基于VEE的射頻模塊自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王 智，陳寶林

(1.北京跟蹤與通信技術(shù)研究所，北京100094;2.河北遠(yuǎn)東通信系統(tǒng)工程有限公司，河北石家莊050200)

0 引言

在傳統(tǒng)的測(cè)試方法下，許多測(cè)試項(xiàng)目需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間去重復(fù)測(cè)試，對(duì)于工程測(cè)試和檢驗(yàn)人員來說，工作強(qiáng)度大，且在測(cè)試中較多人員操作及讀數(shù)會(huì)引入誤差，甚至誤操作，工作效率低。VEE作為Agilent公司開發(fā)的一種圖形化編程工具［1］，專用于測(cè)試系統(tǒng)和小型測(cè)試軟件編程，集成了儀器測(cè)試需要使用到的工具，并將測(cè)試程序的語句進(jìn)行結(jié)構(gòu)化，大大簡(jiǎn)化了測(cè)試進(jìn)程，其圖形化的編程語言使編程的結(jié)構(gòu)十分清晰，便于編程者進(jìn)行調(diào)試和測(cè)試［2］。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)控制下，能自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量?jī)x器的校準(zhǔn)、參數(shù)配置、測(cè)量、數(shù)據(jù)處理與顯示和結(jié)果輸出的系統(tǒng)［3］。本文設(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，使得程序的擴(kuò)展性和移植性非常強(qiáng)。

1 總體設(shè)計(jì)方案

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)由硬件和軟件部分組成，硬件由計(jì)算機(jī)、儀器儀表和測(cè)試線纜等組成;軟件由 VEE編寫的控制儀器設(shè)備和數(shù)據(jù)采集的程序組成。通過運(yùn)行預(yù)先編制好的控制程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的自動(dòng)控制和測(cè)試數(shù)據(jù)的自動(dòng)存儲(chǔ)［4］。測(cè)試系統(tǒng)通過開關(guān)切換完成對(duì)射頻信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)和中頻信號(hào)的切換，自動(dòng)控制儀器完成測(cè)試和測(cè)試結(jié)果自動(dòng)存儲(chǔ)。測(cè)試系統(tǒng)具有配置參數(shù)多、精度高、測(cè)試速度快和移動(dòng)方便等特點(diǎn)。

1.1 硬件構(gòu)成及工作原理

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的硬件組成［5］主要包括:計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、程控電源 N6705A、信號(hào)源 N5181A、切換開關(guān)、頻譜分析儀E4440A、功率計(jì)E4418B、功分器、測(cè)試電纜、GPIB總線［6］和測(cè)試工裝等，其中儀器、開關(guān)已安裝到測(cè)試機(jī)柜內(nèi)，電源線、射頻線和GPIB轉(zhuǎn)接線都已固定到機(jī)柜上，將測(cè)試工裝擺放到桌面上即可開展工作，在做環(huán)境試驗(yàn)時(shí)，更能體現(xiàn)出測(cè)試機(jī)柜移動(dòng)方便的優(yōu)越性。測(cè)試系統(tǒng)硬件構(gòu)成及連接方式如圖1所示。

圖1 射頻模塊測(cè)試系統(tǒng)硬件構(gòu)成及連接方式

計(jì)算機(jī)和儀器間通過GPIB總線，實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，最大可能地排除人為因素造成的測(cè)試測(cè)量誤差，由于可預(yù)先編制好測(cè)試程序去實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試，所以提高了測(cè)試效率［7］。

測(cè)試時(shí)計(jì)算機(jī)通過GPIB總線實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)源頻率、幅度的控制，對(duì)程控電源電壓和電流的設(shè)置以及發(fā)射功率時(shí)發(fā)射電流的采集，根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目對(duì)信號(hào)的切換，對(duì)頻譜儀的測(cè)量模式、頻率帶寬等的設(shè)置以及數(shù)據(jù)的采集、計(jì)算等;對(duì)功率計(jì)的控制和數(shù)據(jù)采集等。測(cè)試數(shù)據(jù)將自動(dòng)保存為Excel格式，輸出主要是通過與計(jì)算機(jī)相連的打印機(jī)進(jìn)行打印輸出。

射頻模塊中頻、時(shí)鐘和射頻信號(hào)測(cè)試主要是通過寬帶切換開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，該切換開關(guān)主要完成測(cè)試通路的選擇和濾波等功能，所以切換開關(guān)的帶寬、插入損耗、隔離度、開關(guān)速度和駐波會(huì)直接影響自動(dòng)測(cè)試功能性能的實(shí)現(xiàn)。測(cè)試過程中已將開關(guān)和電纜在不同頻率下?lián)p耗加入到程序中，測(cè)試時(shí)不需要人工標(biāo)校電纜。

測(cè)試工裝主要實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻模塊的供電、控制，射頻模塊的中頻和時(shí)鐘信號(hào)的輸出等功能。

