0 引 言
跟着测控技能的开展，要求测验的项目和测验参数日益增多，对主动化测验速度和测验精确度也提出了较高的要求。虚拟仪器是依据核算机和规范总线技能的模块化体系，一般由操控模块、仪器模块和软件组成。由软件将核算机硬件资源与仪器硬件有机的融合为一体，然后把核算机强壮的核算处理才能和仪器硬件的丈量、操控才能结合在一起，大大缩小了仪器硬件的本钱和体积，并通过软件对数据进行显现、存储以及剖析处理，广泛运用于民用和军用丈量范畴Ⅲ。作为虚拟仪器技能的一种，GPIB总线仪器以其杰出的可靠性和高精度性使依据该总线的虚拟仪器在主动化测验范畴中得到广泛的研讨与运用。
GPIB总线是一个数字式的24线并行总线。它由16条信号线和8条接地回来线组成。GPIB的16条信号线分为8条数据线，5条接口办理线，3条握手线等三大组。能够完结比如总线初始化、设备寻址或地址开释以及为长途或本地编程设置设备方式的使命。GPIB运用8位并行的异步数据传输计划。
因为某弱信号处理模块需求测验的性能目标繁复，传统的手动丈量的办法功率较低，人为因素的影响较大，操作失误状况下简单损坏模块，不适用于批量出产的产品测验。研发针对该模块的主动测验设备在批量的产品测验中能够有用的节约人力和时刻，削减因为人为因素而产生的过失，进步测验精确性，关于产品的批量出产具有很大的促进效果，并有利于对产品的质量操控。
1 体系的首要功用
该主动测验体系首要运用在对某型弱信号处理模块的主动化检测中，完结对7个大项，100多个小项的主动化检测，替代运用分立的仪器逐项手动测验。测验体系需具有以下几个首要功用。1)为模块供给+12V、-12V直流电源及可变频变幅的正弦及脉冲信号输入；2)测验模块的沟通噪声及直流偏置；3)测验沟通通道输出波形失真度；4)进行模块的跨阻、高低端截止频率、AGC、隔离度等多项性能参数的主动测验；5)测验直流通道跨阻等性能目标；6)供给高低温测验夹具并完结常温及高低温状况下的测验；7)对成果以波形及数据表等方法记载显现和打印输出；8)自检功用及过流维护功用。测验体系应具有杰出的图形用户界面，友爱的人机对话环境。软件界面上应包含电源自检和信号源自检以及自校准功用。输入模块的鼓励信号的频率和幅值能够调理。测验体系应有两种作业方法，能够依照测验项目次序顺次进行测验，也能够对选中的单个或多个测验项目进行程控测验。测验进程中界面上实时显现测验体系的作业状况、测验项目和测得的数据。具有产品测验数据实时记载、贮存及打印功用，能主动生成规范的测验报告、测验曲线。测验进程可随时停止，并可查看主动生成的测验表格，主动标识不合格项。测验体系的组成框图如图1所示。测验体系的规划包含硬件没计和软件规划两部分。
2 测验体系硬件规划
测验体系的硬件部分由专用夹具、收集操控板、GPIB接口卡、数字I／O卡、函数信号产生器、数字万用表、数字存储示波器及工控机等组成。工控机通过收集操控板对模块的各引脚通道进行挑选并发送信号，待丈量通道的信号输入到相应仪器进行丈量。工控机与各仪器通过GPIB总线相连，将操控指令发送到各仪器，测得的数据被发送到工控机进行剖析处理等作业。选用GPIB总线星型衔接方法，能够防止因某个仪器的封闭或非正常作业而影响工控机与其他仪器间的通讯。
图2为该体系的硬件组成框图。其间直流稳压源供给模块的作业电压，通过收集操控板向模块专用夹具供给。函数信号产生器、数字万用表和数字存储示波器自身带有GPIB接口，在工控机扩展槽中刺进GPIB卡获得工控机的GPIB接口，通过GPIB电缆线衔接在一起，能够进行数据和信号的传输。工控机通过GPIB卡和数字I／O卡完结对收集操控板和其他设备的实时操控，向被控目标宣布指令，和谐它们之间的动作，从丈量设备读出数据，并对数据进行剖析和处理，将完好的丈量成果进行保存或制成报表打印输出。
