基于VEE的放大器自動測試系統(tǒng)設(shè)計

陳寶林

(河北遠東通信系統(tǒng)工程有限公司，河北石家莊050200)

0 引言

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，對電子測量與儀器的要求越來越高。測試項目與測試范圍與日俱增，測試的對象也越來越復(fù)雜，測試的參數(shù)繁多，測試速度與測試精度不斷提高，使得傳統(tǒng)的單機單參數(shù)手工測試已經(jīng)不能滿足當前的測試要求，迫切需要測量技術(shù)不斷改進與完善［1］。

現(xiàn)在的手動測試放大器，搭建好測試平臺后需要手動設(shè)置儀器、記數(shù)，在測試過程中，會占用大量的人力物力，存在測試的速度和精度不高等局限性。因此，設(shè)計了自動測試系統(tǒng)，通過 Agilent公司的VEE軟件，利用GPIB通用總線接口技術(shù)，用計算機實現(xiàn)對儀器的控制和操作，來替代傳統(tǒng)的人工操作方式，最大可能地排除人為因素造成的測試測量誤差［2］。由于可預(yù)先編制測試程序去實現(xiàn)自動測試，所以提高了測試效率。

1 總體設(shè)計方案

自動測試系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，硬件由計算機、儀器和測試線等組成;軟件由VEE編寫的控制儀器和數(shù)據(jù)采集的程序組成。通過運行該軟件，實現(xiàn)了對儀器的自動控制和測試數(shù)據(jù)的自動存儲。

1．1 硬件構(gòu)成

自動測試系統(tǒng)硬件由適合VEE軟件運行的計算機、打印機、GPIB接口卡(Agilent 82357A USB/GPIB)、程控電源 N6705A、信號源 N5181A、頻譜儀E4440A、功率計、測試夾具、待測設(shè)備和射頻電纜組成，其中儀器之間的互聯(lián)采用GPIB/GPIB電纜連接，若測試大于30 dBm的放大器，需在功分器和頻譜儀間加30 dB衰減器。測試系統(tǒng)硬件基本組成框圖如圖1所示。

圖1 測試系統(tǒng)硬件基本組成

計算機與程控電源、信號源、頻譜儀和功率計的通信主要是通過GPIB接口總線進行通信。GPIB是HP公司在20世紀60年代末和70年代初開發(fā)的通用儀器控制接口總線標準。IEEE國際組織在1975年對 GPIB進行了標準化，由此 GPIB變成了IEEE488標準。1988年，IEEE推出了 IEEE488．2標準［3］。

測試數(shù)據(jù)將自動保存為Excel格式，輸出主要是通過與計算機相連的打印機進行打印輸出。

1．2 軟件體系結(jié)構(gòu)

自動測試系統(tǒng)采用Agilent VEE作為控制程序的軟件支撐平臺［4］，所以需先在計算機中安裝WinXP、VEE8．5 以及安捷倫 I/O Libraries 15．5。

通過采用創(chuàng)建I/O控件來完成VEE過程控制儀器的方式非常有效，因為它允許用戶采用VEE去控制任何儀器生產(chǎn)廠商的測試儀器，而不必關(guān)心儀器在VEE中是否提供了測試儀器的驅(qū)動器［5］。VEE 主要是通過 Direct I/O、Panel Driver、IVI-COM和VXI Plug＆Play幾種主要方式實現(xiàn)對儀器設(shè)備的控制［6］，自動測試中主要是通過Driect I/O控件編寫程序，并采用模塊化的程序設(shè)計思想，將系統(tǒng)分成各模塊，再把各個模塊有機地連接起來，大大簡化了自動測試軟件的開發(fā)工作。

