普源精电发布模块化技术，对电子测量有哪些价值？

近期的技术发布会上，普源精电董事会秘书&首席战略官程建川先生说，普源精电触达的市场空间，要从过去的千亿走向万亿。“这种扩张是我们的战略选择和布局。”10倍SAM市场扩展对于电子测量仪器企业来说不是小数字。

不过在这次技术发布会上，普源精电宣布“RIGOL模块化技术”上阵，在我们看来却的确令其市场的10倍规模扩张成为可能。用普源精电工程师的话来说，这项技术带来了“无限可能”。同时，借助普源精电对于这项技术的讲解，我们大致也可窥见电子测量仪器的发展现在走到了哪一步。

“模块化技术”是什么概念...

“我们常听到客户抱怨，说为什么仪器这么大、这么重；如果有新需求，是不是要重新买，能不能做快速升级。”普源精电的工程师说，“我们自己内部同事也吐槽说，咱们的产品发布和迭代都太慢了。”

“在传统的开发模式下”...“不同的产品，类似的功能可能都需要重复开发一遍。甚至还会发生，以前踩过的坑再踩一遍的情况。”这就造成了开发、生产成本高的问题。

借鉴乐高玩具，“每个模块间，凹凸结构有清晰定义，有统一接口，方便拆装。”“同时你还会发现，不同乐高套装，内部的很多模块是同等尺寸、同等形状、可复用的。”“只针对某款产品特性相关的部分才做独立开发。”所以乐高能够快速迭代产品，提供丰富的搭建选择。

“那我们的测试测量仪器能不能用类似的方法来实现？”这其实是本次普源精电提出的RIGOL模块化技术的内核。简单来说，就是通过一系列标准规范、定义接口，构建软件平台、硬件平台；开发公用的基础软硬件模块；最终可根据需要，组合配置出不同的仪器。如此也就降低了开发和生产成本，加速了产品迭代速度。

普源精电总结RIGOL模块化技术的几个特点：灵活配置、高集成度、易于扩展、敏捷迭代、随心定制。

其中“灵活配置”的基础在于软硬件平台化、软硬件模块化。硬件平台方面，根据市场需求，对不同用途的仪表做方向规划；并且基于市场定位，”规划便携式、经济、中端、高端定位的平台“。软件平台，“需要有支持硬件平台的基本软件架构”，“同时也会根据需要，开发集成测试解决方案、分布式控制”；“对同一平台，界面UI、应用软件等，我们可以做标准化”。

有了平台支撑、规范的解耦，不同的项目“可以分头开发，却易于集成”，模块化“解决复用问题”，实现项目开发的灵活性。这个过程里，“通过软件的硬件抽象层、硬件模块的总线化，支撑硬件模块和软件模块在平台间的复用，实现灵活配置”。

“高集成度”体现在两个维度：其一在于“通过芯片组技术，将很多复杂的功能电路集成到芯片内，提高集成度”；其次在模块层级，“通过先进制造工艺和制造能力来提高集成度”。有了高集成度的模块，也就有能够促成高集成度仪器的实现。“不同产品线集成相同的模块，利用相同的技术在产品内做到高集成度和紧凑的体积。”

“易于扩展”也不难理解，由于模块化技术基于标准规范和总线，实现了模块间的解耦，“利用总线进行扩展，实现丰富的功能”。“基于平台，我们开发不同的模块，比如示波器模块、信号源模块、逻辑分析模块、万用表模块，基于同样的总线就能轻松搭配。”

普源精电工程师介绍说，“用户买了我们的机箱，其中包含他们需要的功能；后面有了新的需求，只需要补充板卡就行。”甚至不同总线之间，都“有定制好的、成型的总线转换模块，便于切换平台。”

“敏捷迭代”主要应该是从普源精电的产品开发角度来谈的。“模块化技术支持两种形式的敏捷迭代”，一是“一个先进功能模块”可以在不同的产品形态中使用——体现的应该是不同产品间，相同模块的复用；

以及，“对于高端产品，我们定义了基础架构，只需对某个模块单点突破，就能在产品线内做垂直迭代”。普源精电工程师以示波器为例，谈到“只需要更新采样模块，就能提高示波器采样率带宽”，“实现增量式的开发和迭代”。

最后“随心定制”，在于有了丰富的“库”以后，就能根据需要做组合与定制，“选择合适的硬件平台、软件平台、硬件模块、软件模块”；与此同时模块库还在不断丰富的过程中。

模块化所需的技术支撑...