函数信号产生器选用Agilent 33220A，用来向模块供给正弦信号和脉冲波信号。Agilent 33220A所能供给的正弦波的频率规模为1μHz～20MHz，起伏规模为10mVpp～10Vpp，精度为1mVp-p。Agilent 33220A函数信号产生器带有IEEE488．2规范的GPIB端口，能够和工控机进行通讯，并由工控机对其输出波形参数进行设置。数字示波器选用Tektronix公司出产的TDS1002，带宽为60MHz，采样率1．0GS／s，能够满意测验要求；TDS1002示波器带有满意IEEE488．2规范的GPIB端口，能够和工控机进行通讯，将测验成果传递给工控机。数字万用表选用Agilent 34401A，具有6位半数字分辨率，最高精度为1μV，沟通电压丈量量程为15mV～750V，频率丈量规模为5Hz～1MHz，最高精度为0．01Hz，带有满意IEEE488．2规范的GPIB端口，能够和工控机进行通讯，用来完结模块各通道输出波形的频率和交直流幅值的丈量，并检测直流稳压源和函数信号产生器的输出。
2．1 直流稳压电源单元
直流稳压电源为模块供给+12V和-12V电压，为操控板和模块夹具板上的GPLD和继电器供给+5V作业电压。选用DH1718G-4型直流稳压源，此电源有0～+36V和0～-36V两路可调直流电压输出和一路十5V固定电压输出，输出电流别离为0～+3．5A和0～-3．5A，纹波电压有用值为0．5mV。
2．2 主控核算机体系
主控核算机体系由工控机主机、GPIB总线接口卡和数字I／O卡构成。核算机主机选用研华科技有限公司出产的工控机，内存在软件核算和显现中对容量要求比较大，内存容量装备为1Gbytes。GPIB总线接口卡选用了National Instruments公司出产的PCI-GPIB接口卡，该接口卡支撑“Plug and Play规范，接插件选用IEEE488．1的规范24针接头，数据传输支撑规范IEEE488和HS488两种方式。数字I／O卡选用National Instruments公司出产的PCI-6503，是PCI总线接口的数字I／O卡，兼容性强，支撑“Plug and Play规范，选用5V TTL／CMOS操控电平，具有3通道共24位输入／输出。
2．3 收集操控板
收集操控电路板分为电源处理、信号输入、信号输出和CPLD操控4个部分。电源处理部分担任8块待测模块作业电源以及增益操控引脚的选通；信号输入部分将信号产生器输出的信号供给给模块待测的一路；信号输出部分把模块待测的一路输出信号送给数字万用表或示波器进行丈量。CPLD另设了5个输出引脚A～E用来操控模块夹具板上的继电器通断。为了合适产品和夹具的需求，选用了超小型高灵敏度的电流动作型信号继电器，其导通电阻小，绝缘电阻大，寿命长(开关数可达千万次)，体积小，重量轻。
工控机首要向数字I／O卡写操控字，数字I／O卡将8位的指令数据传送给收集操控板上的CPLD，CPLD将接收到的操控指令通过译码产生各继电器的操控信号，在CPLD每个输出引脚选用驱动电路进步电流驱动才能以完结对继电器的操控，然后完结某个待测模块的相应通道的选通。除了收集操控板上的继电器阵列以外，夹具板上还有5个继电器，用以完结模块输入通道的就近接地。CPLD模块选用的是Xilinx公司的XC9572-15PC84，XC9572是Xilinx公司XC9500系列CPLD的一种，选用了先进的Fast FLASH ISP技能，可供给10000次以上编程擦除周期，并供给了先进的体系内部编程及测验功用。
3 测验体系软件规划