射頻模塊發(fā)射時(shí)的功率＞39 dBm，所以在接入頻譜儀前，必須加30 dB衰減器，以防燒毀儀器。該測(cè)試系統(tǒng)還可測(cè)試導(dǎo)航接收機(jī)中的混頻器單元，混頻器的發(fā)射功率為(5.0±1)dBm，所以測(cè)試混頻器時(shí)可將混頻器輸出直接接到頻譜儀。

1.2 自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)的軟件實(shí)現(xiàn)

射頻模塊測(cè)試系統(tǒng)軟件是在VEE8.5版本下開發(fā)的，需在計(jì)算機(jī)中裝有Winxp、VEE8.5和I/O Libraries 15.5環(huán)境下運(yùn)行該軟件。程序執(zhí)行時(shí)會(huì)自動(dòng)設(shè)置儀器，對(duì)儀器的控制通過設(shè)置多條 I/O Transaction命令順序執(zhí)行。指令的編寫需要依據(jù)儀器的編程手冊(cè)提供的儀器指令，每條指令對(duì)應(yīng)不同的儀器操作步驟，根據(jù)儀器指令可以簡(jiǎn)單而快速地編寫自動(dòng)測(cè)試程序［8］。

自動(dòng)化測(cè)試控制的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)在于既要保證系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行又要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中加入了異常捕獲機(jī)制，對(duì)可能出現(xiàn)的狀況都作出了正確的處理，否則系統(tǒng)在自動(dòng)運(yùn)行過程當(dāng)中就可能出現(xiàn)錯(cuò)誤。

自動(dòng)測(cè)試軟件是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的核心，能夠根據(jù)不同的測(cè)試對(duì)象類型建立測(cè)試通道和控制儀器完成相應(yīng)的功能。測(cè)試時(shí)操作人員首先選擇被測(cè)對(duì)象，填寫必要的測(cè)試信息，然后根據(jù)需要測(cè)試的項(xiàng)目進(jìn)入自動(dòng)測(cè)試流程，測(cè)試結(jié)果會(huì)自動(dòng)生成并保存。

測(cè)試系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，每個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)1項(xiàng)或多項(xiàng)測(cè)試，模塊的遠(yuǎn)行與否取決于前面的測(cè)試項(xiàng)目是否選擇，通過判斷，會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的功能模塊(Userobject控件)。單項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目在自動(dòng)化運(yùn)行過程中如果遇到異常，則提示相應(yīng)的錯(cuò)誤信息并退出當(dāng)前試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)入下一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目的自動(dòng)化運(yùn)行。每一個(gè)單項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目自動(dòng)化運(yùn)行結(jié)束后自動(dòng)測(cè)試控制函數(shù)檢查試驗(yàn)項(xiàng)目列表指針是否為列表尾，如果不為試驗(yàn)項(xiàng)目列表尾則讀取下一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目開始下一項(xiàng)目的單項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目的自動(dòng)化運(yùn)行，如果試驗(yàn)項(xiàng)目列表指針指向列表尾則表示所有試驗(yàn)項(xiàng)目測(cè)試已經(jīng)完成，測(cè)試任務(wù)的自動(dòng)化運(yùn)行完成。采用模塊化設(shè)計(jì)的好處是當(dāng)功能增加時(shí)，可在下面添加測(cè)試項(xiàng)目和模塊，不會(huì)影響前面的程序。測(cè)試時(shí)可以選擇單項(xiàng)性能測(cè)試，也可選擇所有測(cè)試項(xiàng)目測(cè)試，根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目的進(jìn)展實(shí)時(shí)顯示該測(cè)試項(xiàng)的結(jié)果，測(cè)試完成后，將相應(yīng)測(cè)試項(xiàng)結(jié)果存儲(chǔ)到相應(yīng)的測(cè)試表格。測(cè)試完1臺(tái)會(huì)給出相應(yīng)的更換設(shè)備繼續(xù)測(cè)試或退出的提示。射頻模塊自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖2所示。

圖2 射頻模塊自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行流程

射頻模塊自動(dòng)化流程圖中試驗(yàn)項(xiàng)目自動(dòng)化運(yùn)行主要由以下幾部分組成:

①測(cè)試的初始化。測(cè)試的初始化包括測(cè)試儀器的選擇，儀器的參數(shù)配置，啟動(dòng)相應(yīng)的設(shè)備以及Excel表格的設(shè)置等。

②測(cè)試過程的控制。測(cè)試過程的控制主要包括對(duì)儀器、設(shè)備的控制，測(cè)試項(xiàng)目的選擇，時(shí)間間隔的控制以及測(cè)試過程中異常的處理，并會(huì)給出相應(yīng)的提示等。

