德已于年初发布新款InfiniiVision 3000T系列示波器，除将位元解析度由一般业界的8位元提升至12位元外，更利用模组化设计一次整合十六通道逻辑分析仪、任意波形产生器、电表、计频器(Frequency Counter)、累加运算加总器和串列协同触发器等多种测试功能。

郭丁豪分析，工程师借力多通道逻辑分析功能，可针对系统主处理器的逻辑讯号波形进行设计验证，并加速除错；至于计频器和加总器则可提高频率测试精准度和运算效率，大幅缩减系统量测负担和时程。此外，是德也在新款示波器中的任意波形产生器搭载“波形录制”的软体功能，有助设计人员以模拟方式快速检视不同规格元件的设计效果，促进系统配置更加到位。

无独有偶，R&S、太克和NI也都强攻多功能整合示波器，足见多合一机种已成为仪器商闯荡物联网市场的重要武器。

图3

图3右起为R&S宽频及基础仪表量测部业务副理陈明宣、应用支援工程师林俊平、业务工程师林冠佑、应用支援工程师吴坤龙。

R&S宽频及基础仪表量测部业务副理陈明宣(图3)表示，R&S在频域测试领域已累积长久的经验和技术实力，搭上物联网引爆的无线传输设计验证商机，更能在市场大展拳脚；也因此，R&S在近年不断扩充具备频域和时域测试能力的混合讯号示波器(MSO)产品线，并利用模组化架构增加各种量测功能，已逐渐在市场上闯出一片天。

R&S宽频及基础仪表量测部业务工程师林冠佑(图3)补充，随着产线端业者对测试成本愈来愈敏感，该公司更预计在今年下半年发布一款整合数位电表、计频器功能的经济型三合一示波器，并可搭配远端控制系统，协助系统厂精简工作站点，以提高产测效率和成本效益。

陈明宣更透露，看好车载资通讯(Telematics)、先进驾驶辅助系统(ADAS)测试与验证商机，R&S新款数位示波器也率先提供乙太网路介面一致性测试软体选配方案，让使用者能建置BroadR-Reach乙太网路介面的自动化测试系统(图4)，以加速实现车载摄影机影像串流与雷达系统讯号传输的开放式、可扩展乙太网路。

图4　BroadR-Reach自动化测试套件　资料来源：R&S

图5

图5太克大中华区行销业务协理张天生提到，基础仪器迈向多功能整合后，电路设计可靠度将更加重要。太克大中华区行销业务协理张天生(图5)则强调，太克系最早投入布局多功能整合示波器的基础仪器商，近来更进一步打造出具备更强时域/频域讯号撷取、分析功能的六合一混合域示波器(MDO)，除既定的示波器、频谱分析仪和数位伏特计功能外，还提供逻辑分析仪、任意函数产生器、通讯协定分析仪功能，以及各式软体选配方案，可因应OEM产测需求，提供最接近其采购预算的设备。[page]

对测试工程师而言，多功能整合、软体升级能力和易用性已成为其采购仪器的主要评估指标(图6)；张天生认为，要实践这些关键要素，仪器商往往要积累长时间的开发及业界合作经验，并非将不同的测试功能一味塞进仪器内就能达成。也因此，太克在积极拓展MDO取样率、解析度和功能整合度之余，也持续加入触控萤幕、图形使用者介面(GUI)，以及各种协定分析与讯号演算法的配套方案，期帮助使用者快速上手。

图6　基础仪器功能要求趋势　资料来源：太克

简化功率量测复杂度　电源分析仪/示波器送作堆

随着节能设计趋势兴起并快速在电子产业蔓延，电子电源转换系统工程师也须运用更精准的电源量测方案，以评估变频器(Inverter)、电源转换器/供应器、电池系统、照明设备、汽车和飞机动力系统的动态功率转换效率及功耗特性，因而刺激仪器商卯足劲改良电源分析仪功能设计。