整个软件体系规划分为4个模块：人机界面、数据处理、仪器操控和数据传输，如图3所示。其间，仪器操控和数据传输是在测验进程中联合效果的，作为底层的程序进行开发，并依照功用整组成子程序，划分为多个子模块别离进行规划，供测验主程序进行调用，进步了软件的可靠性、可维护性和可扩展性。前台是人机界面，检测并判别用户输入的测验相关信息，构成测验流程并调用相应子程序。后台数据处理部分，将仪器传回的丈量数据进行剖析判别，构成报表存档。测验软件的作业方法分为两种：主动测验和程控测验。主动测验方式可按次序顺次进行悉数项目的测验；程控测验方式能够对选中的单项或多项测验项目进行独自测验。通过软件功用更改能够兼容不同规划的弱信号处理模块。测验体系的软件开发渠道选用美国NI公司的LabVIEW8．2。
依据功用需求设置了5个首要界面，别离为登陆、用户办理、参数设置、测验和报表办理。登录界面通过校验屏幕输入的用户名及暗码，判别相应的权限。软件体系操控实践仪器对被测模块进行7个大项的测验。操控信号及测得数据均通过GPIB总线传输。在测验进程中，在底层进行数据的处理和剖析，判别是否契合目标要求，并进行收拾汇总。该测验体系软件将一切硬件资源的驱动程序以驱动程序库的方式加以安排，使测验运用程序通过拜访驱动程序库函数完结对各种硬件资源的操作，进步了体系的核算才能。
3．1 登陆界面的完结
通过对用户名和暗码的判别可得出对应的权限。如果是体系办理员，则进入Case框的“True条件，通过对登陆界面上的功用可视特点的设置，显现数据办理、参数修正、测验等一切功用。如果是普通用户登录，则进入Case框的“False’’条件。在内层Case框内，程序对四个功用按钮的Visible特点进行设置，并对右下方的布尔型全局变量“是体系办理员”进行赋值。该全局变量的赋值是为了与数据办理界面进行通讯，在数据办理界面上对不同的用户权限进行功用区别。
用户登录后，程序不断检测屏幕上各个功用按钮的状况，一旦有按钮按下，则进入其相应的子界面。子界面均做成VI，寄存在于登录界面同一根目录下。在程序中，运用Call By Reference Node函数，对子界面进行动态调用，实质上便是对VI进行动态操控。子界面动态调用程序中，首要别离运用Refnum函数和Open VI Reference函数生成和翻开被调用子界面VI的Reference(参考号)，再运用Invoke Node函数中的Open FP动作翻开子界面的前面板窗口，并通过Property Node函数设置被调用VI的特点。设置被调用的子界面状况为Activate，即可对被调用的子界面上的控件进行操作。运用Call By Refer-ence Node函数进行调用，在调用完毕之后，再运用Invoke Node封闭子界面前面板窗口。最终开释Reference。在整个软件体系中，将相关功用集成在1个子界面中，通过动态调用子界面，使程序运转合理，运用便利。
3．2 测验主界面的完结
测验主界面是整个测验软件中最杂乱和功用最会集的部分，对操作者输入的测验信息进行判别并构成测验流程，通过测验流程调用相应测验功用的子VI完结测验使命。需求经进程序对工控机上的数字I／O卡和GPIB接口卡进行操控，使其依照程序的设置进行输入输出；测验进程中实时显现测验进展和测验数据，关于部分测验项目依照要求在界面上显现测得的信号波形；要对测验进程中测得的数据讲行判别。在丰界面规划时，将各个测验项目独立编写构成子VI以便调用。测验项目完结后进行一系列报表收拾和数据库的刺进等操作，及时更新丈量的数据。
因为模块针对不同的温度的合格目标不同，因而主界面上规划了常温、低温文高温三个选项。运用While循环框及Event Structure(事情结构)完结上述功用。外层的While框是令程序循环等候操作者的挑选动作的产生，Event Structure框中是响应该动作的程序。