要达成上述RIGOL模块化技术，平台和模块的搭建并不容易，这其中有一些关键技术点和底层支撑，主要包括：先进工艺、规范标准、硬件平台、软件平台和模块技术。

“先进工艺”在我们看来应该是其中最关键的部分，普源精电主要谈到了三方面的先进工艺，分别是微组装技术、厚膜工艺、薄膜工艺。

其中微组装工艺是电路制造相关的，通过精细组装，在较小尺寸内实现复杂功能——这也是电子行业不同层级向前推进的必然。工程师介绍说，普源精电的微组装工艺现在PCB板上做到了互联密度50pin/cm；达成67GHz以上频率；包括芯片倒装、引线键合、表面贴装、插装等在内封装工艺的“混合集成”；最终能够做到40W/cm²的耗散功率。

厚膜电路技术在此主要是指LTCC（低温共烧陶瓷）基板，普源精电展示用LTCC实现的滤波器组，达成带外抑制>60dB——相比传统方案提升2倍，中心频率>20GHz，体积控制在了20x20mm；对应的薄膜电路技术则是指，L/S ≤ 5/5μm的线宽线距精度，介电损耗能够做到0.0001，基于此实现110GHz高频，另外还能进行电阻、电感、电容的无源集成，进一步提高集成度。

而“标准规范”更是模块化技术的必然。普源精电参考的除了包括IVI, VISA PXI等在内的外部标准，还有自己的标准，如RGIB（RIGOL General Internal Bus）通用总线，不仅“实现了丰富的总线功能”，达成低延迟和高带宽，而且“支持内部很多特殊需要，让性能更好”。基于这些标准做模块化软件架构，层级间解耦，以及保证软件开发遵循统一架构。

“硬件平台”是承载硬件模块的基础，比如说发布会现场列举的通用平台，可以插8张卡——即可选择8种不同的功能模块做集成测试解决方案。就产品市场定位，“我们针对时域、频域、仪表有不同的方向，每个方向有经济型、便携式、中端、高端的不同平台。”现场展示的示波器平台的不同采样卡选择，也因此变得很灵活。

“软件平台”技术具体如上图所示。系统层实现了硬件解耦合，实现不同平台的迁移；业务模块部分做成标准调用接口，不同产品调用的“接口是一致的”，也就能够实现同类产品的垂直升级，“并支持跨平台间的共享模块”。

“产品之外，我们需要借助自动化测试引擎RIGOL Tap——这是管理多仪器的底层引擎，支持并发；基于RIGOL Tap引擎，我们开发了Ultra Sigma——用于多仪器管理，集成测试解决方案的多仪器管理是必不可少的。”另外，“基于应用场景和需求自动化运行，我们的解决方案是Ultra Sequence，基于引导来编辑命令，定义测试序列，实现功能丰富的集成测试方案。”

工程师解释道，“这还不够，和耐数双向奔赴以后，我们基于耐数的集群控制软件，用RCD（RIGOL Control Dashboard）实现大集群的控制。”总的来说，“从模块到产品，从单个仪器到多仪器，再到集群，平台软件实现了全覆盖。我们也就能更专注于模块的丰富工作了。”

最后是“公共模块技术”。所说的模块概念更宽泛，“逻辑、软件、硬件、结构都有不同的模块”，“我们定义了共享IP、共享器件、共享组件、共享模块、共享单机、共享子系统、共享系统、共享平台8个层级”。据说普源精电现在开发项目会评估是否采用现有模块，明确开发新项目以后，按照层级定义找到其所在位置，“争取一次开发、跨平台使用”。

几个应用领域和案例的分享

为了体现模块化技术的威力，工程师做了几个相当高大上应用领域的案例分享：遥感与通信、射电天文、量子信息、自动化测。受限于篇幅，此处无法一一展开。这里给出几个我们认为比较有代表性的例子。

先谈谈射电天文领域，普源精电总结射电天文领域的需求特点包括系统规模大、复杂度高，故而系统是分阶段建设的；生命周期长要求可升级维护；科学探索性提出灵活性需求；但实施周期短——留给子系统建设的时间很短。

“这些年来，我们设计了覆盖播放、采集、同步、处理等多种功能的模块。”模块整合、快速部署就能满足需求。此前中国复眼、中国天眼等项目，普源精电都参与了分析系统建设。有个案例是高频雷达项目，这是个全球性的雷达侦测网，用于中高纬度电离层的不规则探测。国内的三个雷达站台包括和静站、四子王旗站和龙井站。