③測(cè)試數(shù)據(jù)的顯示與存儲(chǔ)。測(cè)試數(shù)據(jù)的顯示與存儲(chǔ)主要包括測(cè)試數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、測(cè)試數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值的比較、測(cè)試數(shù)據(jù)的分析和測(cè)試數(shù)據(jù)的自動(dòng)存儲(chǔ)等。

2 實(shí)際應(yīng)用

打開VEE生成的可執(zhí)行文件VXE后，可看到該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)界面如圖3所示，點(diǎn)擊“程序使用須知”按鈕，可看到使用該測(cè)試程序的注意事項(xiàng)和使用說明。在射頻模塊的測(cè)試過程中，搭建好自動(dòng)測(cè)試硬件平臺(tái)后，運(yùn)行射頻模塊自動(dòng)測(cè)試軟件，點(diǎn)擊“開始測(cè)試”按鈕，會(huì)彈出讓您輸入產(chǎn)品編號(hào)對(duì)話框，根據(jù)復(fù)選框選擇測(cè)試項(xiàng)目，對(duì)射頻模塊進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試。一臺(tái)測(cè)試完畢后，會(huì)出現(xiàn)“請(qǐng)更換射頻模塊”的提示，更換完成后點(diǎn)擊“開始測(cè)試”按鈕開始下一臺(tái)的測(cè)試，若選擇退出，則點(diǎn)擊“保存退出”對(duì)話框。測(cè)試數(shù)據(jù)會(huì)以xls格式進(jìn)行存儲(chǔ)，并且可以更改存儲(chǔ)的文件名和路徑，若不更改，會(huì)以默認(rèn)的路徑和文件名進(jìn)行存儲(chǔ)。點(diǎn)擊“保存退出”按鈕退出該測(cè)試系統(tǒng)。

圖3 射頻模塊自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)界面

本測(cè)試已將各路鏈路損耗(射頻、中頻和時(shí)鐘)修正值寫入程序中，經(jīng)多次測(cè)試與比對(duì)，測(cè)試結(jié)果和手動(dòng)測(cè)試結(jié)果非常相近。測(cè)試11項(xiàng)指標(biāo)，自動(dòng)測(cè)試用時(shí)約2 min，大大提高了測(cè)試速度，且不需人工操作任何儀器設(shè)備。更換射頻模塊非常簡(jiǎn)單，只需要2個(gè)盲插頭和1個(gè)8芯直插頭。

3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)果分析

為了驗(yàn)證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性，選擇了多臺(tái)射頻模塊進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，對(duì)自動(dòng)存儲(chǔ)結(jié)果與實(shí)際手動(dòng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了比對(duì)，因篇幅限制下表為抽取1臺(tái)射頻模塊連續(xù)測(cè)試5次的測(cè)試數(shù)據(jù)，該表抽取了幾項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，自動(dòng)測(cè)試結(jié)果和手動(dòng)測(cè)試結(jié)果如表1和表2所示。

表1 射頻模塊自動(dòng)測(cè)試結(jié)果表格

表2 射頻模塊手動(dòng)測(cè)試結(jié)果表格

通過對(duì)測(cè)試結(jié)果分析可以看出，自動(dòng)測(cè)試結(jié)果的精度非常高，所產(chǎn)生的誤差主要是儀器自身跳變所引起，該程序只是將儀器上的數(shù)據(jù)采集過來進(jìn)行了存儲(chǔ)、處理，并且該程序可以重復(fù)測(cè)試多臺(tái)設(shè)備，避免了人工重復(fù)操作儀器設(shè)備。手動(dòng)測(cè)試1臺(tái)設(shè)備的時(shí)間約12 min，而使用該測(cè)試系統(tǒng)，約2 min就可以完成測(cè)試，并且會(huì)將測(cè)試結(jié)果自動(dòng)存儲(chǔ)到Excel表格中，不需要人工記錄數(shù)據(jù)，大大提高了測(cè)試的效率。

4 結(jié)束語

射頻模塊測(cè)試是導(dǎo)航接收機(jī)研制、生產(chǎn)中必不可少的工作，測(cè)試內(nèi)容復(fù)雜，記錄數(shù)據(jù)量大，迫切需要測(cè)試的自動(dòng)化［9，10］。該測(cè)試程序是在測(cè)試人員對(duì)射頻模塊和測(cè)試儀器了解有限的情況下，仍能快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻模塊的自動(dòng)測(cè)試，經(jīng)實(shí)踐取得了良好的效果，極大地減輕了測(cè)試工程師的測(cè)試負(fù)擔(dān)。該程序不僅可以用于射頻模塊的測(cè)試，還可用于混頻器的測(cè)試。在大批量用戶機(jī)生產(chǎn)過程中，使用該程序測(cè)試射頻模塊，更能體現(xiàn)出自動(dòng)測(cè)試的優(yōu)越性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)測(cè)試技術(shù)將更多地應(yīng)用到科研生產(chǎn)中。

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