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来自 福利彩世界 2019-10-16 05:46 的文章
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5G毫米波技术发展的3个环节将遭遇哪些难题,N

电工电气网】讯

11月27日,西安电子科技大学副校长郝跃院士与NI大中华区总裁Kin-Choong Chan先生签署了联合实验室合作协议。11月28日,双方为合力打造的“西电-NI微电子测试国际合作联合实验室”举行了揭牌仪式,西电国际合作与交流处处长左愿远、微电子学院党委书记赵树凯与NI大中华区总裁Kin-Choong Chan先生、工信部人才交流中心副主任李宁共同为联合实验室揭牌。

问:5G毫米波技术发展的3个环节将遭遇哪些难题?

NI (美国国家仪器公司,National Instruments,简称 NI) , 作为一家致力于提供平台化系统来帮助工程师和科学家应对全球最严峻工程挑战的供应商,日前在美国奥斯汀举办第25届年度测控盛会——NIWeek2019,本届大会以“Full Force Ahead”为主题,包括200 场涵盖前沿技术的技术讲座,40 个动手实践课程注重互动体验,50 培训机会让观众近距离接触NI产品,100 家展商全方位展示产业案例和成果,还有NI合作伙伴深度参与的多场主题演讲。

5G、自动驾驶、车联网等正加速到来,半导体作为电子产业的基石,也在这些前沿技术的带动下迅猛发展。

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2018年1月初,Gartner发布报告显示:2017年全球半导体市场规模为4197亿美元,增长率达到22.2%。展望2018年,全球半导体市场规模为4511亿美元,比2017年继续上升7.5%。中国消费了全球近60%的芯片,减少进口,加强国产替代呼声很高,与此相关的芯片设计、封装测试及人才培养问题亟待解决。

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相对于目前4G使用的中低频,5G在中高频及毫米波频段的速度和带宽上具有天生的优势。于是,毫米波就成为了5G的重要频段之一。工信部今年6月份正式向中国联通,中国移动,中国电信,中国广电发放5G牌照,我国正式进入5G商用元年。

图1:NIWeek 2019盛大开幕,来自全球的工程师一起来见证这场激发创新的狂欢

测试行业领导者NI(美国国家仪器公司,National Instruments)扎根中国已有20年,一直致力于用平台化的系统测试方法推动各行各业的发展。在2018年11月14日举行的NIDays 2018上,NI再次强调中国半导体市场,并宣布了一系列促进举措,NI新的战略布局还包括,在11月13日NI与摩尔精英签署了战略合作备忘录,旨在加速中国的芯片产业发展。

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毫米波与5G之间的关系

经过25年发展积淀,NIWeek已经成为享誉全球的自动化测控领域年度专业会议,围绕半导体、智能汽车、航空航天与军事、科研领域等主题,联合NI平台和社区的生态合作伙伴,与来自全球的工程师和科研人员一起解锁前沿科技,加速科研创新。在刚结束的大会第一天主题演讲环节,5G、IIoT和智能汽车等热门技术自然成为焦点话题。

发挥“整合分工、规模高效”的原则,开创半导体生态链合作新模式

西电微电子学院携手美国国家仪器有限公司(National Instruments, NI)共建微电子测试国际合作联合实验室,是响应国家要求加强集成电路人才培养的号召,在半导体领域建立一个具有示范性的融合教学、科研、产业为一体的展示基地,在全国相关高校及半导体行业内起到示范和引领作用,培养集成电路产业急需、创新能力强的工程型人才。此次活动受到了工信部人才交流中心以及相关高校、研究所和企业的重视。金陵科技学院发展规划处副处长刘琳和电子信息工程学院院长陈正宇,航天504所、航天771所、中电20所、中电24所、航空631所以及K2Labs、TMS、曾益科技、绍兴宏邦电子科技有限公司等相关领导均应邀出席了揭牌仪式及西电-NI半导体测试技术高级研讨会,共同见证了此次合作。西电微电子学院院长张玉明,副院长朱樟明分别主持了签约仪式和揭牌仪式,学院相关教师参加了活动。

