陳寶林

(河北遠(yuǎn)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(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電子測(cè)量與儀器的要求越來(lái)越高。測(cè)試項(xiàng)目與測(cè)試范圍與日俱增，測(cè)試的對(duì)象也越來(lái)越復(fù)雜，測(cè)試的參數(shù)繁多，測(cè)試速度與測(cè)試精度不斷提高，使得傳統(tǒng)的單機(jī)單參數(shù)手工測(cè)試已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的測(cè)試要求，迫切需要測(cè)量技術(shù)不斷改進(jìn)與完善［1］。

現(xiàn)在的手動(dòng)測(cè)試放大器，搭建好測(cè)試平臺(tái)后需要手動(dòng)設(shè)置儀器、記數(shù)，在測(cè)試過(guò)程中，會(huì)占用大量的人力物力，存在測(cè)試的速度和精度不高等局限性。因此，設(shè)計(jì)了自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò) Agilent公司的VEE軟件，利用GPIB通用總線接口技術(shù)，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的控制和操作，來(lái)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(cè)試測(cè)量誤差［2］。由于可預(yù)先編制測(cè)試程序去實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試，所以提高了測(cè)試效率。

1 總體設(shè)計(jì)方案

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，硬件由計(jì)算機(jī)、儀器和測(cè)試線等組成;軟件由VEE編寫(xiě)的控制儀器和數(shù)據(jù)采集的程序組成。通過(guò)運(yùn)行該軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)儀器的自動(dòng)控制和測(cè)試數(shù)據(jù)的自動(dòng)存儲(chǔ)。

1．1 硬件構(gòu)成

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)硬件由適合VEE軟件運(yùn)行的計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、GPIB接口卡(Agilent 82357A USB/GPIB)、程控電源 N6705A、信號(hào)源 N5181A、頻譜儀E4440A、功率計(jì)、測(cè)試夾具、待測(cè)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(cè)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(cè)試系統(tǒng)硬件基本組成框圖如圖1所示。

圖1 測(cè)試系統(tǒng)硬件基本組成

計(jì)算機(jī)與程控電源、信號(hào)源、頻譜儀和功率計(jì)的通信主要是通過(guò)GPIB接口總線進(jìn)行通信。GPIB是HP公司在20世紀(jì)60年代末和70年代初開(kāi)發(fā)的通用儀器控制接口總線標(biāo)準(zhǔn)。IEEE國(guó)際組織在1975年對(duì) GPIB進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，由此 GPIB變成了IEEE488標(biāo)準(zhǔn)。1988年，IEEE推出了 IEEE488．2標(biāo)準(zhǔn)［3］。

測(cè)試數(shù)據(jù)將自動(dòng)保存為Excel格式，輸出主要是通過(guò)與計(jì)算機(jī)相連的打印機(jī)進(jìn)行打印輸出。

1．2 軟件體系結(jié)構(gòu)

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

通過(guò)采用創(chuàng)建I/O控件來(lái)完成VEE過(guò)程控制儀器的方式非常有效，因?yàn)樗试S用戶采用VEE去控制任何儀器生產(chǎn)廠商的測(cè)試儀器，而不必關(guān)心儀器在VEE中是否提供了測(cè)試儀器的驅(qū)動(dòng)器［5］。VEE 主要是通過(guò) Direct I/O、Panel Driver、IVI-COM和VXI Plug＆Play幾種主要方式實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器設(shè)備的控制［6］，自動(dòng)測(cè)試中主要是通過(guò)Driect I/O控件編寫(xiě)程序，并采用模塊化的程序設(shè)計(jì)思想，將系統(tǒng)分成各模塊，再把各個(gè)模塊有機(jī)地連接起來(lái)，大大簡(jiǎn)化了自動(dòng)測(cè)試軟件的開(kāi)發(fā)工作。