锁定市场需求，是德已运用模组化仪器设计架构，将原先各为单机仪器的电源分析仪和示波器合而为一，打造新系列整合型电源分析仪--IntegraVision，可利用示波器功能及其高达16位元的解析度、2MHz频宽，密切追踪装置供电时的重复事件和单次事件，如开机状态或暂态现象等，进而强化电源分析精准度。

无独有偶，R&S亦运用模组化设计架构打造多功能整合示波器，并搭配软体实现电源分析功能。林冠佑表示，由于电源转换效率对物联网产品设计成败至关重要，因此OEM对相关量测解决方案的需求也与日俱增；看准此一趋势，R&S已在最新模组化多功能整合示波器中，增添可同步撷取电源输入端、输出端的动态电流/电压讯号，并即时计算电源切换损耗与转换效率的软体选配方案--K31，帮助ODM/OEM以更低成本达成更多测试工作。

据悉，示波器加电源分析仪的单机仪器可促进输入/输出端效率量测化繁为简，大幅改善以往须在输出端设置一部示波器抓取动态、暂态功率变化，并于输入端安装电源分析仪以精确得知负载功率，然后再将两笔资料融合运算，才能得出实际转换效率、操作响应和激发状况，以及相位和谐波等详细参数的复杂量测过程(表2)。

陈明宣指出，许多系统工程师也对交换式电源供应器(SMPS)因快速切换而产生的电磁干扰(EMI)问题，感到非常棘手，亟须以具有更高波形捕获率的示波器完整检视时域和频域讯号，进而加速电路设计验证；对此，R&S不断透过软体更新手法，扩展工程师现有示波器的频宽、撷取速度和演算法功能，可望逐一克服物联网设计层出不穷的测试挑战。

事实上，物联网测试需求日益复杂，不仅带动仪器功能整合风潮，亦引发仪器架构转向PXI模组化设计发展趋势，吸引NI和是德倾力展开布局，以满足市场对仪器功能弹性配置的要求。

物联网测试力求弹性配置　NI/是德猛攻PXI模组化仪器

郭丁豪表示，物联网设计热潮兴起，研发端和产线端业者也面临愈来愈多产品测试挑战，特别在相关通讯标准、元件规格不断翻新之下，工程师为满足大量新功能导入和技术研发需求，对如何缩减仪器于实验室、工厂的占位空间，以及弹性扩充仪器功能和测试通道皆伤透脑筋；着眼于此，是德遂投入PXI仪器发展行列，期透过标准化介面和通用软体，打造更灵活的仪器功能配置解决方案。

潘建安则强调，物联网装置整合度和品质要求翻升，已带动高阶专用型仪器规格和功能加速渗透基础仪器的趋势，而要快速落实这些应用功能，具有标准化、高速传输和可弹性扩充等特色的PXI介面遂跃居仪器商新宠。例如3G/4G、蓝牙(Bluetooth)4.2、ZigBee 3.0和Thread等通讯标准陆续兴起，仪器商即可运用PXI介面开发多通道(Multiport)测试仪，以满足基频晶片、射频前端模组更多元的测试需求；至于时域测试方面，PXI仪器亦可在不大幅拉高成本的前提下，轻松实现多通道设计，并全面提高测试频宽、采样率和资料传输速率(表1)。

此外，潘建安更透露，锁定物联网装置持续增加动作、环境和生物讯号感测器的商机，NI正加紧研发基于PXI介面的感测器类比前端(AFE)模组卡，有助系统业者在现有机台上快速导入特定感测器测试功能，以抢占市场先机。

由于NI较早投入PXI模组化仪器设计领域，目前市占率领先群雄；不过，近来是德也急起直追，尤其从母公司安捷伦(Agilent)正式分割为独立公司后，可将更多营收转做技术研发用途，将有助其壮大在单机和PXI仪器市场的战力。