5G包含两大频谱范围,分别是sub-6GHz和毫米波频段。早期主要聚集在新的3.5-4.5 GHz频率范围内。对于5G技术来说,毫米波则对5G 更具有革命性意义,目前最主要代表频段是28GHz 和39 GHz 。据相关消息称,智能手机中的毫米波与6GHz以下频段有不同作用。预计到2025年,将有三分之一的5G智能手机可能具有毫米波能力,其他三分之二是采用6GHz以下频段。

NI总裁兼首席运营官Eric Starkloff指出:“我们生活在一个技术加速发展的时代,技术发展呈现指数级增长阶段。据预测,本世纪发生的创新将与过去一万年的创新一样多。技术加速始于25年前,正是NIWeek首次举办的时间,传感器、计算机和机器学习是其主要推动力。”

尽管中国半导体行业发展势头强劲,但目前也面临着诸多瓶颈。据了解,目前中国有1500多家芯片公司,80%是中小创,需求零散,预算有限,这些痛点在测试这个环节尤为突出。“测试”看似是单个环节的问题,其实关系到芯片设计、后端实现和流片封测等整个半导体供应链的问题,如何重构半导体产业的基础设施,为芯片厂商提供专业便利的服务,加速产品上市时间,是NI与摩尔精英共同关心的问题。

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为了满足海量数据在传输上的需求,很多服务运营商已经开始着手研究5G毫米波技术。目前,针对毫米波可用的通信频段,国际电信联盟(ITU)和3GPP就5G标准研究的2个阶段规划达成了共识:根据3GPP 38.101协议的规定,5G NR主要使用两段频率:FR1频段和FR2频段。FR1频段的频率范围是450MHz——6GHz,又叫sub-6GHz频段;FR2频段的频率范围是24.25GHz——52.6GHz。

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摩尔精英CEO张竞扬在NIDays现场演讲中指出:“如果说电商实现“多、快、好、省”靠的是“公司产品化”,那么这种理念在半导体行业实现的关键可以总结为“芯片设计IP化”。”

会上,工信部人才交流中心副主任李宁介绍了中心集成电路人才培养工作,全国大学生集成电路创新创业大赛组委会陈黎介绍了大赛情况以及NI在大赛中支持测试人才培养方面的合作情况,西电微电子学院副院长张进成向来宾介绍了西电在半导体人才培养方面所做的工作,NI全球半导体业务总监Hank Lydick对NI半导体测试技术与平台做了详细介绍。随后,与会代表实地参观了联合实验室的,并就半导体测试人才培养开展了热烈的交流研讨。

5G毫米波在测试上遇到的挑战

图2:NI总裁兼首席运营官Eric Starkloff开场致辞

如何赋能芯片公司,让他们以做IP的投入,赚到卖芯片的钱呢?张竞扬表示:“其实就是以“整合分工、规模高效”为原则,让芯片设计公司,聚焦在最核心的产品定义和前端设计上,而将芯片实现、流片封测这些环节,剥离出去,由规模化专业的团队来交付,分工产生效能,规模产生优势。”

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5G移动通信关键技术主要体现在无线传输技术和网络技术两方面,前者主要包括大规模天线阵列、超密集组网、新型多址和全频谱接入等技术。新技术的引入打造了全新的5G芯片。而这些芯片的诞生也为测试测量带来了挑战。

让我们走进NIWeek“前线”,一睹为快。首先进入NIWeek惯例的系列新品全球首发环节,一起见证NI的“硬核实力”。

谁能肩负起“整合分工、规模高效”的重任?测试测量领域领导者NI与芯片设计、流片封测服务平台企业摩尔精英宣布合作,融合双方的优势资源为中国半导体设计和封测行业服务。NI提供高性能的测试平台,摩尔精英提供测试开发服务,帮客户实现高效可复用、高性价比、高灵活性的芯片测试方案。

