牛东岭（广州虹科电子有限公司，广州 510640 ）
导言
模块化渠道供给与机架和台式仪器相同的功用，且体积更小，本钱更低。因而，当今在军事、航空和商业运用中，大多数自动测验体系选用模块化架构。多年来，呈现了几种架构，包含Standard Bus，GTXI，SCXI以及其他架构等。本文首要针对的是PXI渠道。
依据模块化架构的优势和灵活性，一同考虑到PC的功用和本钱优势，PXI渠道于1998年推出，并开端迅速发展现在，全球已布置了超越10 000个PXI体系。图1显现了典型的PXI渠道，包含可安装在机架上的机箱和安装在单个机箱中的多达19个模块化仪器。
简直一切的测验体系都包含体系自检功用，意图是保证整个体系及其组件正常运转。自检体系会对一些参数进行测验约束，这些约束是自检经过/未经过规范的条件，但体系自检并非旨在供给测验体系仪器的认证或可追溯性。自检体系依赖于测验体系一部分的资源以及某些自检设备，这些自测设备一般是无源设备，供给环路以及无源负载。因为自检测验依赖于体系资源完结，所以对特定的体系需求定制自检测验资源。测验体系的全体精度或参数功用的验证向来依赖于结合精度验证测验程序（AVP），需求运用外部规范，准确度验证测验夹具和测验程序。图2具体说明晰精度验证测验程序履行相关的首要组件。
尽管准确度测验程序和装备的施行在开发和本钱方面所需一些投入，可是可认为最终用户供给验证全体体系准确性的才干。不过这种战略在很大程度上依赖于外部东西或传输规范。传统上，测验工程设备经过依托OEM（原厂）办法或第三方本地校准服务进行单个仪器从头认证的使命。
OEM办法仪器校准办法要求拆开，运送返厂，从头安装每个组件。这个进程要求测验体系暂停作业一段时刻，这是测验工程所不能答应的。尽管经过弥补库存样机能够简略暂停时刻，不过从本钱上来说是个不小的开支（物流）。
第三方校准服务可本地从头认证仪器：这种办法被广泛选用，并且在体系首要由GPIB（箱式）仪器组成的情况下运用作用杰出。可是，关于模块化仪器，这种战略或许存在问题：服务供给商不只需求具有正确的校准硬件，还需求具有正确的仪器操控软件，然后有必要将其加载到体系上。一旦加载了软件，体系或许需求拆掉部分设备才干完结仪器的衔接。
跟着模块化测验渠道被越来越多地运用到各行各业，许多军事和商业新的方案也均考虑将PXI作为下一代渠道，所以更好的认证战略——模块化仪器在测验体系中从头认证的办法更显火急。在尽量少停机时刻的情况下从头验证 仪器的才干关于处于要害运用的测验体系尤为重要。
经过将依据集成体系的从头认证办法与特定运用的精度要求和恰当的规范模块结合，提出了一种支撑针对特定运用或运用类别的基带PXI模块化仪器验证的改进办法。一同，假如选用的规范模块包含源和丈量等资源，则能够创立一组规范化的体系自测流程，然后加速体系自测开发速度，并可在后续体系的自检作业中重用。
2 依据PXI的测验渠道的仪器认证战略
依据PXI渠道的测验体系一般包含源和丈量仪器、将资源路由到UUT上的测验点的开关矩阵，以及某些外部“箱式”仪器，例如GPIB、LXI或USB设备。
测验体系的认证进程仅触及需求可追溯性的组件。假如仪器未经过认证，则需求从头校准。典型的中心PXI仪器或许包含数字万用表，1个或多个数字化仪，沟通和/或直流电源等，如直流电源或恣意波形发生器，以及计数器/定时器，一切这些都需求定时从头认证到可追溯的规范。PXI设备一切仪器都包含在机箱内，由软件驱动程序和某种类型的软件言语操控。这些模块化仪器板卡的从头认证能够经过将一切仪器安装在机箱中，来完结对测验体系/装备的完整性影响最小的意图。经过运用体系的硬件和软件根底设施，将某种类型的传输规范作为全体测验体系的一部分——供给可追溯性和从头认证与传输规范相兼容的才干。PXI体系的全体认证战略依据以下关键：
1）从头认证进程的仪器精度要求能够依据运用特定要求，而不是依据“发布的”单个仪器规范。 例如，假如运用程序仅需求5½位数字万用表的准确度，验证体系选用的仪器是一个6½位数的仪器，则将仪器校准为具有与5½位仪器相关的精度即可。这种完结办法对规范模块（以及整个体系）的精度要求变得不那么严苛，然后下降了规范模块的本钱，进步了测验余量和测验稳定性，并减少了体系的从头认证的频率。
2）传输规范模块由支撑自动测验体系中包含的一切PXI仪器的相同软件环境支撑和操控。
3）规范模块或许不是供给验证和可追溯性的体系中的仅有资源。在全体方案中能够参加二级和三级规范的组协作为认证自检方案的一部分。
4）运用依据软件的规范校准办法与板载非易失性存储器一同运用，可完结模块上一切的高精度规范，并供给校对时刻和温度改动的才干。
3 规范模块要求和施行
该模块的施行和功用供给了施行从头认证许多基带源和丈量PXI仪器的战略的时机，这些仪器是测验体系的一部分。为满意测验体系基带仪器和体系自测功用的从头认证需求，该模块需求供给以下中心功用：
● 沟通和直流电压参阅规范；
● 电阻规范；
● 频率参阅规范；
● 通用DC源资源；
● 通用DC丈量资源；
● 多路复用切换资源。
图3中胪陈的规范模块的功用和特性首要用于满意以下类型仪器的从头认证需求：
