基于LXI總線的自動測試系統方案設計

　　摘要：為了滿足軍用自動測試系統準確度要求高、測量點多、實施性強的特點，實現提高測試準確度、簡化硬件電路設計的目的，采用了基于LXI總線的數字化測試系統方法，做了將數字萬用表L4411A和多路開關L4421A應用于ATE的實驗。獲得了實時性好，準確度高，簡化硬件設計的結果，得到了基于LXI總線的數字化測試系統方案很好地滿足了軍用ATE系統需求的結論。
　　
　　關鍵詞：自動測試設備；LXI總線；數據采集：L4411A
　　
　　引言
　　
　　自動測試系統（AutomaticTestSystem，ATS）是在單一計算機系統控制下，通過一種或多種總線把多個儀器互聯起來，按預先編制的測試程序（TP），自動進行被測試對象（UUT）功能參數測試、性能下降評估或故障檢測隔離的系統。作為一臺定量測試設備，zui重要的指標是信號的測試準確度。過去對模擬信號進行測試一般采用的方法是：首*行幅值調整及信號特征變換，再通過A／D變換的方式進行處理，例如要實現交流幅值這樣一個簡單測試，就必須通過幅值調整、整流變換等步驟，這帶來的zui大問題是降低了測試的準確度。
　　
　　本系統研制的軍用ATE是一臺適用于某同類裝備產品的通用測試設備，ATE信號有如下特點：
　　
　　（1）信號數量多；
　　
　　（2）信號范圍寬，就電壓來說，要測試的zui小值僅十幾個mV，zui大要達到約200V；
　　
　　（3）測試特征多，要測試的信號特征包括電壓、頻率、電阻、電流等，有時一個信號同時要測試幾種特征；
　　
　　（4）測試速度要求不一，有些信號時序要求特別高，因此在保證準確度的同時，還必須滿足實時性。
　　
　　針對以上信號特征分析后，提出基于LXI總線的數字化測試系統方案，較好地解決了眾多物理量信號測量中的布線、傳輸，而且實現了在不同采樣速率下的采集、記錄。面對試驗中信號分散、數量多、種類繁雜的情況，研制開發基于LXI總線的測試系統就成為*選擇。采用LXI總線簡化了系統配置，節約了系統資源，有增加了系統的靈活性，取得了節約經費、提高測試準確度、簡化硬件電路設計的多重效果。
　　
　　1、LXI總線的優點
　　
　　LXI基于工業標準以太網（Ethernet）技術，擴展儀器需要的語言、命令、協議等內容，構成適用于自動測試系統的新一代模塊化儀器平臺標準。其具體設想是將非常成熟的以太網技術利用到自動測試系統中，以替代傳統的測試總線技術。LXI總線儀器融合了GPIB儀器的高性能、VXI／PX儀器的小體積以及LAN的高吞吐率，并考慮定時、觸發、冷卻、電磁兼容等儀器要求，是基于以太網的新一代自動測試系統模塊化架構平臺。LXI儀器對數據通信的格式、通信的實時性以及數據通信的可靠性都提出了較高的要求，尤其實時性和可靠性影響著測試系統后的度和準確性。
　　
　　采用以太網總線作為系統總線有很多優點，具備*的網絡特性，比如傳統的測試與測量接口不能提供對等通信，以太網電纜和插卡是標準的、廣泛使用的，且基本上是免費的等。
　　
　　與傳統的卡式儀器相比，LXI模塊化儀器具備了許多優勢：
　　
　　（1）可以保證儀器的全部性能；
　　
　　（2）集成更為方便，不需要的機箱和0槽計算機；
　　
　　（3）可以利用網絡界面操作，無需編程和其他虛擬面板；
　　
　　（4）連結和使用更為方便，可以利用通用的軟件進行系統編程；
　　
　　（5）非常容易實現校準計量和故障診斷；
　　
　　（6）靈活性強，可以作為系統儀器，也可以單獨使用。
　　
　　另外，由于LXI模塊本身配備有處理器、LAN連接、電源供應器和觸發輸入，因此它不像模塊式卡槽必須使用昂貴的電源供應器、背板、控制器及MXI插卡和接線。它的發展不受I／O接口發展的限制。
　　
　　2、系統組成結構
　　
　　檢測設備組成原理如圖1所示：　　
　　從圖1可看出，在本軍用ATE系統中，使用了兩種LXI總線的儀器模塊組成的數采單元，各種測試板卡和工業控制計算機組成的測試系統。
　　
　　數據采集單元采用安捷倫（Agilent）公司生產的L4411A61／2位高性能數字萬用表和L4421A2線40通道電樞多路復用器。這2種模塊均符合LXIClassC標準，內置以太網連接功能，采用1U高度、半機架尺寸寬度，可以方便地安裝在標準機架中而不需要機箱。既有模塊化的優點，可方便地集成到以往的各種系統中使用，又可作為單獨儀器使用，大大方便了系統集成。
　　
　　系統使用的L4411A具有以下功能特點：
　　
　　（1）速度快，50Kb／s讀數／sec@4．5位；
　　
　　（2）精度高，直流電壓精度0．003％，交流電壓精度0．06％；電阻精度0．01％；