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首先是大规模天线阵列带给了测试测量极大的挑战——射频前端器件封装把天线包在里面,因而,器件上没有射频接口和端子来连接到测试设备上。因此,传统的测试测量方式并不适用于5G毫米波测试。于是,使用OTA(Over The Air)辐射测试方法来进行设备特性分析的测试系统,成为5G毫米波测试测量的新希望。

mmWave VST 备战5G芯片量产测试,NI 5G全面ready

半导体测试一直是NI的战略性重点领域,凭借基于平台的方法,NI的半导体测试方案在业界有独特的优势。NI的半导体测试系统能够实现从实验室特征分析到量产测试的无缝衔接,NI始终保持与时俱进,对5G NR,毫米波等新标准、新技术的进一步支持。

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其次,5G产品在量产前的研发、验证测试和量产后的整个过程中,要进行多次的大批量测试,这就对效率和成本提出了更苛刻要求。

全球5G商用进入冲刺阶段,5G设备厂商们蓄势待发准备抢占市场先机。NI重磅发布了mmWave VST,可以在研发实验室和大批量生产环境中帮助简化测试流程。频率高达44GHz,该仪器本身可以集成到NI半导体测试系统中,从而在大批量制造应用中进行部署。其适应性与灵活性,堪称引领业界之先。

此外,NI一直坚持引领行业创新。NI在NIDays推出了多款新品,为行业注入新的活力。新品包括:加入全新功能的LabVIEW 2018一上市就成为开发复杂系统,分布式测控系统的最佳选择;面向未来的LabVIEW版本LabVIEW NXG,更能适应未来灵活多变的需求;专业的系统管理软件SystemLink可用于管理资产和软件部署,让基于数据的工业物联网充满想象;新工科教育产品ELVIS III,集成多合一仪器、可编程I/O测量、FPGA控制,支持USB/WIFI/以太网连接,提供基于网页的仪器测量;同时搭配跨学科生态系统板卡和配套教材,可以满足大规模跨学科课程及实验建设要求。

西电-NI微电子测试国际联合实验室建设的目标是在半导体领域建立一个具有示范性的融合教学、科研、产业为一体的展示基地,通过双方在半导体领域产学合作协同育人、科研创新和产业转化及服务、开展国际合作交流等多方面的系统化合作,带动学科的整体发展和影响力,联合建立集成电路人才培养体系,在全国相关高校及半导体行业内起到示范和引领作用,培养集成电路产业急需、创新能力强的工程型人才。结合西电在微电子人才培养、科学研究和工程攻关以及NI全球领先的半导体测试技术和工程经验,逐渐建立以集成电路产业发展需求为导向的“教学-科研-产业”闭环合作体系,并取得了一定成果。

NI的解决方案

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NI与摩尔精英签署战略合作备忘录,在芯片测试领域加强合作

在产学合作协同育人方面,依托教育部产学合作协同育人平台,西电微电子学院与NI在产学合作协同育人方面展开积极合作。合作项目“战略性新兴产业对接平台-半导体测试技术”获批2016年第一批教育部产学合作协同育人项目(项目编号:201601011013)。针对课程合作,西电微电子学院与NI计划合作开发混合信号IC测试、RFIC测试、集成电路测试技术实践等一系列课程。其中,混合信号IC测试课程已于2017年9月正式面向学生开课。

针对以上需求,NI推出了半导体测试系统(STS)系列产品,适用于半导体生产测试环境。STS在完全封闭的测试头里整合了NI PXI平台、TestStand测试管理软件以及LabVIEW图形化编程工具。它采用“集成到测试头”的设计,把产品的所有关键测试资源整合在仪器,这些测试资源包括系统控制器、直流交流电源、射频仪器、待测设备接口以及分拣仪器和探头接口。

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在产业跨界融合的趋势下,跨领域的合作也不可缺少!2018年11月13日,NI与摩尔精英签署战略合作备忘录,双方将在半导体测试领域联合创新,加快中国半导体产业推进进程,这也充分证明了NI对中国市场长期投入的决心。

