一種基于Labview的數(shù)字電路自動測試系統(tǒng)設計

文/邢連營

數(shù)字陣列雷達是近幾年來越來越受人們關注的一種新型相控陣雷達，數(shù)字陣列模塊是新型數(shù)字陣列雷達的核心部件，因而獲得廣泛應用。數(shù)字電路是數(shù)字陣列模塊中主要的組成部分，數(shù)字電路指標的好壞直接影響了數(shù)字陣列模塊整體性能，為提高數(shù)字電路的質(zhì)量和可靠性，通常使用傳統(tǒng)的人工測試數(shù)字電路方法，此方法費時費力。因此，本文介紹了一種實用、高效的數(shù)字電路自動測試系統(tǒng)。

1　系統(tǒng)工作原理

數(shù)字電路自動測試系統(tǒng)實現(xiàn)了八通道數(shù)字電路的數(shù)字接收、波形產(chǎn)生的指標測試和時序邏輯功能測試。自動測試系統(tǒng)工作前，將被測件數(shù)字電路板連接到測試夾具中，啟動用戶交互軟件和系統(tǒng)上電。當其測試數(shù)字接收時，電源分別給數(shù)字電路板、采集控制板和頻率源等提供+5V和+12V電源。頻率源給被測件提供工作時鐘和采樣時鐘等。測試人員使用用戶交互軟件控制信號源，信號源產(chǎn)生射頻信號依次通過二選一開關、功分器和測試夾具輸入到被測件印制板上。數(shù)字電路將射頻信號AD采樣處理等后，再電光轉(zhuǎn)換，光信號通過光纖線連接到采集控制板。另TTL轉(zhuǎn)接板將數(shù)字電路的時序邏輯并行傳給采集控制板。采集控制板主要運行FPGA軟件算法將光信號和TTL信號轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)口送給計算機，計算機運行用戶交互軟件處理顯示出數(shù)字電路的接收指標及時序邏輯狀態(tài)。當測試波形產(chǎn)生的指標時，用戶交互軟件自動逐個測試多通道波形產(chǎn)生指標，采集控制板將來自計算機送來的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)測試指令，將其波形產(chǎn)生測試指令信號轉(zhuǎn)換為光纖數(shù)據(jù)，通過光纖口送給數(shù)字電路使其產(chǎn)生射頻信號，射頻信號經(jīng)過測試夾具連接到功分器和二選一開關再連接到頻譜分析儀，計算機通過GPIB總線來讀取頻譜儀的數(shù)據(jù)。用戶交互軟件和其軟件算法處理數(shù)據(jù)并顯示出波形產(chǎn)生指標。靜音風冷給工作中的數(shù)字電路散熱。自動測試系統(tǒng)工作原理框圖如圖1所示。

2　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和接口

數(shù)字電路自動測試系統(tǒng)的硬件主要包括：頻率源、二選一開關，一分八功分器、測試夾具、采集控制板、TTL轉(zhuǎn)接板、雙通道電源、信號源、頻譜分析儀和計算機等組成。計算機使用GPIB總線接口與信號源、頻譜分析儀進行通信。采集控制板通過光纖接口和網(wǎng)口進行數(shù)據(jù)上報和下發(fā)控制指令。測試夾具通過探針臂和底座固定將被測件，其探針臂上的探針將被測件的測試點連接到外圍電路上。自動測試系統(tǒng)測試夾具結(jié)構(gòu)圖如圖2。

自動測試系統(tǒng)主要接口包括：以太網(wǎng)接口、光纖接口和GPIB總線接口。以太網(wǎng)接口基于TCP/IP 通信協(xié)議、使用以太網(wǎng)控制器芯片W5100與FPGA芯片實現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。采集控制板采用光纖接口形式與數(shù)字電路之間進行信息交互。光纖接口的最大支持傳輸速率達6.5Gbps。GPIB總線接口是專用的儀器控制接口，通過GPIB總線與儀器設備連接，使用Labview軟件設置GPIB地址和選用驅(qū)動程序控制儀器設備參數(shù)。

3　系統(tǒng)的軟件設計

數(shù)字電路自動測試系統(tǒng)基于Labview軟件平臺設計用戶交互軟件，其軟件依靠數(shù)據(jù)的流向來控制程序運行，使用圖形化的編程語言。軟件圖形化內(nèi)還有豐富的函數(shù)支持數(shù)據(jù)采集、處理和保存等功能。自動測試程序主要功能包括：儀器控制、參數(shù)設置、指標測試、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)保存。儀器控制功能主要用于控制和讀取儀器參數(shù)。在指標測試時，其軟件有多種第三方儀器驅(qū)動程序，方便控制儀器儀表。參數(shù)設置功能用于信號源，頻譜儀和采集控制板等狀態(tài)的初始化。在用戶交互軟件界面中，指標測試功能內(nèi)選擇數(shù)字接收和波形產(chǎn)生的各項指標測試。數(shù)據(jù)處理模塊將讀取的數(shù)據(jù)進行算法處理，處理后的數(shù)據(jù)按照指標類型列出一個文件。為便于對指標進行分析，對指標值進行數(shù)據(jù)保存。數(shù)據(jù)保存可以給每件數(shù)字電路測量的數(shù)據(jù)文件設置Excel格式的文件名，設置數(shù)據(jù)的保存路徑。本系統(tǒng)用戶交互軟件測試流程簡單，測試人員易于操作，采用Labview軟件能夠滿足實現(xiàn)本自動測試系統(tǒng)的要求。

4　結(jié)語

圖1：自動測試系統(tǒng)工作原理框圖

圖2：自動測試系統(tǒng)測試夾具結(jié)構(gòu)圖

通過基于Labview軟件的數(shù)字電路自動測試系統(tǒng)設計，從硬件和軟件兩方面實現(xiàn)了快速數(shù)字電路的指標測試，避免了人工測試的繁瑣，提高了測試效率，剔除了產(chǎn)品早期問題、解決了產(chǎn)品使用可靠性和穩(wěn)定性。計算機通過LabView軟件平臺實現(xiàn)人機交互界面，完成數(shù)據(jù)的收集、分析和處理等功能。該自動測試系統(tǒng)已經(jīng)在工程應用中起著重要的作用。