基于LXI總線(xiàn)的自動(dòng)測試系統方案設計

摘要：為了滿(mǎn)足軍用自動(dòng)測試系統準確度要求高、測量點(diǎn)多、實(shí)施性強的特點(diǎn)，實(shí)現提高測試準確度、簡(jiǎn)化硬件電路設計的目的，采用了基于LXI總線(xiàn)的數字化測試系統方法，做了將數字萬(wàn)用表L4411A和多路開(kāi)關(guān)L4421A應用于A(yíng)TE的實(shí)驗。獲得了實(shí)時(shí)性好，準確度高，簡(jiǎn)化硬件設計的結果，得到了基于LXI總線(xiàn)的數字化測試系統方案很好地滿(mǎn)足了軍用ATE系統需求的結論。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)測試設備；LXI總線(xiàn)；數據采集：L4411A

0 引言
自動(dòng)測試系統(Automatic Test System，ATS)是在單一計算機系統控制下，通過(guò)一種或多種總線(xiàn)把多個(gè)儀器互聯(lián)起來(lái)，按預先編制的測試程序(TP)，自動(dòng)進(jìn)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，最重要的指標是信號的測試準確度。過(guò)去對模擬信號進(jìn)行測試一般采用的方法是：首先進(jìn)行幅值調整及信號特征變換，再通過(guò)A／D變換的方式進(jìn)行處理，例如要實(shí)現交流幅值這樣一個(gè)簡(jiǎn)單測試，就必須通過(guò)幅值調整、整流變換等步驟，這帶來(lái)的最大問(wèn)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(lèi)裝備產(chǎn)品的通用測試設備，ATE信號有如下特點(diǎn)：
(1)信號數量多；
(2)信號范圍寬，就電壓來(lái)說(shuō)，要測試的最小值僅十幾個(gè)mV，最大要達到約200 V；
(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(shí)一個(gè)信號同時(shí)要測試幾種特征；
(4)測試速度要求不一，有些信號時(shí)序要求特別高，因此在保證準確度的同時(shí)，還必須滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性。
針對以上信號特征分析后，提出基于LXI總線(xiàn)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(xiàn)、傳輸，而且實(shí)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(lèi)繁雜的情況，研制開(kāi)發(fā)基于LXI總線(xiàn)的測試系統就成為最佳選擇。采用LXI總線(xiàn)簡(jiǎn)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(jīng)費、提高測試準確度、簡(jiǎn)化硬件電路設計的多重效果。

1 LXI總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)
LXI基于工業(yè)標準以太網(wǎng)(Ethernet)技術(shù)，擴展儀器需要的語(yǔ)言、命令、協(xié)議等內容，構成適用于自動(dòng)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(wǎng)技術(shù)利用到自動(dòng)測試系統中，以替代傳統的測試總線(xiàn)技術(shù)。LXI總線(xiàn)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(shí)時(shí)性以及數據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(zhù)測試系統后的精確度和準確性。
采用以太網(wǎng)總線(xiàn)作為系統總線(xiàn)有很多優(yōu)點(diǎn)，具備先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )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(wǎng)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(yōu)勢：
(1)可以保證儀器的全部性能；
(2)集成更為方便，不需要專(zhuān)用的機箱和0槽計算機；
(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)連結和使用更為方便，可以利用通用的軟件進(jìn)行系統編程；
(5)非常容易實(shí)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(fā)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(xiàn)。它的發(fā)展不受I／O接口發(fā)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(xiàn)的儀器模塊組成的數采單元，各種測試板卡和工業(yè)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(chǎn)的L4411A 6 1／2位高性能數字萬(wàn)用表和L4421A 2線(xiàn)40通道電樞多路復用器。這2種模塊均符合LXIClass C標準，內置以太網(wǎng)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(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)：
(1)速度快，50 Kb／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(fā)和后觸發(fā)；
(4)自動(dòng)量程，可根據外部信號特征自動(dòng)調整測試量程，對于動(dòng)態(tài)范圍較寬的信號尤其方便；
(5)1 MB讀數存儲；
(6)DCV，ACV，DCI，ACI，二線(xiàn)／四線(xiàn)歐姆，頻率，周期，連續性和二極管測試，極大簡(jiǎn)化測試方案。