通過(guò)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)多臺(tái)儀器的控制和數(shù)據(jù)采集。在測(cè)試開(kāi)始后，首先對(duì)每臺(tái)儀器進(jìn)行初始化，對(duì)儀器的控制通過(guò)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(biāo)準(zhǔn)命令(Standard Commands for Programmable Instruments，SCPI)，SCPI是為解決程控儀器編程的標(biāo)準(zhǔn)化而提出的［7］。指令的編寫(xiě)需要依據(jù)儀器的說(shuō)明書(shū)或相關(guān)文件上提供的機(jī)器指令，每條指令對(duì)應(yīng)不同的機(jī)器操作步驟，根據(jù)機(jī)器指令可以簡(jiǎn)單而快速地編寫(xiě)自動(dòng)測(cè)試程序［8］。初始化完畢后會(huì)提示設(shè)置儀器設(shè)備的參數(shù)和選擇測(cè)試項(xiàng)目，設(shè)置完畢后，點(diǎn)擊“開(kāi)始測(cè)試”，會(huì)提示輸入產(chǎn)品編號(hào)，輸入編號(hào)后即可開(kāi)始測(cè)試，測(cè)試結(jié)果將以xls格式存儲(chǔ)到Excel表格中，測(cè)試數(shù)據(jù)會(huì)在窗口右側(cè)顯示，測(cè)試完第1臺(tái)后會(huì)提示更換設(shè)備或保存退出的提示。VEE測(cè)試軟件流程如圖2所示。

圖2 測(cè)試軟件流程

2 程序設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用

自動(dòng)測(cè)試程序是基于VEE下開(kāi)發(fā)的自動(dòng)測(cè)試程序，將已經(jīng)編寫(xiě)好的單個(gè)測(cè)試項(xiàng)通過(guò)復(fù)選框可添加多個(gè)測(cè)試項(xiàng)，根據(jù)測(cè)試需要選擇相應(yīng)的測(cè)試項(xiàng)即可自動(dòng)完成測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)存儲(chǔ)到Excel表格中。

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

圖3 相位噪聲測(cè)試流程

選擇相位噪聲復(fù)選框，自動(dòng)進(jìn)入相位噪聲測(cè)試程序，程序開(kāi)始后，首先進(jìn)行信號(hào)源復(fù)位、頻率、幅度和輸出設(shè)置，其語(yǔ)句如下:

“*RST;*CLS”

“SOUR:FREQ:FIX CF MHz”

“SOUR:POW:LEV:IMM:AMPAMP1 dBm”

“OUT:STAT ON”

接下來(lái)開(kāi)始頻譜儀E4440A測(cè)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(jìn)入相噪測(cè)量界面，模式選擇命令為:“INSTRUMENT:SELECT:PNOISE”;下面開(kāi)始設(shè)置頻譜儀的載波頻率、起止帶寬和信號(hào)幅度，其語(yǔ)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(kāi)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(gè)VEE自帶的Delay插件延遲20 s;最后開(kāi)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(gè)相位噪聲值的讀取，其語(yǔ)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(yǔ)句只需將4～9條語(yǔ)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(chǔ)到Excel中的對(duì)應(yīng)表格中。其他指標(biāo)的測(cè)試方法與此類似，按照手動(dòng)的測(cè)試方法，找到儀器編程手冊(cè)中對(duì)應(yīng)的命令即可實(shí)現(xiàn)，因篇幅限制，其他測(cè)試方法和命令不再一一列舉。

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

點(diǎn)擊“軟件使用說(shuō)明”按鈕，可看到使用該測(cè)試程序的注意事項(xiàng)和使用說(shuō)明。在放大器的測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)搭建好自動(dòng)測(cè)試硬件平臺(tái)后，運(yùn)行放大器自動(dòng)測(cè)試軟件，設(shè)置儀器參數(shù)和選擇測(cè)試項(xiàng)目后，點(diǎn)擊“開(kāi)始測(cè)試”按鈕，會(huì)彈出讓您輸入產(chǎn)品編號(hào)對(duì)話框，程序會(huì)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(hào)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(cè)試項(xiàng)目，對(duì)放大器進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試。測(cè)試數(shù)據(jù)會(huì)以xls格式進(jìn)行存儲(chǔ)，并且可以更改存儲(chǔ)的文件名和路徑，若不更改，會(huì)以默認(rèn)的路徑和文件名進(jìn)行存儲(chǔ)。點(diǎn)擊“保存退出”按鈕保存數(shù)據(jù)并退出該測(cè)試。

