自動(dòng)測試系統設計之測試總線(xiàn)

1 VXI和PXI總線(xiàn)

VXI總線(xiàn)規范于1992年9月被IEEE標準局批準為IEEE-1155-1992標準。VXI總線(xiàn)是測試儀器模塊化的卓越代表，它擁有穩定的電源、強有力的冷卻能力和嚴格的RFI／EMI屏蔽。具有結構緊湊、數據吞吐能力強、定時(shí)和同步精確等特點(diǎn)，適用于組建大、中規模的自動(dòng)測量系統和對速度、精度要求高的應用場(chǎng)合。VXI主要用于大型的ATE系統、航空、航天等國防軍工領(lǐng)域。

以NI公司為首的PXI系統聯(lián)盟成立于1997年9月。PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)不僅是一個(gè)總線(xiàn)技術(shù)，同時(shí)也是一個(gè)基于PC技術(shù)的模塊化I／O的標準，為基于PC的自動(dòng)化測試測量與控制系統架構添加了集成的定時(shí)和同步功能、工業(yè)級的堅固設計、以及更多的通道數。

2 LXI和AXIe總線(xiàn)

2004年9月，以安捷倫公司為首的LXI總線(xiàn)聯(lián)合體成立，2005年發(fā)布LXI標準1．0版本，并推出第一批LXI模塊。LXI總線(xiàn)的基礎設施是以太網(wǎng)，通過(guò)高速以太網(wǎng)實(shí)現儀器系統從局域至廣域的全球連網(wǎng)，依靠IEEE1588精確定時(shí)協(xié)議獲得整個(gè)儀器系統的全球定時(shí)同步。目的是以簡(jiǎn)單、經(jīng)濟、高速、實(shí)用的硬件和軟件構建新一代的測試測量系統，其目的是代替已使用40年的GPIB總線(xiàn)。

2009年11月，安捷倫科技有限公司、艾法斯公司和Test Evolution公司聯(lián)合成立AXIe聯(lián)盟，旨在開(kāi)發(fā)和推廣AXIe系列標準。AXIe在制定之初參考了AdvancedTCA、PXI、LXI和IVI等現有的標準，是一個(gè)以AdvancedTCA為基礎的開(kāi)放式標準，其目標是創(chuàng )建一個(gè)由元器件、模塊和儀器組成的動(dòng)態(tài)系統，推動(dòng)通用儀器和模塊化測試的發(fā)展。AXIe標準可提供最大的可擴展性，滿(mǎn)足各種平臺的需求，包括通用機架堆棧式系統、模塊化系統、半導體ATE系統，以及工作臺和模塊化插件。

3 PXI、LXI和AXIe的比較

PXI總線(xiàn)擁有較高的總線(xiàn)帶寬，同時(shí)擁有非常低的傳輸延遲，這一點(diǎn)是其他總線(xiàn)所無(wú)法比擬的，同時(shí)PXI通過(guò)升級到PXI Express總線(xiàn)，可以實(shí)現更高的速度和更大的帶寬，但是PXI總線(xiàn)的模塊化設計限制了其向更大規模、更廣局域的自動(dòng)測試系統的擴展能力。

LXI總線(xiàn)基于以太網(wǎng)，因此其擴展能力較強，但由于其采用儀器化設計，在成本上不具備優(yōu)勢，同時(shí)在軟件開(kāi)發(fā)和傳輸速率上有一定的局限性。

與VXI和PXle總線(xiàn)技術(shù)相比，AXIe可提供更大PCB尺寸、輸出功率、高效散熱、高速靈活的數據通信架構，以及AdvancedTCA標準的靈活性，同時(shí)還能與AdvancedTCA標準兼容。其主要特點(diǎn)為面積為900 cm2的模塊電路板；多達62個(gè)通道的本地總線(xiàn)可使相鄰模塊數據傳輸速率達到600 Gbit·s-1；低時(shí)延和高速PCI總線(xiàn)使儀器至計算機間的數據傳輸速率達到10 Gbit·s-1；行業(yè)標準和靈活的LAN通信以及可用于儀器同步的總線(xiàn)和徑向分布式計時(shí)和觸發(fā)。

