冉勁松

摘 要：隨著微波技術(shù)的不斷發(fā)展，具有創(chuàng)新性的微波系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，在測(cè)量技術(shù)水平和精確度方面都有了較大提高。其中擁有智能化和自動(dòng)化性質(zhì)的微波測(cè)量技術(shù)成為了一種趨勢(shì)。由于微波測(cè)量技術(shù)的重要性，我們進(jìn)行以高頻參數(shù)自動(dòng)化測(cè)量為主要發(fā)展方向的課題研究，運(yùn)用微波測(cè)量技術(shù)，將儀器和系統(tǒng)模塊化，設(shè)計(jì)出能夠自動(dòng)測(cè)量微波高頻參數(shù)的自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)。本文針對(duì)TestStand的高頻參數(shù)自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的研究，并且匯總成文字，為相關(guān)的研究人員提供一定參考。

關(guān)鍵詞：TestStand；虛擬儀器；高頻參數(shù)；測(cè)量系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.128

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

由于一些發(fā)達(dá)國(guó)家技術(shù)水平相對(duì)領(lǐng)先，早已對(duì)自動(dòng)化測(cè)基于TestStand的高頻參數(shù)自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)研究基于TestStand的高頻參數(shù)自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)研究試系統(tǒng)有所應(yīng)用，并且在生產(chǎn)的過(guò)程中發(fā)揮出了重要作用。而我國(guó)雖然對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用較晚，但是由于大量的人力和資金投入，自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的研究也取得了一定的成果，但是相對(duì)于研究，自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)際發(fā)展卻相對(duì)較慢。自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)在構(gòu)建中模型一般都是串聯(lián)的，但是在我國(guó)，為了節(jié)省成本和便于操作，設(shè)備之間都是分離的。并且在理論應(yīng)用于實(shí)際的環(huán)節(jié)中，技術(shù)不夠成熟，儀器的開(kāi)發(fā)程度不高。近年來(lái)，雖然由于對(duì)儀器可靠性和穩(wěn)定性的重視，使得儀器行業(yè)走出低谷，但是有很大的發(fā)展上升空間。

2 系統(tǒng)構(gòu)架與儀器驅(qū)動(dòng)

2.1 TestStand系統(tǒng)構(gòu)架

TestStand系統(tǒng)被應(yīng)用于各種自動(dòng)化模型設(shè)計(jì)和對(duì)測(cè)試系統(tǒng)在加載、控制等操作。使用TestStand可以完成對(duì)系統(tǒng)的修改、調(diào)試和完善工作。

2.2 LabVIEW的優(yōu)勢(shì)

LabVIEW，運(yùn)用的是圖形化編輯語(yǔ)言編寫(xiě)程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。作為通用的編程系統(tǒng)，它所擁有的函數(shù)庫(kù)可以支撐任何程序編寫(xiě)任務(wù)。

2.3 儀器驅(qū)動(dòng)

運(yùn)用NI-VISA，為初學(xué)者提供了入門(mén)級(jí)別的易于使用的控制函數(shù)集，為高端的設(shè)計(jì)提供強(qiáng)大的儀器控制功能和對(duì)資源的管理方法。

2.4 儀器通信

儀器通信的關(guān)鍵在于母線借口的選擇。在研究過(guò)程中，所選用的是GPIB系統(tǒng)。這種用于工程控制的協(xié)議是目前一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。這種系統(tǒng)只允許一個(gè)控者起作用。具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）對(duì)裝置的連接通過(guò)一條總線，并且無(wú)論多少臺(tái)裝置都可以通過(guò)這一條總線連接成功。

（2）運(yùn)用并行比特和串行字節(jié)兩種雙向異步的傳輸方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，傳輸?shù)乃俣认鄬?duì)較慢。

（3）總線上運(yùn)用負(fù)8邏輯來(lái)傳輸消息。

（4）單字節(jié)的地址中有三十一個(gè)講地址和三十一個(gè)聽(tīng)地址；雙字節(jié)地址中講地址的數(shù)量為九百六十一個(gè)，與聽(tīng)地址的數(shù)量相同。

（5）主要用在受到電氣干擾不強(qiáng)烈的實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。

2.5 系統(tǒng)的軟硬件構(gòu)架

通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)分析儀和半導(dǎo)體分析儀，以及模擬信號(hào)發(fā)生儀運(yùn)用GPIB進(jìn)行串接，然后與PC機(jī)相連接，通過(guò)儀器驅(qū)動(dòng)識(shí)別儀器和VISA，找出與各自對(duì)應(yīng)的儀器地址，進(jìn)行變成。在數(shù)據(jù)和參數(shù)傳輸過(guò)程中，保證自動(dòng)化測(cè)試的基礎(chǔ)。