圖4 自動(dòng)測(cè)試程序整體界面

3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)果分析

為了驗(yàn)證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性，選擇了多臺(tái)放大器進(jìn)行了多次相關(guān)試驗(yàn)，對(duì)自動(dòng)存儲(chǔ)結(jié)果與實(shí)際手動(dòng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，抽取1臺(tái)放大器連續(xù)測(cè)試5次的測(cè)試數(shù)據(jù)如表1和表2所示。

表1 放大器自動(dòng)測(cè)試結(jié)果

表2 放大器手動(dòng)測(cè)試結(jié)果

通過(guò)反復(fù)測(cè)試比較可以看出，自動(dòng)測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性非常高，并且該程序可以重復(fù)測(cè)試多臺(tái)設(shè)備。手動(dòng)測(cè)試1臺(tái)設(shè)備的時(shí)間約10 min，而使用該測(cè)試系統(tǒng)，僅2 min就可以完成測(cè)試，并且會(huì)將測(cè)試結(jié)果自動(dòng)存儲(chǔ)到Excel表格中，不需要人工記錄數(shù)據(jù)，大大地提高了測(cè)試的效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)在自動(dòng)測(cè)試技術(shù)上正從專用自動(dòng)測(cè)試向通用自動(dòng)測(cè)試轉(zhuǎn)變［9］。從測(cè)試實(shí)際出發(fā)，理論聯(lián)系實(shí)際，搭建了測(cè)試功率放大器的測(cè)試平臺(tái)，通過(guò)VEE控制儀器，再通過(guò)復(fù)選框選擇所需的測(cè)試項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了對(duì)儀器的設(shè)置和對(duì)放大器各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試，并能將結(jié)果存入Excel表格中，測(cè)試速度快，減少了人為錯(cuò)誤，降低了費(fèi)用，提高了生產(chǎn)率。此外，該測(cè)試系統(tǒng)對(duì)測(cè)試人員的要求低，在不需要深入了解測(cè)試方法和測(cè)試設(shè)備的情況下，也能快速完成測(cè)試。在大批量重復(fù)測(cè)試過(guò)程中，更能體現(xiàn)出其測(cè)試的優(yōu)越性［10］。隨著自動(dòng)測(cè)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(dá)，等．自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)［M］．哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2001．

［2］ 王麗紅，王 玲．基于VEE的信號(hào)發(fā)生器自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)［J］．無(wú)線電工程，2010，40(2):51 －52．

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

［4］ 歐陽(yáng)思華，武 錦，李艷奎，等．基于Agilent VEE實(shí)現(xiàn)混頻器的自動(dòng)化測(cè)試［J］．電子測(cè)量技術(shù)，2008，31(11):108－110．

［5］ 聽(tīng)雨軒工作室．Agilent VEE虛擬儀器工程設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)［M］．北京:國(guó)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(xué)教育與培訓(xùn)中心，2012:29－31．

［7］ 付新華，王 ?。摂M儀器軟件標(biāo)準(zhǔn)及編程方法概述［J］．電測(cè)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(shí)現(xiàn)［J］．計(jì)算機(jī)工程及應(yīng)用，2005(11):97－99．

［9］ 楊瑞青，賈萬(wàn)才．自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中射頻電平的修正［J］．國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2008，27(3):46 －48．

［10］ 侯 強(qiáng)．基于VEE的功率放大器的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)［C］∥第十三屆全國(guó)遙感遙測(cè)遙控學(xué)術(shù)年會(huì)論文集．哈爾濱:中國(guó)電子學(xué)會(huì)遙感遙測(cè)遙控分會(huì)，2012:530－532．