● 数字万用表；
● 频率计数器；
● A-D和数字转换器模块。
别的，模块包含通用源和丈量资源，以及内置模块自测功用，可供给用于支撑体系自测完结的资源。
一切参阅规范都是从国家规范与技能研究所（NIST）可追溯规范的外部调集中取得的可追溯性。可是，为了避免与创立精度规范相关的复杂性，硬件规划更侧重于可供给超卓稳定性且具有杰出指定温度特性的组件。
经过记载规范的实践值并随后将这些值存储在模块的板载非易失性存储器中，在制作时树立电压和电阻参阅的肯定校准精度。关于频率参阅，10 MHz恒温操控晶体振荡器（OCXO）经过电子调整，以到达所需的精度。一旦将丈量的规范值加载到模块的EEROM中，这些值就可用作各种丈量仪器的从头认证程序的一部分。
PXI规范模块还包含一个内置温度传感器，答应模块驱动程序依据每个参阅温度特性校对基线校准值。因为一切丈量的规范值都加载到模块的EEROM中，因而加载磁盘或其他介质上的过错校准文件不会影响模块的功用。
4 将PXI规范模块作为体系内认证战略的一部分
规范模块为从头认证测验体系的各种仪器供给了基准。规范模块首要是源模块，支撑丈量仪器的认证。可是，关于作为体系一部分的源仪器，例如DC或AC源，还需求一组收集资源。在这种情况下，运用二级规范或仪器——测验体系本身的资源来供给认证这些源仪器的办法。例如，规范模块能够优先认证DMM。一旦DMM经过认证，该模块可用作二级规范，验证体系中DC或AC源。因为首要和非必须规范都经过认证，因而能够在整个进程中坚持可追溯性。保证该战略成功的要害因素是保证仪器精度与丈量设备兼容，并严格遵守认证流程。假定规范和丈量设备的不确定性表现出95％置信度的高斯分布，那么4：1或更高（工业规范）的测验不确定度的比率（TUR）将供给大于99％的置信水平。图4具体说明晰全体校准进程，包含运用首要和非必须规范。
规范模块需求定时从头认证，一般每2~4年从头认证一次。因为一切硬件和软件都已经成为测验体系的一部分，因而从头认证体系中的模块十分简略。NIST可盯梢体系中的DMM和频率计数器，规范模块驱动程序顺便的图形用户界面（GUI）可用于完结从头认证。
5 GX1034：依据PXI渠道的规范模块
广州虹科电子有限公司与美国MTS协作供给一款依据PXI渠道的规范模块仪器——GX1034。GX1034为PXI体系规划人员供给了开发体系从头认证战略的才干，该战略仅运用内部体系资源。 经过将GX1034作为体系装备的一部分，能够开发一种体系精度验证战略，从头认证体系的来历并丈量基带仪器——简化支撑/保护后勤并进步体系可用性。
GX1034规范具有超卓的长时间稳定性，经过选用板载EEROM完结肯定精度，EEROM中包含源和电阻规范的NIST可溯源校准值。模块还包含源和丈量资源，用于支撑体系自测功用，可进行连续性验证和仪器功用验证。
GX1034供给直流参阅电压源，沟通参阅电压源，8个低漂移参阅电阻和准确的10 MHz参阅频率。直流和沟通电源供给高达±9 V的电压，包含一个 3个量级的电阻分压器网络，用于衰减输出电平。 参阅电阻包含四线1、10和100 Ω电阻以及双线1 kΩ、10kΩ、100 kΩ、1 MΩ和10 MΩ电阻值。10 MHz参阅频率选用高稳定性，恒温操控晶体振荡器，也可经过24 位分频器供给更低的频率。
10 MHz输出和分频器输出均可驱动50 Ω负载。此外，当模块安装在PXI机箱的插槽2中时，它能够是PXI 10 MHz背板时钟源。
附加功用包含一个0~20 mA电流源；一个用于丈量高达±10 V的电压的16位模数转换器，以及设备作业环境温度的板载监控器材。模块还包含一个信号多路复用器，能够将两线和四线资源衔接到卡输出衔接器上。一切电压资源、电阻规范、时钟分频器输出和A/D输入均与PXI总线阻隔并悬空，保证低噪声环境，最大极限地下降接地环路的或许性，不会影响全体精度和功用。
6 定论
模块化的测验体系的选用和布置，为担任测验体系的保护、校准和认证的测验工程部分带来了共同的应战。依据PXI的体系渠道为测验体系供货商供给了开发全新认证战略的时机，该战略运用硬件和软件组合的办法，为体系供给一种杰出且经济高效的认证解决方案。图5从头评论了图2中描绘的精度验证设置怎么依据全体规范模块的运用而改动。经过增加该模块，消除了外部传输规范的运用。此外，该模块能够供给中心资源以支撑体系自测功用，例如信号连续性和矩阵/多路复用器功用的验证。
体系内认证战略选用体系级认证进程视图，并以模块化体系固有的软件和硬件根底架构为根底。经过体系内认证战略，能够明显改进测验体系中的认证进程。 经过在测验体系中专用一个PXI插槽用于规范模块，很大程度上消除需撤除多个用于从头认证的模块的或许性; 且仅有一个模块需求送出年度从头认证。
这种解决方案充分运用体系的功用和组件，完结更高的体系可用性，更低的保护本钱。
作者简介：
牛东岭，半导体测验技能工程师。
本文来历于科技期刊《电子产品世界》2019年第10期第33页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