4 基于A(yíng)XIe總線(xiàn)的ATS設計

AXIe采用分層體系結構，建立在A(yíng)dvancedTCA標準(PICMG 3．0和3．4)的基礎上，可提供大型PCB、LAN、PCIe和系統管理等特性?；贏(yíng)dvancedTCA的AXIe1．0標準適用于通用儀器，并添加了核心觸發(fā)功能、定時(shí)功能和高速本地總線(xiàn)。AXIe1．0是在背板1區和2區連接器上實(shí)現上述功能的，無(wú)需指定后面板連接器或使用模塊或背板3區的接口。AXIe1.0還可針對特定應用領(lǐng)域進(jìn)行擴展設計，例如半導體測試(AXIe3.1)，并可包括關(guān)于模塊后面板連接的規定。

AXIe儀器可在典型的機架堆疊式配置中與基于現有標準PXI、LXI和IVI的儀器實(shí)現集成。例如，PXI儀器能夠在機架中垂直安裝并使用機架式安裝、嵌入式或臺式控制器。在同一機架中水平安裝的AXIe模塊可作為虛擬PXI或LXI儀器使用。機架中還可添加LXI綜合儀器。

基于PCIe的AXIe儀器模塊可像PGIe模塊一樣充當控制計算機，其工作方式與PXI儀器模塊相同?；贚AN的AXIe儀器模塊可像網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)一樣充當控制計算機，其工作方式與LXI儀器相同。所有這些儀器均能使用符合IVI標準、可在所有應用程序開(kāi)發(fā)環(huán)境中運行的驅動(dòng)程序。

基于A(yíng)XIe總線(xiàn)的某型地面測試設備故障診斷自動(dòng)測試系統硬件構成如圖1所示。

軟件系統包括測試診斷平臺、用戶(hù)界面、數據信息管理平臺及在線(xiàn)幫助等功能模塊。測試診斷平臺根據操作人員輸入的診斷步驟、模擬激勵、數據激勵、信號類(lèi)型、測試節點(diǎn)、儀器操作等完成測試診斷程序對被測儀器設備進(jìn)行故障診斷和定位，同時(shí)提供自動(dòng)監測和信息提示功能；用戶(hù)界面生成診斷執行界面的顯示內容，完成人機界面的交互設置；數據信息管理平臺完成設備故障統計和板級故障統計分析、故障趨勢分析和預測試功能，實(shí)現故障診斷測試、信息分析反饋的融合。測試軟件采用LabVIEW開(kāi)發(fā)。LabVIEW軟件提供了對AXIe設備的良好支持，能夠實(shí)現對測試數據的無(wú)縫連接。瀏覽界面采用測試軟件構成，如圖2所示。

5 自動(dòng)測試系統的發(fā)展趨勢

通過(guò)PXI、LXI和AXIe等測試總線(xiàn)比較可以看出，對于自動(dòng)測試系統來(lái)說(shuō)，其最終的目的是提供高速、高度自動(dòng)化、高兼容性的測試設備和程序，其發(fā)展趨勢將繼續沿著(zhù)標準化、系列化和模塊化方向發(fā)展，同時(shí)加大采用新型系統總線(xiàn)、高性能計算機、人工智能與專(zhuān)家系統等各種新技術(shù)的力度，進(jìn)一步改善ATE／ATS的綜合性能。同時(shí)ATS設備將向小型化、便攜化和通用化方向發(fā)展。為降低成本，測控系統將大量采用COTS技術(shù)，進(jìn)一步加強系統的互換性和互操作性，確保系統的先進(jìn)性、成熟性、和穩定性，注重綜合診斷支持系統設計思想，向故障診斷和測試一體化系統的開(kāi)放式結構發(fā)展。測控總線(xiàn)將呈現多總線(xiàn)并存的特點(diǎn)，但是測控總線(xiàn)最終的結果是隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現總線(xiàn)技術(shù)的統一。