Labwindows/CVI+Matlab建立高頻衰減模型

引言

　　LabWindows/CVI美國國家儀器公司(NI公司)推出的交互式C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境。LabWindows/CVI以ANSIC為核心，將功能強大、使用靈活的C語(yǔ)言與用于數據采集分析和顯示的測控專(zhuān)業(yè)工具有機地結合起來(lái)。它的集成化開(kāi)發(fā)環(huán)境、交互式編程方法、函數面板和豐富的庫函數大大增強了C語(yǔ)言的功能，為熟悉C語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)人員建立了檢測系統、自動(dòng)測試環(huán)境、數據采集系統、過(guò)程監控系統、虛擬儀器等提供了一個(gè)軟件開(kāi)發(fā)平臺。Matlab是由Math Works公司于1984年推出的一套科學(xué)計算軟件。它具有強大的矩陣計算和數據可視化能力，一方面可以實(shí)現數值分析、優(yōu)化、統計、偏微分方程數值解等若干個(gè)領(lǐng)域的數學(xué)計算;另一方面可以實(shí)現二維、三維圖形繪制，圖像處理、虛擬現實(shí)等方面的處理。

　　本文的出發(fā)點(diǎn)是利用Matlab強大的數學(xué)處理功能，對某平臺高頻測試功率衰減問(wèn)題進(jìn)行數據分析，并以此建立高頻通道功率衰減數學(xué)模型。并在此基礎上采用LabWindows/CVI這一軟件開(kāi)發(fā)平臺，利用其靈活豐富的庫函數，以及可以輕松實(shí)現數據分析和顯示的軟面板功能來(lái)控制測試儀器，在獲取儀器測試實(shí)際數據的基礎上，將測試得到高頻信號頻率帶入建立的衰減數學(xué)模型進(jìn)行計算得到此時(shí)的功率衰減值，并將此數值與實(shí)際測得功率值相加顯示到虛擬儀器面板上，作為最終的測試結果。從而實(shí)現了編程環(huán)境中C語(yǔ)言的高效執行效率和科學(xué)計算相結合的目的，試驗證明了該方法的有效性。

　　1 通用ATS傳輸通道結構分析

　　ATS硬件結構和接口電路設計具有一定的共性，其一般測試結構如圖1所示，從圖中可以看出實(shí)現信號傳輸的通道結構主要包括2個(gè)部分：一是ATE(Auto Test Equipment，自動(dòng)測試設備)中信號流經(jīng)的途徑，一般流程部件為測試儀器-連接線(xiàn)纜-開(kāi)關(guān)-連接器;二是適配器結構，根據UUT測試需求實(shí)現開(kāi)關(guān)系統的靈活配置，以及完成信號調理。適配器設計一方面存在功能上的共性，即需要完成放大、衰減、濾波、隔離、線(xiàn)性化等信號調理功能;另一方面也有其特殊性，如必須結合UUT具體測試要求，設計各種調理電路。而ATE在設計完成后，具有結構功能不變性，特別對高頻信號而言，其本身特點(diǎn)不能按一般的集總系統理解，故此需要對這一特定的信號傳輸特性進(jìn)行分析。

　　ATE中測試高頻信號主要關(guān)注其頻率和功率2個(gè)參數，經(jīng)過(guò)試驗已證實(shí)，高頻信號經(jīng)過(guò)傳輸通道(電纜、開(kāi)關(guān)、連接器)時(shí)對頻率測試精度影響很小，可以忽略;而信號的功率會(huì )隨著(zhù)頻率的改變而有規律的變化。這種衰減產(chǎn)生的原因包括以下幾個(gè)方面：

　　(1)電纜在傳輸信號時(shí)會(huì )產(chǎn)生趨膚效應損耗和介電損耗。其中高頻信號沿著(zhù)導體內側的表面傳輸，這種現象即為所謂的趨膚效應;絕緣材料在電場(chǎng)作用下，由于介質(zhì)電導和介質(zhì)極化的滯后效應，在內部引起的能量損耗，由于電介質(zhì)絕緣體會(huì )影響電纜的電容，電介質(zhì)絕緣體同樣會(huì )產(chǎn)生與頻率相關(guān)的電纜損耗，即介質(zhì)損耗。在自動(dòng)測試設備中，介電損效應是高頻信號產(chǎn)生損耗的主要原因。

　　(2)開(kāi)關(guān)和連接器作為特殊的連接線(xiàn)，同樣會(huì )使信號傳輸時(shí)產(chǎn)生衰減。

　　(3)這些元件連接到一起后，由于阻抗不完全匹配會(huì )引起信號波反射，產(chǎn)生反射損耗，并且元件之間焊接處不可避免地會(huì )產(chǎn)生頻譜泄漏等，都將導致信號功率衰減。對于前2種功率損耗，電纜、開(kāi)關(guān)和連接器在出廠(chǎng)時(shí)都給出了不同頻率段下功率衰減值，而對于第3種因素產(chǎn)生的損耗，是不可預知的，需要在完成設計后進(jìn)行測定。

　　另外，上述幾種元件使用時(shí)，因其老化和溫度變化不可避免的會(huì )產(chǎn)生隨機誤差，如連接器的本振頻率會(huì )隨著(zhù)溫度變化產(chǎn)生漂移等。因此，為減小這些隨機誤差，一方面應選擇高質(zhì)量的元件;另一方面要定期對ATE進(jìn)行計量，以便及時(shí)調整相關(guān)測試參數。