“早在2015年，我们就参与过黑龙家佳木斯高频雷达数字分析系统的研制。当时还没有模块化技术，所有的软件系统都要全新定制，导致分析系统研制时间长达1年，而且可升级性、维护性也差。”而这次的“二期工程”，基于模块化技术，“三个月的时间就完成了首套数字样机的搭建，6个月之间完成客户提出的定制化功能。”

还有个圆环阵的案例，这是个位于四川稻城亚丁的圆环阵太阳成像射电望远镜。普源精电收到的任务同样是圆环阵的数字分析系统研制：626路接收通道的同步采样、预处理，20万通道数据存储、系统控制等。因为这套系统非常庞大，建设三步走，先后经历了不同规模的系统验证和建设工作。

“实施的时候采用模块化技术，包括播放、采样、处理、存储等，设备可灵活配置为不同通道数，匹配不同建设阶段的要求，大幅减少了因为通道数变化带来的工作量。”这套圆环阵系统已经建设完毕，据说当前普源精电正配合用户论证系统未来的升级改造方向。

对于处理性能升级，需要提升数据实时处理的带宽，提高实时成像分辨率。“因为采用了标准结构，接口也很规范，未来只需要增加处理模块就能实现处理性能升级”。另一方面，圆环阵未来要增加发射模块，这对普源精电的模块化系统而言自然也是手到擒来。

再谈一个量子测控解决方案的例子。普源精电的工程师说随过去这些年量子计算的发展，量子测控设备的要求也提高了：包括系统密度要求高、配置功能要多、部署速度要快的特点。

普源精电基于模块化设计，做出了“全球集成度领先的量子测控设备”Power Quantum，据说在4U体积下就做到了128个量子比特（Qubit）的支持，集成度远高于竞品；构建500量子比特的测控系统完全不需要像现有方案那样堆满几个机架，甚至整个机房。

配置灵活，体现在基于普通的量子比特规格和所需的通道数差异，普源精电提供5个标准的插卡式通道选择模块。另外，工程师还提到Power Quantum不再采用传统的混频测控结构，而采用全数字化的量子测控结构，直接在板卡内做频率合成，提供噪声更低的微波控制信号。

最终基于上述优势，可快速搭建不同规模的测试系统。比如面向高校实验室，所需通道数量少，但测控功能需要全面，可提供20比特含磁通测控系统；对量子计算云平台而言，相对“不需要Z轴测控”，可提供100比特测控系统；对于更大规模需求，对Power Quantum进行级联，“通道间仍有很好地同步性”，还可搭配DSG5208 Pump源...

最后再谈一个自动化测量的例子。普源精电在工业测试测量领域一直是有一席之地的，标准仪器组合后的解决方案能够覆盖很多应用。不过工程师说当需求变得更复杂、要求更快的时候，“要用模块化的方法去引领工业自动测试测量”。

工程师举了宽带射频收发组件测试台的例子，这是阵列化无线电电子系统的基础构成。“这个系统基本上把RIGOL的标准仪器都用了一遍”。与此同时“有了模块，还要用多通道的同步组件和多通道采集组件，把整个阵列拼起来”。“即便在要测的点很多的情况下，我们仍然可以做到灵活响应、快速搭建。”

这其中自然还涉及到软件能力加持，即RIGOL Control Dashboard设备集群控制软件——在前述不同领域的应用方向上，工程师也都多少提到了这个软件，据说面向差异化需求，基于平台和模块，能够快速搭建出满足用户需求的系统。RCD软件不仅作为统一入口，控制每台仪器，还用于数据管理、呈现和分析。

更多案例本文不再赘述。总的来说，“当全面拥抱模块化技术，我们能够做到的是，硬件是模块的，软件是模块且敏捷的，基于标准协议，以及先进工艺的加持。这些全部加到一起，我们带来的是无限的可能。”

程建川总结说：“今天看到的RIGOL，是RIGOL过去这些年力量积蓄的展现，而且还只展现了一部分。”模块化技术的引入令我们相信，文首提到的10倍市场规模增长的可行性。2019年普源精电确认的第三代SLOGAN是“無限可能”，“重点在于我们要去成就科技探索”，“这个‘無限可能’是给人类社会的无限可能，科技进步的无限可能，也是我们的无限可能。”