操作者按下“初始化”按钮，体系运转初始化子程序，检测万用表、信号产生器、示波器、稳压电源等是否作业正常，并查看夹具选定测验方位上是否装有模块。初始化程序还丈量被测模块的电源电流，并进行测验所需鼓励信号的自适应校对。以上各项均经往后，初始化程序完毕。程序等候操作者按下“开端测验”按钮。获得所测模块的信息和所测项目，构成测验程序流程，依照流程别离进入各测验项目子程序中。
3．3 沟通噪声测验
某弱信号处理模块的沟通噪声首要来源于热噪声、散粒噪声和1／f噪声等。沟通噪声测验丈量各沟通通道的沟通噪声电压值Vn，丈量进程中需求调查噪声波形，应为带宽型非周期性波形。程序通过I／O卡输出操控字，驱动继电器，选通被测芯片，并连通其输入输出管脚和实践仪器之间的电路。被测芯片的各沟通输入通道均接GND，被测芯片的输出通过低噪声扩大电路扩大30倍后，由万用表测得并通过GPIB总线传输到程序。子程序“显现波形30s”调用示波器，收集扩大30倍后的噪声波形数据，通过GPIB总线传输到程序后界面实时显现，继续30s。
3．4 参数目标的修正
能够由体系办理员修正参数目标并及时存储作为合格判据。目标参数以二进制文件方式存储在核算机的指定途径，每次运转参数修正界面时先读出该二进制文件，将这些参数初始化到界面的各个相应控件上，向操作者显现出最近的修正成果。操作者修正完结后，将最新的修正状况更新存储到指定途径的二进制文件上，掩盖原有文件，坚持目标参数的为最新。
3．5 波形失真度核算
Distortion Measurements．vi是核算波形失真度的程序。谐波失真是指用信号源输入时，输出信号比输入信号多出的额定谐波成分。谐波失真由体系不是彻底线性构成，它一般用百分数来表明。总谐波失真度THD核算公式如下：
式中，V2至Vx是基波V1的谐波。X约束在奈奎斯特频率规模。
3．6 测验记载功用规划
程序通过对界面上操作者输入的报表办理信息，构成相应的程序流程。程序可完结对6个模块的测验报表的打印和保存。程序首要运用File I／O类函数中的Write File函数结合格局操控程序进行报表的生成。程序中首要设置报表的头尾显现信息，运用Initialize Report函数初始化成规范报表。运用Append Report Text函数增加打印报表的内容。第1个Append Report Text函数增加报表对应模块的信息，如测验时刻，模块序号及批号等。第2个Append Report Text函数增加测验者签名，落款日期及QC签名等补白信息。报表生成后，运用Print Report函数将格局收拾好的报表送至联机打印机进行打印输出。运用Append Text Table with diff column widthto Report生成不同列宽表格的报表函数。在For循环结构中，通过层叠型次序框履行报表格局的收拾，通过For结构的循环计数器在测验成果数组中提取数据，并进行重排及刺进报表相应方位等操作。
4 完结成果
表1为用测验体系测规范模块的首要参数得到的测验成果。从表1中能够看出，各参数的测验成果精确，且重测一致性较好。本测验体系研发完结后经批量的模块产品测验查验，很好地满意了某弱信号处理模块的测验需求，各种测验参数的目标均达到了规划要求，而且运用便利，用户界面友爱，软件功用更改便利灵敏。现在现已运用于某红外盯梢产品的批量出产中。
5 完毕语
某弱信号处理模块测验体系通过GPIB接口完结工控机对各种仪器设备的操控，通过数字I／O卡操控继电器来挑选芯片通道和和谐各仪器，完结了模块一切测验项目的主动测验和记载。本测验体系现已成功运用于两种类型的弱信号处理模块的测验作业，通过批量的产品测验，证明能够明显进步测验功率和测验精确度，具有明显的实用价值。
