基于LXI總線的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

摘要：為了滿足軍用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)準(zhǔn)確度要求高、測(cè)量點(diǎn)多、實(shí)施性強(qiáng)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)提高測(cè)試準(zhǔn)確度、簡(jiǎn)化硬件電路設(shè)計(jì)的目的，采用了基于LXI總線的數(shù)字化測(cè)試系統(tǒng)方法，做了將數(shù)字萬(wàn)用表L4411A和多路開(kāi)關(guān)L4421A應(yīng)用于ATE的實(shí)驗(yàn)。獲得了實(shí)時(shí)性好，準(zhǔn)確度高，簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)的結(jié)果，得到了基于LXI總線的數(shù)字化測(cè)試系統(tǒng)方案很好地滿足了軍用ATE系統(tǒng)需求的結(jié)論。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)測(cè)試設(shè)備；LXI總線；數(shù)據(jù)采集：L4411A

0 引言
自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)(Automatic Test System，ATS)是在單一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制下，通過(guò)一種或多種總線把多個(gè)儀器互聯(lián)起來(lái)，按預(yù)先編制的測(cè)試程序(TP)，自動(dòng)進(jìn)行被測(cè)試對(duì)象(UUT)功能參數(shù)測(cè)試、性能下降評(píng)估或故障檢測(cè)隔離的系統(tǒng)。作為一臺(tái)定量測(cè)試設(shè)備，最重要的指標(biāo)是信號(hào)的測(cè)試準(zhǔn)確度。過(guò)去對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)試一般采用的方法是：首先進(jìn)行幅值調(diào)整及信號(hào)特征變換，再通過(guò)A／D變換的方式進(jìn)行處理，例如要實(shí)現(xiàn)交流幅值這樣一個(gè)簡(jiǎn)單測(cè)試，就必須通過(guò)幅值調(diào)整、整流變換等步驟，這帶來(lái)的最大問(wèn)題是降低了測(cè)試的準(zhǔn)確度。
本系統(tǒng)研制的軍用ATE是一臺(tái)適用于某同類裝備產(chǎn)品的通用測(cè)試設(shè)備，ATE信號(hào)有如下特點(diǎn)：
(1)信號(hào)數(shù)量多；
(2)信號(hào)范圍寬，就電壓來(lái)說(shuō)，要測(cè)試的最小值僅十幾個(gè)mV，最大要達(dá)到約200 V；
(3)測(cè)試特征多，要測(cè)試的信號(hào)特征包括電壓、頻率、電阻、電流等，有時(shí)一個(gè)信號(hào)同時(shí)要測(cè)試幾種特征；
(4)測(cè)試速度要求不一，有些信號(hào)時(shí)序要求特別高，因此在保證準(zhǔn)確度的同時(shí)，還必須滿足實(shí)時(shí)性。
針對(duì)以上信號(hào)特征分析后，提出基于LXI總線的數(shù)字化測(cè)試系統(tǒng)方案，較好地解決了眾多物理量信號(hào)測(cè)量中的布線、傳輸，而且實(shí)現(xiàn)了在不同采樣速率下的采集、記錄。面對(duì)試驗(yàn)中信號(hào)分散、數(shù)量多、種類繁雜的情況，研制開(kāi)發(fā)基于LXI總線的測(cè)試系統(tǒng)就成為最佳選擇。采用LXI總線簡(jiǎn)化了系統(tǒng)配置，節(jié)約了系統(tǒng)資源，有增加了系統(tǒng)的靈活性，取得了節(jié)約經(jīng)費(fèi)、提高測(cè)試準(zhǔn)確度、簡(jiǎn)化硬件電路設(shè)計(jì)的多重效果。

1 LXI總線的優(yōu)點(diǎn)
LXI基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)(Ethernet)技術(shù)，擴(kuò)展儀器需要的語(yǔ)言、命令、協(xié)議等內(nèi)容，構(gòu)成適用于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的新一代模塊化儀器平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)。其具體設(shè)想是將非常成熟的以太網(wǎng)技術(shù)利用到自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中，以替代傳統(tǒng)的測(cè)試總線技術(shù)。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(shí)、觸發(fā)、冷卻、電磁兼容等儀器要求，是基于以太網(wǎng)的新一代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)模塊化架構(gòu)平臺(tái)。LXI儀器對(duì)數(shù)據(jù)通信的格式、通信的實(shí)時(shí)性以及數(shù)據(jù)通信的可靠性都提出了較高的要求，尤其實(shí)時(shí)性和可靠性影響著測(cè)試系統(tǒng)后的精確度和準(zhǔn)確性。
采用以太網(wǎng)總線作為系統(tǒng)總線有很多優(yōu)點(diǎn)，具備先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)特性，比如傳統(tǒng)的測(cè)試與測(cè)量接口不能提供對(duì)等通信，以太網(wǎng)電纜和插卡是標(biāo)準(zhǔn)的、廣泛使用的，且基本上是免費(fèi)的等。
與傳統(tǒng)的卡式儀器相比，LXI模塊化儀器具備了許多優(yōu)勢(shì)：
(1)可以保證儀器的全部性能；
(2)集成更為方便，不需要專用的機(jī)箱和0槽計(jì)算機(jī)；
(3)可以利用網(wǎng)絡(luò)界面操作，無(wú)需編程和其他虛擬面板；
(4)連結(jié)和使用更為方便，可以利用通用的軟件進(jìn)行系統(tǒng)編程；
(5)非常容易實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)計(jì)量和故障診斷；
(6)靈活性強(qiáng)，可以作為系統(tǒng)儀器，也可以單獨(dú)使用。
另外，由于LXI模塊本身配備有處理器、LAN連接、電源供應(yīng)器和觸發(fā)輸入，因此它不像模塊式卡槽必須使用昂貴的電源供應(yīng)器、背板、控制器及MXI插卡和接線。它的發(fā)展不受I／O接口發(fā)展的限制。

2 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)
檢測(cè)設(shè)備組成原理如圖1所示：

從圖1可看出，在本軍用ATE系統(tǒng)中，使用了兩種LXI總線的儀器模塊組成的數(shù)采單元，各種測(cè)試板卡和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組成的測(cè)試系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)采集單元采用安捷倫(Agilent)公司生產(chǎn)的L4411A 6 1／2位高性能數(shù)字萬(wàn)用表和L4421A 2線40通道電樞多路復(fù)用器。這2種模塊均符合LXIClass C標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)置以太網(wǎng)連接功能，采用1U高度、半機(jī)架尺寸寬度，可以方便地安裝在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架中而不需要機(jī)箱。既有模塊化的優(yōu)點(diǎn)，可方便地集成到以往的各種系統(tǒng)中使用，又可作為單獨(dú)儀器使用，大大方便了系統(tǒng)集成。
系統(tǒng)使用的L4411A具有以下功能特點(diǎn)：
(1)速度快，50 Kb／s讀數(shù)／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(yù)觸發(fā)和后觸發(fā)；
(4)自動(dòng)量程，可根據(jù)外部信號(hào)特征自動(dòng)調(diào)整測(cè)試量程，對(duì)于動(dòng)態(tài)范圍較寬的信號(hào)尤其方便；
(5)1 MB讀數(shù)存儲(chǔ)；
(6)DCV，ACV，DCI，ACI，二線／四線歐姆，頻率，周期，連續(xù)性和二極管測(cè)試，極大簡(jiǎn)化測(cè)試方案。