通過測試系統(tǒng)實現(xiàn)對多臺儀器的控制和數(shù)據(jù)采集。在測試開始后，首先對每臺儀器進行初始化，對儀器的控制通過設(shè)置多條I/O Transaction命令順序執(zhí)行。指令的格式為可編程儀器標準命令(Standard Commands for Programmable Instruments，SCPI)，SCPI是為解決程控儀器編程的標準化而提出的［7］。指令的編寫需要依據(jù)儀器的說明書或相關(guān)文件上提供的機器指令，每條指令對應(yīng)不同的機器操作步驟，根據(jù)機器指令可以簡單而快速地編寫自動測試程序［8］。初始化完畢后會提示設(shè)置儀器設(shè)備的參數(shù)和選擇測試項目，設(shè)置完畢后，點擊“開始測試”，會提示輸入產(chǎn)品編號，輸入編號后即可開始測試，測試結(jié)果將以xls格式存儲到Excel表格中，測試數(shù)據(jù)會在窗口右側(cè)顯示，測試完第1臺后會提示更換設(shè)備或保存退出的提示。VEE測試軟件流程如圖2所示。

圖2 測試軟件流程

2 程序設(shè)計與實際應(yīng)用

自動測試程序是基于VEE下開發(fā)的自動測試程序，將已經(jīng)編寫好的單個測試項通過復(fù)選框可添加多個測試項，根據(jù)測試需要選擇相應(yīng)的測試項即可自動完成測試，測試數(shù)據(jù)會自動存儲到Excel表格中。

因該測試系統(tǒng)由多個復(fù)選框組成，涉及放大器不同指標測試方法，該程序僅列出了測試相位噪聲的具體測試方法，相位噪聲測試流程如圖3所示。

圖3 相位噪聲測試流程

選擇相位噪聲復(fù)選框，自動進入相位噪聲測試程序，程序開始后，首先進行信號源復(fù)位、頻率、幅度和輸出設(shè)置，其語句如下:

“*RST;*CLS”

“SOUR:FREQ:FIX CF MHz”

“SOUR:POW:LEV:IMM:AMPAMP1 dBm”

“OUT:STAT ON”

接下來開始頻譜儀E4440A測量模式的選擇，頻譜儀帶有相位噪聲插件，選擇相噪模式后，進入相噪測量界面，模式選擇命令為:“INSTRUMENT:SELECT:PNOISE”;下面開始設(shè)置頻譜儀的載波頻率、起止帶寬和信號幅度，其語句如下:

“FREQ:CENTER”，CF，CFUNIT

“LPLOT:FREQ:OFFS:STAR ”，START，UNIT

“LPLOT:FREQ:OFFS:STOP ”，STOP，UNIT

“DISP:WIND:TRACE:Y:RLEVE ”，RL，”dBm”

下面開始掃描相位噪聲曲線，其命令為:“SENS:FREQ:CARR:SEAR”，因掃描該曲線大約需要15 s方可掃描完成，設(shè)置了一個VEE自帶的Delay插件延遲20 s;最后開始相位噪聲偏移頻率和Marker值的讀取，該程序讀取了偏移100 Hz、1 kHz、10 kHz和100 kHz四個相位噪聲值的讀取，其語句如下:

“CALC:LPL:MARK1:X 100Hz”

“CALC:LPL:MARK1:Y?”

READ TEST M100 REAL32

“CALC:LPL:MARK2:TRACE1”

“CALC:LPL:MARK2:STAT ON”

“CALC:LPL:MARK2:X 1kHz”

“CALC:LPL:MARK2:MODE POS”

“CALC:LPL:MARK2:Y?”

READ TEST M1K REAL32

10 kHz和100 kHz的語句只需將4～9條語句的MARK2改成MARK3和MARK4，偏移頻率改成偏移10 kHz和100 kHz即可，VEE自帶的Alpha-Number控件顯示相位噪聲值，相位噪聲數(shù)據(jù)存儲到Excel中的對應(yīng)表格中。其他指標的測試方法與此類似，按照手動的測試方法，找到儀器編程手冊中對應(yīng)的命令即可實現(xiàn)，因篇幅限制，其他測試方法和命令不再一一列舉。