在科研创新合作方面,联合实验室在半导体领域提供双方共同合作研究的平台基础,专注于半导体测试技术的领先技术研究。合作研究方向包括AD/DA混合信号测试技术、数字芯片测试技术及RFIC芯片测试技术等。目前,基于NI图形化系统设计平台LabVIEW和PXI技术平台,已经有科研成果产出。

据悉,STS配置的一个主要优点是毫米波射频前端的模块化特性,相同的软件以及基带/IF仪器可复用于不同的射频前端,从而轻松满足当前和未来的毫米波频带需求。 旨在解决与5G毫米波封装件测试相关的技术挑战,可帮助5G毫米波IC半导体制造商降低产品推迟上市带来的成本和风险。

图3:mmWave VST帮助加速5G商用进程

NI公司大中华区销售总监乔巍表示:“NI和摩尔精英在半导体测试领域的合作是全方位、多维度的,包括测试实验室建设、芯片测试服务、半导体人才培养、市场合作等。NI与摩尔精英的合作,对国内半导体行业有很大的意义,希望双方携手能帮助把我国的芯片产业推上一个新台阶。今天正式签署的战略合作备忘录,只是一个美好的开端,今后双方将针对中国本土市场,进行更多的探索。”

在产业转化和服务方面,联合实验室将致力于半导体领域新技术产业转化和产业服务。包括:针对半导体领域的科研先进研究成果,快速建立产业化的机制和平台,以联合实验室的平台和技术为依托,支持横向项目的拓展;面向行业企业提供产品预研、实验服务、技术咨询服务等多种合作模式;突出产学研有效结合,培养产业亟需的专业高校人才的同时,作为NI在半导体行业内授权的培训和认证中心,可以为相关企业提供专业的半导体测试系统开发培训和认证服务;构建对于西北地区半导体行业的公共服务平台,为西北地区半导体行业发展提供整体带动作用;定期联合举办面向全国的半导体人才培养及测试技术交流活动,进一步扩大联合实验室影响力。

需要特别指出的是,在STS系统中NI还配置了公司最新推出的5G毫米波测试重磅力作——mmWave VST(毫米波矢量信号收发仪),来解决5G毫米波RFIC收发仪和功率放大器带来的测试挑战。据悉,mmWave VST补充了NI的模块化仪器产品组合,其中涵盖600多种 PXI 产品,从DC到毫米波,以及用于 2G、3G、LTE Advanced Pro、Wi-Fi 802.11ax、Bluetooth 5 等的NI测量软件,支持包括 LabVIEW 和 C#.NET 在内的多种语言。

该新型校准集成开关最多可支持32个通道,无需额外的基础设施即可提高波束成形和相控阵列测量的准确性。模块化前端设计可实现准确且经济高效的测量,同时保持与未来5G频带的前向兼容性。通过这些创新,工程师们可以同时在5-21 GHz和26-44 GHz进行测量。

摩尔精英董事长兼CEO张竞扬表示:“芯片设计公司在追求最快上市时间的同时,容易忽略测试这一极其关键的环节。为什么今天我们的系统厂商仍愿意多花很多钱去买大公司的芯片?正是因为他们成熟的测试方案,和由此带来的优秀品质控制。如果没有好的测试解决方案,就没有好的品质,也就没有品牌溢价;高效、可信的测试也一定会反过来作用于芯片的产品价格,形成良性循环,降低终端用户风险。”

在国际合作交流方面,联合实验室积极开展国际合作交流,与国际知名高校在课程、学术交流及师生互访等方面展开合作。目前,联合实验室已经与美国Texas Tech University,University of Florida及Texas A&M University针对半导体测试相关课程开始开展合作。

瞄准测试和数据管理领域,SystemLink™被贴醒目的“高效”标签

随着5G、云计算、大数据等技术的引入,现有的测试测量设备无法满足日新月异的行业需求,市场迫切需要新的测试系统。NI提供的是以软件为中心的开放平台,利用模块化硬件和生态系统来帮助工程师进行开发。这一可定制、可重构的核心策略,与当今时代下碎片化、灵活化的需求高度契合。

