基于LXI總線的自動測試系統方案設計

摘要：為了滿足軍用自動測試系統準確度要求高、測量點多、實施性強的特點，實現提高測試準確度、簡化硬件電路設計的目的，采用了基于LXI總線的數字化測試系統方法，做了將數字萬用表L4411A和多路開關L4421A應用于ATE的實驗。獲得了實時性好，準確度高，簡化硬件設計的結果，得到了基于LXI總線的數字化測試系統方案很好地滿足了軍用ATE系統需求的結論。
關鍵詞：自動測試設備；LXI總線；數據采集：L4411A

0 引言
自動測試系統(Automatic Test System，ATS)是在單一計算機系統控制下，通過一種或多種總線把多個儀器互聯起來，按預先編制的測試程序(TP)，自動進行被測試對象(UUT)功能參數測試、性能下降評估或故障檢測隔離的系統。作為一臺定量測試設備，最重要的指標是信號的測試準確度。過去對模擬信號進行測試一般采用的方法是：首先進行幅值調整及信號特征變換，再通過A／D變換的方式進行處理，例如要實現交流幅值這樣一個簡單測試，就必須通過幅值調整、整流變換等步驟，這帶來的最大問題是降低了測試的準確度。
本系統研制的軍用ATE是一臺適用于某同類裝備產品的通用測試設備，ATE信號有如下特點：
(1)信號數量多；
(2)信號范圍寬，就電壓來說，要測試的最小值僅十幾個mV，最大要達到約200 V；
(3)測試特征多，要測試的信號特征包括電壓、頻率、電阻、電流等，有時一個信號同時要測試幾種特征；
(4)測試速度要求不一，有些信號時序要求特別高，因此在保證準確度的同時，還必須滿足實時性。
針對以上信號特征分析后，提出基于LXI總線的數字化測試系統方案，較好地解決了眾多物理量信號測量中的布線、傳輸，而且實現了在不同采樣速率下的采集、記錄。面對試驗中信號分散、數量多、種類繁雜的情況，研制開發基于LXI總線的測試系統就成為最佳選擇。采用LXI總線簡化了系統配置，節約了系統資源，有增加了系統的靈活性，取得了節約經費、提高測試準確度、簡化硬件電路設計的多重效果。

1 LXI總線的優點
LXI基于工業標準以太網(Ethernet)技術，擴展儀器需要的語言、命令、協議等內容，構成適用于自動測試系統的新一代模塊化儀器平臺標準。其具體設想是將非常成熟的以太網技術利用到自動測試系統中，以替代傳統的測試總線技術。LXI總線儀器融合了GPIB儀器的高性能、VXI／PX儀器的小體積以及LAN的高吞吐率，并考慮定時、觸發、冷卻、電磁兼容等儀器要求，是基于以太網的新一代自動測試系統模塊化架構平臺。LXI儀器對數據通信的格式、通信的實時性以及數據通信的可靠性都提出了較高的要求，尤其實時性和可靠性影響著測試系統后的精確度和準確性。
采用以太網總線作為系統總線有很多優點，具備先進的網絡特性，比如傳統的測試與測量接口不能提供對等通信，以太網電纜和插卡是標準的、廣泛使用的，且基本上是免費的等。
與傳統的卡式儀器相比，LXI模塊化儀器具備了許多優勢：
(1)可以保證儀器的全部性能；
(2)集成更為方便，不需要專用的機箱和0槽計算機；
(3)可以利用網絡界面操作，無需編程和其他虛擬面板；
(4)連結和使用更為方便，可以利用通用的軟件進行系統編程；
(5)非常容易實現校準計量和故障診斷；
(6)靈活性強，可以作為系統儀器，也可以單獨使用。
另外，由于LXI模塊本身配備有處理器、LAN連接、電源供應器和觸發輸入，因此它不像模塊式卡槽必須使用昂貴的電源供應器、背板、控制器及MXI插卡和接線。它的發展不受I／O接口發展的限制。

2 系統組成結構
檢測設備組成原理如圖1所示：

從圖1可看出，在本軍用ATE系統中，使用了兩種LXI總線的儀器模塊組成的數采單元，各種測試板卡和工業控制計算機組成的測試系統。
數據采集單元采用安捷倫(Agilent)公司生產的L4411A 6 1／2位高性能數字萬用表和L4421A 2線40通道電樞多路復用器。這2種模塊均符合LXIClass C標準，內置以太網連接功能，采用1U高度、半機架尺寸寬度，可以方便地安裝在標準機架中而不需要機箱。既有模塊化的優點，可方便地集成到以往的各種系統中使用，又可作為單獨儀器使用，大大方便了系統集成。
系統使用的L4411A具有以下功能特點：
(1)速度快，50 Kb／s讀數／sec@4．5位；
(2)精度高，直流電壓精度0．003％，交流電壓精度0．06％；電阻精度0．01％；
(3)模擬電平及可編程預觸發和后觸發；
(4)自動量程，可根據外部信號特征自動調整測試量程，對于動態范圍較寬的信號尤其方便；
(5)1 MB讀數存儲；
(6)DCV，ACV，DCI，ACI，二線／四線歐姆，頻率，周期，連續性和二極管測試，極大簡化測試方案。