打開VEE生成的可執(zhí)行文件VXE后，可看到該自動測試程序的整體界面如圖4所示。

點擊“軟件使用說明”按鈕，可看到使用該測試程序的注意事項和使用說明。在放大器的測試過程中，通過搭建好自動測試硬件平臺后，運行放大器自動測試軟件，設(shè)置儀器參數(shù)和選擇測試項目后，點擊“開始測試”按鈕，會彈出讓您輸入產(chǎn)品編號對話框，程序會根據(jù)文本框內(nèi)的數(shù)據(jù)，設(shè)置電源的使用電壓和最大電流、信號源的頻率和輸出幅度、頻譜儀的頻率和線損等，根據(jù)復(fù)選框選擇測試項目，對放大器進行自動測試。測試數(shù)據(jù)會以xls格式進行存儲，并且可以更改存儲的文件名和路徑，若不更改，會以默認的路徑和文件名進行存儲。點擊“保存退出”按鈕保存數(shù)據(jù)并退出該測試。

圖4 自動測試程序整體界面

3 數(shù)據(jù)存儲結(jié)果分析

為了驗證測試結(jié)果的準確性、可靠性，選擇了多臺放大器進行了多次相關(guān)試驗，對自動存儲結(jié)果與實際手動測試結(jié)果進行比對，抽取1臺放大器連續(xù)測試5次的測試數(shù)據(jù)如表1和表2所示。

表1 放大器自動測試結(jié)果

表2 放大器手動測試結(jié)果

通過反復(fù)測試比較可以看出，自動測試結(jié)果的準確性、可靠性非常高，并且該程序可以重復(fù)測試多臺設(shè)備。手動測試1臺設(shè)備的時間約10 min，而使用該測試系統(tǒng)，僅2 min就可以完成測試，并且會將測試結(jié)果自動存儲到Excel表格中，不需要人工記錄數(shù)據(jù)，大大地提高了測試的效率。

4 結(jié)束語

目前，我國在自動測試技術(shù)上正從專用自動測試向通用自動測試轉(zhuǎn)變［9］。從測試實際出發(fā)，理論聯(lián)系實際，搭建了測試功率放大器的測試平臺，通過VEE控制儀器，再通過復(fù)選框選擇所需的測試項目，實現(xiàn)了對儀器的設(shè)置和對放大器各項指標的測試，并能將結(jié)果存入Excel表格中，測試速度快，減少了人為錯誤，降低了費用，提高了生產(chǎn)率。此外，該測試系統(tǒng)對測試人員的要求低，在不需要深入了解測試方法和測試設(shè)備的情況下，也能快速完成測試。在大批量重復(fù)測試過程中，更能體現(xiàn)出其測試的優(yōu)越性［10］。隨著自動測試技術(shù)的發(fā)展，這一技術(shù)必將得到廣泛的應(yīng)用。

［1］ 張毅剛，彭喜元，姜守達，等．自動測試系統(tǒng)［M］．哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社，2001．

［2］ 王麗紅，王 玲．基于VEE的信號發(fā)生器自動校準系統(tǒng)［J］．無線電工程，2010，40(2):51 －52．

［3］ Agilent University．自動化測試基礎(chǔ)［M］．北京:安捷倫科技大學教育與培訓中心，2011:26－27．

［4］ 歐陽思華，武 錦，李艷奎，等．基于Agilent VEE實現(xiàn)混頻器的自動化測試［J］．電子測量技術(shù)，2008，31(11):108－110．

［5］ 聽雨軒工作室．Agilent VEE虛擬儀器工程設(shè)計與開發(fā)［M］．北京:國防工業(yè)出版社，2004．

［6］ Agilent Technologies．Advanced Agilent VEE Pro［M］．北京:安捷倫科技大學教育與培訓中心，2012:29－31．

［7］ 付新華，王 ?。摂M儀器軟件標準及編程方法概述［J］．電測與儀表，2005，42(2):4 －8．

［8］ 徐江峰，詹新生，傅 鋒，等．基于HP VEE的虛擬儀器實現(xiàn)［J］．計算機工程及應(yīng)用，2005(11):97－99．

［9］ 楊瑞青，賈萬才．自動測試系統(tǒng)中射頻電平的修正［J］．國外電子測量技術(shù)，2008，27(3):46 －48．

［10］ 侯 強．基于VEE的功率放大器的自動測試系統(tǒng)［C］∥第十三屆全國遙感遙測遙控學術(shù)年會論文集．哈爾濱:中國電子學會遙感遙測遙控分會，2012:530－532．