集成电路产业是信息技术产业的核心,是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业,当前和今后一段时期是我国集成电路产业发展的重要战略机遇期和攻坚期。在此过程中,提升集成电路紧缺人才培养和技术创新能力具有重要意义。未来,在联合实验室各项工作逐步落地后,进一步考虑依托联合实验室在教学、科研和产业各方面的积累,由西安电子科技大学微电子学院和NI公司牵头,引入半导体产业相关的国内外研究机构及上下游企业力量,共同成立半导体人才培养和技术创新联盟,打造半导体人才培养和技术创新生态圈,进一步形成更完整的“产学研用”良性循环,创新人才培养机制,提升人才培养水平,为集成电路产业发展提供人才和智力支撑。

在5G、汽车智能化等趋势下,测试复杂度日益增加,工程师需要针对其需求量身定制的完整工作流程来帮助他们满足其确切的应用要求。SystemLink™ 可以大大减少在测试系统上部署软件和管理配置所需的管理时间。

在服务上千家芯片设计公司的过程中,NI和摩尔精英在不同维度上,积累了技术能力、客户资源、项目经验和行业大数据,更懂得客户需求,也更擅长敏捷开发。NI与摩尔精英之间的合作,不是NI 摩尔,而是NI x摩尔,希望能够在资源和服务能力上倍乘,从而更好地服务于客户。

在工程教育界,NI长期以来都以推动创新教学、实现高效科研,助力工程教育发展为己任,基于自身的业界领先技术优势和与高校的多样化合作,为高校教学提供丰富的动手实践和基于项目的学习体验,帮助高校工程教学与研究提升到一个新的层次。目前,NI已于国内高校合作建立了300多个教学与科研实验室,每年新增超过50000名大学生学习LabVIEW及相关课程,国内重点高校中超过70%的高校开设了LabVIEW相关课程并建立相应实验室。基于对几乎每个行业正在发生的技术进步的深入理解以及在工程教育方面积累的丰富经验,NI与全球众多高校针对工程教育改革展开了深入合作,共同探索创新工程人才的培养。

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NI STS平台培训中心落户上海,助力中国“芯”人才培养

图4:SystemLink™可大幅提高运行效率

《中国集成电路产业人才白皮书(2017-2018)》显示,截至2017年底,我国集成电路产业现有人才存量约为40万人,其中设计业的从业人员为14万人,制造业从业人数为12万人,封装测试业从业人数为14万人。人才缺口达32万人,人才呈现稀缺状态,专业人才培养力度有待加大。

SystemLink™具有如下三大特点:

面向前沿科技发展,以市场化需求为导向,加快半导体人才的培养,正是NI想做的事情。NI与摩尔精英合作在上海成设立了STS平台培训中心,将聚焦于半导体测试体系建立、NI STS系统的培训,并落地到具体案例应用。来自NI的专业讲师亲自授课,并有NI先进的测试测量设备作为支持,这一举动对于加速中国半导体人才培养具有里程碑的意义。

LabVIEW 2019和LabVIEW NXG“双料”升级,更加灵活称手

STS系统是贯穿实验室到量产测试的利器,能够搭载FPGA加速运算,通过PXI的模组化特性搭配NI TestStand软件进行自动排程的NI半导体测试方案,具有测试并行性方面的优势,此外,STS系统在可扩展性与测试成本上也具有先进性。STS系统从2014年底正式面向市场以来,已经在全球部署超过500台。

LabVIEW系列产品向来是NI的得意之作,也是工程师们心心念年的实用工具,秉承LabVIEW家族产品的特点,新一代的LabVIEW 2019和LabVIEW NXG3.1更加灵活和更具人性化。

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图5:LabVIEW 2019和LabVIEW NXG重磅升级

LabVIEW 2019重要功能更新包括但不限于:

LabVIEW NXG新增两个功能:

