PXI技术面向Hi-Fi测试如何焕发新生机

当Hi-Fi成为消费电子产品是否获得消费者青睐的重要因素时，厂商除了要以优异的电声技术与系统设计来提升产品功能之外，完善的音频测试则是确保产品质量的关键。

 

传统音频测试方法遭遇瓶颈

对消费电子进行音频测试必须通过专业的仪器设备来进行，传统上有两种选择：一是采用专业的音频分析仪，但一台功能完备的设备动辄就要几十万，对于需要快速大量制造而且有多条生产线的制造商来说是个不小的成本负担；另一种普遍被采用的测试方法则是以声卡与PC连接来当作测试仪器，这种解决方案可以对电声组件的最大声压、频率响应、总谐波失真（THD）等项目进行测试，而测试质量的好坏则取决于声卡的等级高低。随着消费电子逐渐向高性能、高质量发展，这种以声卡进行音频测试的做法暴露出了越来越多的弊端，例如：性能不足，难以进行高精度测试；人工操作容易导致误差；多条生产线同时测试时缺乏稳定的测试结果；缺乏软件支持，进而增加了开发成本。

 

凌华科技量测与自动化产品事业处产品经理林耿贤解释说：“以手机为例，早期仅有通话功能，只需进行语音或信号有无的检测，且测试组件只有一个麦克风和一个听筒，就算演进到可简单播放音乐的3G手机，受测组件也只增加了一个扬声器，对声音质量的要求也不高，所以一般的声卡成为制造厂商的主要测试方案。而最新一代的智能型手机因为有了无线网络和触控屏幕，除了有基本通话能力之外，影音娱乐更是其必备功能，不但受测组件变多，且声音质量的要求也越来越高，甚至还有重低音、Hi-Fi等高级音效的需求。如果仍以过去的低分辨率、低采样频率、失真/噪声信号规格不高的声卡来进行音频测试，势必无法有效提升手机性能与质量。”

PXI技术进行Hi-Fi测试有何优势？

有鉴于此，凌华科技几年前开始进入音频、噪声与振动检测领域，并推出了多款高性价比的高分辨率动态范围信号采集模块（包括PXI-9527、PCI-9527与PCIe-9529等产品）。目前，多家消费电子产品制造大厂已采用了这些产品，用以取代声卡进行电声组件测试。从产品规格可以发现，凌华科技的信号采集模块与一般声卡有着明显的性能差异，例如：24位高分辨率、高采样频率的PXI-9527，不但能获取更精细的测量数值，以此来区分细节的音质变化，平底噪声（Noise Level）小于3uVrms、总谐波失真加噪声（THD+N）小于‐100dB的特色，也使其能以高精度、低失真、低噪声的音频测量来精准检验受测物（DUT）的声音系统，以此确保手机能达到原音重现的质量。

其次，由于PXI-9527提供了两个模拟输入通道与两个模拟输出通道，所以可同时进行信号的输入输出，因此不会有声卡不同步与时间差等问题，而且不论在哪一台PC上执行、不论进行多少次操作，被测物都能产生一致的测试结果。而其所整合的电子压电（IEPE）传感器还能让用户插上IEPE麦克风传感器后，即可直接进行声音测量，免除了额外供电的配置需求。

 

 

图1，凌华科技PXI-9527与普通声卡的对比

 

对于Hi-Fi手机而言，其音质细节为普通手机的四倍，因此需要更高规格的信号采集模块才能满足需求。凌华科技针对提供Hi-Fi功能的手机所进行的音频测试如下图，其主要的测试项目是量测平底噪声与总谐波失真加噪声。同样以PXI-9527为例来说明测试架构，使用者可通过卡上的两个模拟输入通道接上手机的左右声道，在取得受测物的输出信号后，测试系统就能将量测值与手机原始设计规格进行比对，从而检验出该受测物是否符合Hi-Fi设计标准。

 

 

图2，Hi-Fi手机音质细节为普通手机的四倍，需要更高规格的信号采集模块

 

将PXI-9527与一般声卡进行比较后发现，后者总谐波失真最高只能测到-70dB或-80dB，因此不但无法确认受测物是否能精准表达每一个声音细节，在噪声方面也因为适配卡本身的平底噪声就高达100uVrms，所以难以满足手机3~10uVrms的要求。

 

在对智能手机进行音频测试时，凌华科技的独到之处还在于能够通过PXI系统构建音频回路测试方案。首先，为了精确地测试产品的声音质量，受测物必须放于隔音箱内以隔绝环境噪音的干扰，并以麦克风传感器对应被测物的扬声器、以人工嘴或喇叭对应被测物的麦克风，另外通过PXI-9527的模拟输入通道与模拟输出通道与隔音箱内的音频输入与音频输出对接并形成回路后，再根据人耳听觉范围，从20Hz逐步递增至20KHz，以此来对受测物进行自动化测试。而该信号采集模块所发出的测试信号会经过回路再回传给模块，所得到的响应信号在完成傅立叶变换（FFT）运算后即能获得受测物的频率响应曲线与失真结果，由此检验受测物的音频质量是否符合产品原有的设计。

 

 

图3，凌华科技音频回路测试解决方案架构图。

 

从上图可见，该被测手机需要检测的音频输入与音频输出分别有头戴式耳机孔、头戴式麦克风、扬声器、麦克风，而PXI-9527可提供两个模拟输入通道与两个模拟输出通道的特性正好能够满足此类需求。此外，其方便扩展的特性，还能让使用者在不需要重新设计测试系统下就能快速完成新的测试配置，比如被测物需要检验的电声组件项目更多时，只需在同样的架构下加装切换器或多加一片PXI-9527即能满足新需求。

PXI技术已切入前沿领域

林耿贤先生表示，测试测量仪器是生产力工具，稳定、可靠及完善的服务是其性能的总体保障。凌华科技作为PXI系统联盟董事会及最高等级会员，在PXI模块化仪器的研发和标准的推进方面有多年的经验。PXI仪器与传统仪器相比，实用性强，更易扩展，凌华科技还可保证产品的全生命周期成本更低，即购买成本、学习成本、维护成本的总体投入长远看要远远小于传统仪器。特别是近年来，CPU的更新频率加快，PXI仪器仅更换CPU模块即可，可最大程度地保证了客户的硬件投入。此外，凌华科技更是强调其系统优势，即板卡+平台+服务的全方位优势，在提供有品质的产品的同时，还提供客制化的服务和本地化的支持。

 

PXI标准自1997年推出并于2003年进入主流市场，经过近20年的发展，已经形成了足够的技术成熟度和一定的市场规模。凌华科技中国区量测与自动化产品业务拓展经理王小龙先生认为，PXI占据模块化仪器市场约70%左右，甚至在中低频通用测试领域已经覆盖了90%的市场，例如背板供电、散热、信号定义等方面。而随着PCI Express总线的成熟，PXI在2005年迎来了向PXIe的大升级。王小龙先生表示，PXIe一定会是未来主流趋势的发展方向，目前凌华科技致力于在产品中提供PXIe的向下兼容性，例如通过混合插槽降低系统升级的复杂性和成本。目前，PXI已经切入到最前沿的技术应用领域中，例如5G的研发等。

 

在PXI未来的发展中，带宽的提升使PXIe系统成为适合高带宽应用的理想平台，例如高频率和高分辨率中频/射频（IF/RF）系统、高速数字接口以及高密度数据采集和高速图像采集环境。目前凌华科技已使用该系列的仪器进行了风洞实验等应用。