郭丁豪强调，近几年是德戮力耕耘PXI仪器市场，截至目前已有PXI示波器、讯号产生器/分析仪、衰减器、资料撷取器等上百款系列产品阵容，今年将持续加码扩充产品线，可望显着带动市占率攀升。

郭丁豪也坦言，一般PXI模组卡价格虽较单机设备便宜，但整合多片后，再加上校验、安装及应用程式开发的花费，整体成本不见得更具竞争力，因此ODM/OEM仍旧会将传统单机纳入考量。由于是德系目前市场上唯一双线发展单机和PXI模组化仪器的业者，将可兼顾对成本极为敏感，或是追求高灵活度、多通道测试并能缩小仪器占位空间的量测需求，争取更多厂商青睐。

软实力更值钱　仪器商另辟软体设计战场

无庸置疑，从行动装置、物联网产品风行以来，电子产业的设计和量测需求不断加速变动，导致多功能整合、软体导向的仪器日益受到关注，此一潮流放诸通讯、工业和半导体产业皆然，且随着物联网应用的崛起而扩大发酵，因而也激励仪器商更加重视软体开发实力。

台湾是德科技行销处副总经理罗大钧强调，量测仪器产业正迈向典范转移的新局面，不再一味追求硬体效能，而是强调软体加值功能；为抢占先机，是德将在2015年致力发展适用于各类仪器、从设计到量产皆可因应的跨平台软体，以及具高度一致性的连接和操作介面，期逐渐转型为测试软体解决方案供应商。

罗大钧补充，目前仪器的硬体效能大致皆已到位，且能透过PXI模组化设计弹性扩充，所以如何利用软体突显产品差异化价值，才是仪器商未来的着力点。也因此，是德积极强化旗下测试软体阵容，包括电子设计自动化(EDA)工具、PC及嵌入式系统应用软体、可编程开发环境，以及跨仪器软体平台，并将发展通用的实体连接方案和应用程式介面(API)，进而达成仪器软体共用及操作体验一致性。

举例来说，目前是德用于向量讯号分析和解调变的软体工具--89600 VSA，已可用于VSA、示波器、频谱分析仪和逻辑分析仪等不同类型的仪器上，可望一举打破单一仪器仅具特定功能的框架，开创软体导向的新设计局面。

张天生亦指出，研发端与产线端业者面临的量测难题日新月异，无论是新一代介面、通讯标准，或是新版能源法规皆引发大量的协定分析和符合性测试需求，徒增产品设计及量产困难度。对此，太克率先发起仪器“软体模组化”的概念，锁定不同系统设计工程师，提供电源分析、RF调变或有线/无线介面等测试软体套件，将其所需的驱动程式、演算法、作业系统和通讯协定支援全部纳入其中，打造软体一站式购足方案。

另一方面，潘建安强调，软体对仪器控制、功能扩充的意义重大，尤其在未来的物联网世界中，更多类型的仪器整合亟须一个软体开发环境统整仪器指令集、软硬体运算资源、API和GUI，因此NI正不断加码LabVIEW可编程软体平台，以及结合现场可编程闸阵列(FPGA)、标准PXI介面的可重设I/O(RIO)仪器研发资源，并大力在半导体、IC设计、电子产品制造业和学术研究领域推广。

显而易见，物联网设计不仅为量测业界投下震撼弹，也带来崭新发展契机。在硬体架构方面，多功能、低成本、高扩充弹性的单机或PXI模组化仪器将持续引领风骚；至于软体层面，跨仪器软体平台、可编程开发环境，以及内建完整驱动程式和演算法的软体套件，将成为基础仪器商未来投资和技术较劲的新战场。在软硬体功能不断提升下，基础仪器功能将更贴近晶片商、模组和系统厂的使用需求，掀起一波“硬体换新”、“软体更新”的商机热潮，让相关仪器供应商在2015年都能神采飞“羊”。