3 儀器的GUI設(shè)計(jì)和整合

3.1 設(shè)計(jì)

結(jié)合儀器的自身硬件地址或者認(rèn)為進(jìn)行設(shè)定，通過(guò)一系列系統(tǒng)，在具體儀器要求中，設(shè)置不同的傳輸、中斷和等待模式。

3.2 GUI實(shí)際使用的網(wǎng)絡(luò)分析儀

運(yùn)用E8363C矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。這種分析儀的測(cè)量范圍較大，并且擁有合理的冬天范圍。擁有可以測(cè)量晶圓、波導(dǎo)和天線等物質(zhì)的能力。

3.3 模擬信號(hào)發(fā)生器的選擇

選用N5181A模擬信號(hào)發(fā)生器，這種發(fā)生器頻率較快，幅度切換能力較強(qiáng)，與其它模擬信號(hào)發(fā)生器相比，可靠性高，便于自我維護(hù)。信號(hào)源作為測(cè)試環(huán)節(jié)中的基礎(chǔ)因素，需要具備較強(qiáng)的性能。在選擇基準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，既可以通過(guò)內(nèi)部產(chǎn)生的方式選擇，也可以通過(guò)外部激勵(lì)的方式。內(nèi)部產(chǎn)生方式可以選用標(biāo)準(zhǔn)的正弦波或者白噪聲。

3.4 生成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)

在一起的子VI完成后，我們要對(duì)其它程序進(jìn)行調(diào)用，這樣有助于整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行、調(diào)試。

4 儀器一體化GUI設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的搭建

4.1 結(jié)構(gòu)選擇

在上述的環(huán)節(jié)中，完成了子VI的編寫(xiě)工作。為了使各種儀器共同工作在一個(gè)平臺(tái)上，我們將GUI選擇事件結(jié)構(gòu)加入到循環(huán)結(jié)構(gòu)里。如果一直在一臺(tái)儀器上通信，可能會(huì)損害儀器，并且運(yùn)行不穩(wěn)，出現(xiàn)錯(cuò)報(bào)、誤報(bào)情況，所以盡量避免采用選擇結(jié)構(gòu)。

4.2 儀器一體化GUI設(shè)計(jì)

通過(guò)將VI放到事件結(jié)構(gòu)中，建立相應(yīng)按鍵，設(shè)置合理的按鍵值作為觸發(fā)方式。

4.3 TestStand測(cè)試序列設(shè)計(jì)

將TestStand應(yīng)用于程序編程接口，并且為測(cè)試序列中加入編寫(xiě)好的VI。初始設(shè)置和最后需要關(guān)閉的程序防止到測(cè)試序列之中。整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化，一切可以依靠變成好的系統(tǒng)進(jìn)行控制和保證運(yùn)轉(zhuǎn)。保證在每一個(gè)測(cè)試步驟或者循環(huán)完成后，都要對(duì)系統(tǒng)中的變量進(jìn)行重新設(shè)置，避免與下一個(gè)測(cè)試環(huán)節(jié)發(fā)生沖突。

5 結(jié)束語(yǔ)

在這個(gè)研究中，通過(guò)結(jié)合矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀PNX、半導(dǎo)體分析儀B1500A以及模擬信號(hào)發(fā)生器N5171A，嚴(yán)格依照各個(gè)具體的流程的操作要求，設(shè)計(jì)出研究的對(duì)象—基于TestStand的高頻參數(shù)自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)和儀器一體化控制GUI，在微波技術(shù)不斷發(fā)展并且運(yùn)用的當(dāng)代，這些研究不僅有助于技術(shù)的進(jìn)步，更對(duì)社會(huì)中的生產(chǎn)起到積極的促進(jìn)作用。此次研究取得了一定的實(shí)際效果，可以為T(mén)estStand的高頻參數(shù)自動(dòng)化研究提供一定的參考。在未來(lái)微波測(cè)量技術(shù)必將成為主流測(cè)量技術(shù)的背景下，相關(guān)的研究人員要不斷對(duì)于相應(yīng)的技術(shù)進(jìn)行深入的研究，不斷對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行完善和創(chuàng)新，為今后的社會(huì)生產(chǎn)更新出越來(lái)越多的高效技術(shù)，保障國(guó)家長(zhǎng)久穩(wěn)定的發(fā)展勢(shì)頭。