基于C#環(huán)境多套外差接收機自動測試系統(tǒng)設計?

（西南電子設備研究所 成都 610036）

1 引言

隨著IT領域計算機系統(tǒng)和測試儀器接口總線快速發(fā)展，控制計算機與測試儀器以及儀器與儀器之間接口總線已經(jīng)由專用型轉變成為通用型，并且接口總線實現(xiàn)標準化，從而使自動測試工具能夠廣泛運用的重要條件［1～2］。自動測試工具具有高效、可靠等優(yōu)點，已滲透到科研、生產(chǎn)、實驗活動中各個領域，越來越受到人們的關注［3～5］。

外差接收機作為某型號電子設備的變頻組件，其性能直接影響到電子設備的正常工作，因需要接收來自天線陣列輸入信號，設計有多路射頻通道，每個射頻通道鏈路中包含放大器、開關、濾波器、溫補、混頻器等器件，通道鏈路復雜。為了保障每路射頻通道工作正常，需要開展大量測試工作驗證［6～7］。另外，外差接收機每個射頻通道測試指標和測試頻點數(shù)量巨大，指標、測試頻點、通道數(shù)累積導致測試點多達上萬點。傳統(tǒng)的測試方法采取手動測試，存在測試指標覆蓋性差、工作量大、測試結果受人為因素影響較為嚴重等缺點，難以保障外差接收機質量。為此設計一種自動測試系統(tǒng)，對外差接收機指標進行覆蓋性測試，提前摸清外差接收機故障性能，保障設備質量，同時也降低測試人員工作強度，提高測試效率。設計自動測試系統(tǒng)對外差接收機科研生產(chǎn)非常必要的。

2 系統(tǒng)設計原理

針對某型號電子設備外差接收機自身特點，采用基于接口總線GPIB（General Purpose Interface Bus）的數(shù)據(jù)傳輸方式［8～10］。計算機通過GPIB卡控制信號源產(chǎn)生任意時刻可控且可重復的射頻信號，模擬電子設備輸入外差接收機的信號，通過功分器將信號分流輸入多套外差接收機輸入通道。然后將所有外差接收機輸出射頻通道接入射頻通道切換器，計算機通過IO96卡控制外差接收機工作狀態(tài)和射頻切換器逐個切換輸出射頻通道。頻譜儀根據(jù)總線GPIB控制指令采集相應射頻通道輸出信號并返回計算機，最后測試軟件完成自動測試并對測試結果進行分析、判斷、實時顯示等任務。

3 硬件平臺構建

本硬件平臺主要由以下幾部分組成：計算機、程控電源、頻譜儀、信號源、GPIB、射頻通道切換器、IO96卡、功分器、低頻電纜，系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

頻譜儀、信號源、程控電源掛在GPIB母線上，計算機驅動程序向GPIB總線上儀器發(fā)送數(shù)據(jù)進行通信（GPIB包括8根數(shù)據(jù)線、3根信號交換線、5根通用控制線和8根地址線），采取“搭積木”連接方式快速組建整個測試平臺［7］。程控電源與外差接收機通過低頻電纜連接，采取程控方式供電，該方式可避免因人為因素操作錯誤燒毀設備，造成較大經(jīng)濟損失。低頻電纜設計多個供電接口，利用該技術一臺程控電源即可對多套外差接收機供電。低頻電纜還設計控制口，并與IO96卡接口1連接，外差接收機工作狀態(tài)通過低頻電纜控制。射頻通道切換器通過IO96卡接口2控制，每個開關能切換6個通道，通過組合方式可以連接足夠多接收機射頻通道輸出。計算機控制頻譜儀采集輸出射頻通道信號，將測試數(shù)據(jù)記錄在測試系統(tǒng)中。硬件平臺實現(xiàn)多套接收機精確、高效、穩(wěn)定的測試硬件需求，同時具有靈活性和便捷性，能方便在各個環(huán)境（如溫箱、振動臺等）試驗中流轉，大量節(jié)省儀器資源投入，硬件測試平臺靈活有效。

圖1 硬件平臺設計

4 軟件設計

軟件設計在整個測試系統(tǒng)研制過程中占據(jù)相當重要位置，將詳細介紹其研制過程。

4.1 軟件需求功能方案設計

1）編程前儀器配置

通過函數(shù)對儀器地址、電源電壓、接收機工作狀態(tài)等進行設置，達到可以測試狀態(tài)。

2）小信號增益、增益波動、及幅度一致性測試

小信號增益表示該射頻通道的放大倍數(shù)，具體測試過程通過輸出信號功率與輸入信號功率做差測出。對射頻通道小信號增益進行準確測試可以摸清各個通道中各器件工作狀態(tài)是否正常，測試該指標是排查故障常用的手段。幅度一致性指組件擁有兩個或者兩個以上射頻通道時，組件內各射頻通道之間小信號增益差別，測試過程中通過軟件對比計算得出［11］。

3）線性動態(tài)范圍、線性輸入和輸出功率測試

外差接收機工作過程中處于線性工作狀態(tài)的范圍，通過射頻通道線性輸出功率的大小來衡量，通常這個指標常用1dB增益壓縮點來表示，測試過程中通過信號源線性逐步增加輸出功率找到1dB增益壓縮點，測出線性輸出功率，通過計算得出線性動態(tài)范圍。線性動態(tài)范圍、線性輸入和輸出功率測試是外差接收機一個重要測試項目［12］。

4）數(shù)控衰減測試

兼顧外差接收機各種工作模式，在整個鏈路中加有數(shù)控衰減器調節(jié)增益和動態(tài)，使用增益達到較好的增益平坦度，因此數(shù)控衰減測試指標是一個需要考核的測試項目。

