基于虚拟仪器的弱信号处理模块测试系统设计

2015-02-11 15:17:46   来源:eechina   

关键字: 虚拟仪器  弱信号处理模块  测试系统

1 引 言

随着测控技术的发展,要求测试的项目和测试参数日益增多,对自动化测试速度和测试准确度也提出了较高的要求。虚拟仪器是基于计算机和标准总线技术的模块化系统,通常由控制模块、仪器模块和软件组成。由软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合为一体,从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起,大大缩小了仪器硬件的成本和体积,并通过软件对数据进行显示、存储以及分析处理,广泛应用于民用和军用测量领域Ⅲ。作为虚拟仪器技术的一种,GPIB总线仪器以其良好的可靠性和高精度性使基于该总线的虚拟仪器在自动化测试领域中得到广泛的研究与应用。

GPIB总线是一个数字式的24线并行总线。它由16条信号线和8条接地返回线组成。

GPIB的16条信号线分为8条数据线,5条接口管理线,3条握手线等三大组。可以实现诸如总线初始化、设备寻址或地址释放以及为远程或本地编程设置设备模式的任务。GPIB使用8位并行的异步数据传输方案。

由于某弱信号处理模块需要测试的性能指标繁多,传统的手动测量的方法效率较低,人为因素的影响较大,操作失误情况下容易损坏模块,不适用于批量生产的产品测试。研制针对该模块的自动测试设备在批量的产品测试中可以有效的节省人力和时间,减少由于人为因素而产生的差错,提高测试准确性,对于产品的批量生产具有很大的促进作用,并有利于对产品的质量控制。

2 系统的主要功能

该自动测试系统主要应用在对某型弱信号处理模块的自动化检测中,实现对7个大项,100多个小项的自动化检测,取代使用分立的仪器逐项手动测试。测试系统需具备以下几个主要功能。

1)为模块提供+12V、-12V直流电源及可变频变幅的正弦及脉冲信号输入;

2)测试模块的交流噪声及直流偏置;

3)测试交流通道输出波形失真度;

4)进行模块的跨阻、高低端截止频率、AGC、隔离度等多项性能参数的自动测试;

5)测试直流通道跨阻等性能指标;

6)提供高低温测试夹具并实现常温及高低温状态下的测试;

7)对结果以波形及数据表等方式记录显示和打印输出;

8)自检功能及过流保护功能。

测试系统应具有良好的图形用户界面,友好的人机对话环境。软件界面上应包括电源自检和信号源自检以及自校准功能。输入模块的激励信号的频率和幅值可以调节。测试系统应有两种工作方式,可以按照测试项目顺序依次进行测试,也可以对选中的单个或多个测试项目进行程控测试。测试过程中界面上实时显示测试系统的工作状态、测试项目和测得的数据。具有产品测试数据实时记录、储存及打印功能,能自动生成规范的测试报告、测试曲线。测试过程可随时终止,并可查看自动生成的测试表格,自动标识不合格项。测试系统的组成框图如图1所示。测试系统的设计包括硬件没计和软件设计两部分。

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3 测试系统硬件设计

测试系统的硬件部分由专用夹具、采集控制板、GPIB接口卡、数字I/O卡、函数信号发生器、数字万用表、数字存储示波器及工控机等组成。工控机通过采集控制板对模块的各引脚通道进行选择并发送信号,待测量通道的信号输入到相应仪器进行测量。工控机与各仪器通过GPIB总线相连,将控制命令发送到各仪器,测得的数据被发送到工控机进行分析处理等工作。采用GPIB总线星型连接方式,可以避免因某个仪器的关闭或非正常工作而影响工控机与其他仪器间的通信。

图2为该系统的硬件组成框图。其中直流稳压源提供模块的工作电压,通过采集控制板向模块专用夹具提供。函数信号发生器、数字万用表和数字存储示波器本身带有GPIB接口,在工控机扩展槽中插入GPIB卡获得工控机的GPIB接口,通过GPIB电缆线连接在一起,可以进行数据和信号的传输。工控机通过GPIB卡和数字I/O卡实现对采集控制板和其他设备的实时控制,向被控对象发出命令,协调它们之间的动作,从测量设备读出数据,并对数据进行分析和处理,将完整的测量结果进行保存或制成报表打印输出。

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函数信号发生器采用Agilent 33220A,用来向模块提供正弦信号和脉冲波信号。Agilent 33220A所能提供的正弦波的频率范围为1μHz~20MHz,幅度范围为10mVpp~10Vpp,精度为1mVp-p。Agilent 33220A函数信号发生器带有IEEE488.2标准的GPIB端口,可以和工控机进行通信,并由工控机对其输出波形参数进行设置。数字示波器采用Tektronix公司生产的TDS1002,带宽为60MHz,采样率1.0GS/s,可以满足测试要求;TDS1002示波器带有满足IEEE488.2标准的GPIB端口,可以和工控机进行通信,将测试结果传递给工控机。数字万用表采用Agilent 34401A,具有6位半数字分辨率,最高精度为1μV,交流电压测量量程为15mV~750V,频率测量范围为5Hz~1MHz,最高精度为0.01Hz,带有满足IEEE488.2标准的GPIB端口,可以和工控机进行通信,用来完成模块各通道输出波形的频率和交直流幅值的测量,并检测直流稳压源和函数信号发生器的输出。  

3.1 直流稳压电源单元

直流稳压电源为模块提供+12V和-12V电压,为控制板和模块夹具板上的GPLD和继电器提供+5V工作电压。采用DH1718G-4型直流稳压源,此电源有0~+36V和0~-36V两路可调直流电压输出和一路十5V固定电压输出,输出电流分别为0~+3.5A和0~-3.5A,纹波电压有效值为0.5mV。

3.2 主控计算机系统

主控计算机系统由工控机主机、GPIB总线接口卡和数字I/O卡构成。计算机主机采用研华科技有限公司生产的工控机,内存在软件计算和显示中对容量要求比较大,内存容量配置为1Gbytes。GPIB总线接口卡选用了National Instruments公司生产的PCI-GPIB接口卡,该接口卡支持“Plug and Play"标准,接插件采用IEEE488.1的标准24针接头,数据传输支持标准IEEE488和HS488两种模式。数字I/O卡采用National Instruments公司生产的PCI-6503,是PCI总线接口的数字I/O卡,兼容性强,支持“Plug and Play"标准,采用5V TTL/CMOS控制电平,具有3通道共24位输入/输出。

3.3 采集控制板

采集控制电路板分为电源处理、信号输入、信号输出和CPLD控制4个部分。电源处理部分负责8块待测模块工作电源以及增益控制引脚的选通;信号输入部分将信号发生器输出的信号提供给模块待测的一路;信号输出部分把模块待测的一路输出信号送给数字万用表或示波器进行测量。CPLD另设了5个输出引脚A~E用来控制模块夹具板上的继电器通断。为了适合产品和夹具的需要,选用了超小型高灵敏度的电流动作型信号继电器,其导通电阻小,绝缘电阻大,寿命长(开关数可达千万次),体积小,重量轻。
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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0211/article_10904.html
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