新版InsightCM™,大幅降低资产监控成本

在数字化转型的大背景下,在线状态监测尤其重要。NI发布了InsightCM™,可帮助工厂所有者将更大比例的资产连接到IT网络,大大降低与安装相关的成本。

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图6:InsightCM™有助于降低工厂运营成本

新版InsightCM™具有如下特点:

NI在美国的一家燃气和电力能源基础设施客户集团领导Chuck Requet表示:“无线硬件通过大幅降低与安装相关的成本来帮助工厂所有者将更大比例的资产连接到IT网络:管道,布线和工厂设计工作。更多相关资产将意味着更少的路线和重点转移到数据分析而不是数据收集。NI无线设备数据质量与我们的有线连续监测设备都具有非常高的性能。”

头部厂商纷纷站台,先锋应用案例吸睛指数飙升

在NI的生态圈中,不乏精彩的应用案例。那么,在NIWeek2019的舞台上,谁又能够以引领者的姿态和先进的技术应用案例惊艳全场呢?

NI助力Qorvo迎接5G设备测试的挑战

各国5G部署竞争加剧,时间表已有所提前,与基础设施节奏相匹配的各种5G终端的进展正成为业界研发的关注重点。不过,将5G技术引入手机后,需要对60%以上的RF内容进行重大更改,包括多个新的5G RF组件。世界领先的RF半导体公司Qorvo的5G部署正在进行中,工程师遇到了5G mmWave测试的挑战。

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图7:5G前端模块的测试项数量急剧增多

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图8:5G手机系统框图

Qorvo 5G发展部门总监Ben Thomas表示:“当我们升级到28和39 GHz这样的毫米波5G频段时,由于传播和更短距离等挑战,设计和测试都将与以往完全不同。 因此,与NI合作进行无线测试等对于确保我们的产品提供适当级别的RF性能至关重要。”

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图9:NI在5G自动测试系统领域占据领导地位。

Butterfly Network让医疗设备价格更亲民

在医学史上,只有两项创新产生了真正的全球影响:疫苗接种和抗生素。Butterfly Network的使命是让超声波成为第三个!可由于价格贵的因素,世界上约有60%的人无法使用超声波。Butterfly Network使用Ultrasound-on-Chip™技术用单个硅芯片取代了传统的传感器和系统,将其价格降至消费电子水平,这个造福人类的消息赢得现场阵阵掌声。

Butterfly Network需要一个可定制的测试解决方案,其软件开放性以支持C#和Python,因此他们选择了NI STS系统。被问及选择STS的原因,Butterfly Network的测试工程师的回答非常简短:灵活性和可访问性。

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图10:Butterfly Network让医疗价格更亲民

一流汽车视觉系统供应商Valeo揭秘90%可复用的方法

为了提高复杂环境下的可视性,使驾驶更加安全,Valeo开发了基于摄像头的系统,该系统引入了很多的测试挑战。

Valeo测试部门经理Chris Forristal表示:“我们很多项目中对NI的PXI平台进行了标准化,该平台被用于新技术的开发和验证。它让我们并可灵活地使用我们自己的软件进行定制,FlexRIO在这些设置中扮演着重要角色。FlexRIO上的开放式可编程FPGA使我们能够克服我们面临的几个最复杂的挑战。”

尤其值得一提的是,NI平台助力Valeo节省了50%的测试系统设计时间,且让90%的硬件和软件系统可复用。

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图11:Valeo汽车视觉系统测试示意图

NI一直致力于构建强大的生态圈,与合作伙伴一起提供解决方案,帮助科技领域的工程师和科学家加速创新。

关于NI

NI 一直致力于开发高性能的自动化测试和自动化测量系统,帮助您解决当前和未来的工程挑战。我们软件定义的开放式平台基于模块化硬件和庞大的生态系统,可帮助您将各种想法转变成真正的解决方案。

LabVIEW、National Instruments、NI、ni.com与NIWeek为美国国家仪器有限公司(National Instruments)的商标。此处提及的其它产品和公司名称均为其各自公司的商标或商业名称。

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