5）中頻帶內波動和帶外抑制測試

中頻帶內波動指接收機接收信號轉成中頻信號后頻帶內輸出信號功率最大值與最小值的差值，中頻帶外抑制指組件對中頻信號以外非工作頻帶信號抑制能力，中頻帶內波動和帶外抑制是其重要測試項目之一。

6）定時循環(huán)

外差接收機作為某電子設備一部分，實際工作環(huán)境溫度經(jīng)過高低溫變換。因此需要將外差接收機放入高溫和低溫環(huán)境的溫箱中模擬實際工作環(huán)境，設備需要反復開機關機并檢測其性能，軟件增加定時循環(huán)功能，能夠在環(huán)境試驗實現(xiàn)全過程自動測試。

7）數(shù)據(jù)實時顯示、數(shù)據(jù)記錄與處理

對測試數(shù)據(jù)進行完整準確的記錄是測試工作的基本要求，根據(jù)原始數(shù)據(jù)測試人員可以方便進行評估設備通道工作是否正常，為故障分析提供依據(jù)。測試數(shù)據(jù)用于系統(tǒng)確定、升級改造以及故障排除等。

4.2 測試軟件開發(fā)過程

C#是一種簡潔、類型安全面向對象的編程語言，開發(fā)人員通過它可以編寫在.NET Framework上運行各種安全可靠的應用程序，本文以C#編譯環(huán)境進行開發(fā)測試軟件。

1）接口準備

確認計算機有GPIB接口和IO卡接口，并準備GPIB通信線與IO96硬件板卡。

2）儀器初始化

在計算機中安裝C#編譯環(huán)境。

程控電源1：GPIB端口地址設置為5。

圖2 軟件設計流程

程控電源2：GPIB端口地址設置為6。

頻譜儀地址設置：17。

信號源地址設置：18。

3）主要功能開發(fā)流程

測試軟件開發(fā)流程如圖2。

從流程圖2看出增益測試較為容易，根據(jù)測試結果計算即可得到增益波動、幅度一致性。線性動態(tài)范圍測試需要逐步增加信號源功率，直到找到1dB壓縮點，計算線性動態(tài)范圍，接收機需要較多測試通道和頻點數(shù)量，選取頻點過多導致需要測試時間長，設計時需要考慮測試效率，選擇一定量的測試頻點，使接收機測試頻點選取既有效又高效。

在測試中頻帶內波動時，利用信號源的掃頻和頻譜儀的最大保持功能完整保留中頻帶內的測試曲線，再利用頻譜儀Marker功能對測試曲線進行采樣，分段計算中頻頻帶內波動和帶外抑制測試并判斷是否合格。

主要函數(shù)說明：

BtnInitInstrument_Click（）函數(shù)用于儀器初始化，建立起計算機系統(tǒng)與儀器之間通信。

LoseManage（）函數(shù)用對測試環(huán)境的補償變量進行測試、保存和加載。

TestConfig（）函數(shù)用于配置待測接收機、待測指標和測試時間軸。

TestMethod（）函數(shù)用于封裝接收機各項指標的測試方法，并進行測試結果和UI（User Interface）的交互。

CmdSend（）函數(shù)用于發(fā)送接收機控制指令。

SetInsState（）函數(shù)用于發(fā)送儀器控制指令。

GetInsValue（）函數(shù)用于回讀儀器報文。

SaveWord（）函數(shù)用于將測試結果保存為待歸檔的word測試報表。

4.3 人機交互界面設計

測試軟件界面布局如圖3所示，主要由左邊基本參數(shù)設置、操作控制、和右邊數(shù)據(jù)實時顯示三部分組成。界面設計以簡潔、操作方便為原則，通過界面操作可以對儀器參數(shù)進行設置，測試過程實時顯示在界面右邊窗口，測試完成后將結果存儲于計算機中并自動生成測試報表。軟件還增加定時循環(huán)功能，環(huán)境篩選試驗過程中根據(jù)升降溫測試時間進行設置，匹配溫箱工作時間實現(xiàn)溫循模擬試驗自動測試。

5 應用實踐

本文選擇某型號電子設備內外差接收機一個通道，通過手動和自動兩種測試方法測試其小信號增益指標，測試結果表明手動測試和自動測試基本一致，能夠滿足測試精度要求，且自動測試時間遠小于手動測試，達到系統(tǒng)設計目的，測試結果如圖4。

圖3 軟件界面

圖4 小信號增益測試結果

6 結語

本文研究了以C#為編譯環(huán)境開發(fā)的多套外差接收機自動測試系統(tǒng)的方法。通過GPIB和IO96卡將儀器以“搭積木”的方式快速組建硬件測試平臺并開發(fā)了自動測試軟件，實現(xiàn)了對多套外差接收機全自動測試，提高測試效率。而后選取一個射頻通道小信號增益指標進行手動測試和自動測試，對比測試結果表明基本一致，驗證了自動測試系統(tǒng)的精確性和有效性。良好的用戶交互界面設計，降低了對操作人員專業(yè)知識要求，使得對儀器了解不是很深入的人也能夠方便開展測試工作。不同型號接收機測試指標和接口都具有個性化要求，需要開發(fā)專用測試軟件和相應硬件，自動測試軟件和硬件平臺預留了可配置功能開發(fā)接口，軟件具備良好的可延展性與可一致性，使測試系統(tǒng)具有通用性，將大幅度縮短軟件和硬件開發(fā)周期。