　　
　　（3）模擬電平及可編程預觸發和后觸發；
　　
　　（4）自動量程，可根據外部信號特征自動調整測試量程，對于動態范圍較寬的信號尤其方便；
　　
　　（5）1MB讀數存儲；
　　
　　（6）DCV，ACV，DCI，ACI，二線／四線歐姆，頻率，周期，連續性和二極管測試，極大簡化測試方案。
　　
　　40通道電樞多路復用器L4421A開關支持高達300V和1A的信號，因此不要求外部信號調節，每秒zui多掃描100條通道，在配置為多路復用器時，L4421A帶有先斷后通連接，保證在掃描過程中不會有兩個信號相互連接在一起。
　　
　　在系統測試信號中，至少需要30路的模擬輸入，因此L4411A數字萬用表和L4421A多路開關的組合很好的滿足了系統需求。工控機通過交換機以LAN接口方式和L4411A，L4421A相連，實現程序控制和測試過程中的數據上傳。多路開關L4421A完成快速的不同通道間的切換，把多個測試點接到測量儀器數字萬用表L4411A，為被測件提供控制輸入和保持儀器與測試點的正確連接，從而極大程度上縮短測試時間，減少整個測試過程中的人為錯誤。多路開關使用模擬總線連接器，把連通后的信號路由到數字萬用表上。數字萬用表的外觸發輸入端接到多路開關的外部觸發器連接端，通過一個通道關閉觸發數字萬用表進行數據采集，外部觸發功能可以簡便地定時和同步測量其他事件，這有助于確定什么時候開始或結束采集。
　　
　　對于要求進行幅值、頻率、電阻等標準測試的這些輸入信號，直接將信號接入多路開關L4421A，通過程序指令實現通道切換和萬用表的數據采集及傳輸，簡化了硬件電路設計，提高了軟件開發效率。
　　
　　3、儀器接口模塊設計
　　
　　這個模塊實現計算機和數采單元的I／O通信功能，通過使用VISAI／O函數庫實現。VISA是虛擬儀器軟件體系結構的縮寫，其本質是一個儀器I／O接口軟件庫及其規范的總稱，這樣用戶在編程時使用作為虛擬儀器系統標準I／O軟件的VISAI／O接口庫就能使用不同類型接口控制可程控儀器。
　　
　　使用VISA作為I／O接口軟件來完成儀器控制程序，優點是不但兼容不同接口類型或網絡機制，而且對不同接口類型連接的儀器的操作類型或函數是一致的。VISA持對LXI儀器的操作。
　　
　　本模塊程序以VisualC++6．0為開發工具，基于動態鏈接庫的方式實現，方便應用程序調用。儀器的打開、關閉等所有儀器共有的操作，是通過VISAI／O庫（viOpen、viClose）等實現的。設置儀器參數是通過調用viPrintf函數向儀器發送可編程儀器標準命令即SCPI（StandardCommandsforProgrammableInstruments））命令實現的。同樣地，通過調用viScanf函數向儀器發送SCPI命令可以從儀器讀回狀態信息和測試結果。
　　
　　在直流信號測試過程中，控制直流測量速度有以下要素：自動歸零；自動量程；積分時間；自動觸發延遲。
　　
　　自動歸零、自動量程都有內部軟件指導下的機械裝置執行，用以控制數字萬用表內部的運行。為實現高的讀數率，可選擇固定量程，關閉自動歸零，禁用自動延遲觸發。設置數字完用表，閉合多路開關L4421A，實現DVC功能較高測量數度的簡略程序如下：　　
　　viOpenDefaultRM返回一個指向默認資源管理器（DefaultResourceManager）的會話（session）。該函數初始化VISA系統，所有的VISA函數被調用前，必須使用這條函數。
　　
　　viOpen開始一個與制定儀器的會話。它返回的會話標志符能被隨后使用到該儀器的函數使用，用以指示該儀器。
　　
　　程序zui后需調用viClose關閉缺省儀器資源管理者會話InsL4411A和InsL4421A。
　　
　　本系統中，通過多次試驗，對于單個直流信號，系統可在6ms內完成一次測量，交流信號的測量也可控制在8ms左右，很好的滿足了系統需求。
　　
　　4、結語
　　
　　軍用ATE中，根據測試準確度要求高、測量點多的特點，使用基于LXI總線的測試系統。目前設備已投入使用，根據使用情況看，取得了以下效果：提高測試準確度；具備很強的電流、電壓、電阻等測試能力和精度，簡化ATE系統的復雜性，提高測試速度；具有遠端回讀能力，提高測試的精度和可靠性；提高系統實時性；降低生產成本；簡化硬件、測試方案設計；方便系統維護。
　　
　　LXI模塊儀器具有高性能、小尺寸的特點，是高性能／價格比測試儀器的者，它們比VXI和PXI的價格更為低廉（毋須機箱、0槽控制器或MXI），以及研制形成合成儀器，已經成為測試系統理想選擇，是未來測試系統的主流方向。