用于功能測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)元件方法

2004年9月A版

　　在開發(fā)功能測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，對(duì)儀器、接口和軟件有很多選擇。良好的設(shè)計(jì)可使吞吐量最大、開發(fā)時(shí)間最短，也容易進(jìn)一步升級(jí)。

　　最大吞吐量所涉及的問題比簡(jiǎn)單的選擇快速儀器要多得多。最短開發(fā)時(shí)間超出選擇最新軟件的范圍。為了使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠容納更多的儀器，開關(guān)和DUT可不必完全重新設(shè)計(jì)，這需要更多的大機(jī)箱。在設(shè)計(jì)中采用系統(tǒng)元件有助于解決這些問題。

　　系統(tǒng)元件包括系統(tǒng)現(xiàn)成儀器，業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軟件和業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)I/O。系統(tǒng)現(xiàn)成儀器必須具有如下特性：

　　業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軟件是現(xiàn)成可用的，并可用在任何地方。標(biāo)準(zhǔn)軟件具有良好的支持網(wǎng)絡(luò)。特別是Microsoft的Visual Studio.NET固件。

　　業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)I/O由接口組成，這些接口具有公開的性能指標(biāo)，廣泛的接受性和普遍可用性。GPIB可達(dá)到目的正在快速地被Ethernet和USB替代。Fire Wire 仍然是一種有效的選擇。它們都被公認(rèn)為IEEE標(biāo)準(zhǔn)。

　　為了說明系統(tǒng)元件基設(shè)計(jì)的過程，下面以測(cè)試低頻，中等引腳數(shù)，中等功率模件(這種模件通常用在汽車和航空/國(guó)防行業(yè)中)的設(shè)計(jì)為例加以說明。

設(shè)計(jì)

　　良好設(shè)計(jì)的第一步是設(shè)計(jì)一個(gè)既能滿足現(xiàn)在需要又能滿足將來護(hù)展的結(jié)構(gòu)。為了有最大的靈活性，設(shè)計(jì)人員選擇外部PC，而不是嵌入式PC。把具有業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)接口的模塊儀器和機(jī)架儀器進(jìn)行混和。為了處理將來的需要，應(yīng)留出20%的槽或富裕的機(jī)架空間用于較大的機(jī)架或附近的儀器。

　　為了避免把慢速開關(guān)放置在為高速儀器設(shè)計(jì)的卡機(jī)架中，應(yīng)把開關(guān)放置在隔離的子系統(tǒng)。為了使導(dǎo)線長(zhǎng)度和機(jī)架空間最小，把大量的互連放置在開關(guān)子系統(tǒng)的前部。為使開發(fā)時(shí)間最短，用帶儀器擴(kuò)展和標(biāo)準(zhǔn)基驅(qū)動(dòng)器的Visual Studio.NET 開發(fā)應(yīng)用。

　　一旦做出高級(jí)結(jié)構(gòu)決定，則工程技術(shù)人員注意力集中在適于專門DUT的詳細(xì)儀器要求，在本實(shí)例中，是在3個(gè)連接器上具有14引腳的一個(gè)電子調(diào)節(jié)模塊。根據(jù)測(cè)試性能指標(biāo)，需要下列儀器：

　　根據(jù)這些要求，測(cè)試系統(tǒng)框圖示于圖1，包括機(jī)架安裝的任意波形/函數(shù)發(fā)生器和一個(gè)專門開關(guān)卡盒或開關(guān)盒。并且選擇4槽VXI機(jī)架，這包括數(shù)字化儀、16通道DAC和高速DMM。在PC后面機(jī)架上放置一個(gè)RS-232-C基CAN接口。在調(diào)試期間用帶面板的第2個(gè)DMM。

　　本系統(tǒng)具有4個(gè)GPIB儀器：電源、開關(guān)盒、示波器和DMM。增加一個(gè)USB/GPIB轉(zhuǎn)換器。所以，對(duì)于GPIB接口不需要PC槽。選擇Fire Wire來控制VXI儀器，這是因?yàn)樗强焖俚男袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口。

　　用交叉纜線連接任意波形/函數(shù)發(fā)生器到PC的LAN。增加一個(gè)接口或路由器，可使系統(tǒng)處理更多LAN基儀器。LAN為利用儀器內(nèi)置服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程觀察和編輯配置信息提供了機(jī)會(huì)。

有效地連接儀器

　　下一步是確定物理連接元件的最好方法，這種連接方法應(yīng)能滿足進(jìn)一步擴(kuò)展的要求。圖2示出整個(gè)的開關(guān)子系統(tǒng)。

　　用短陣方法，工程技術(shù)人員可以連接任何儀器到任意DUT引腳，并容易增加儀器。除CAN總線外，到DUT的所有連接都是開關(guān)轉(zhuǎn)換，這使得引腳間測(cè)量連接成為可能。

　　在這樣復(fù)雜的裝置中，地環(huán)路、寄生電流通路、短路、開路、信號(hào)損失和雜散電容是共同的問題。用下面的辦法可解決這些問題。

　　任何測(cè)試工程技術(shù)人員應(yīng)仔細(xì)考慮到DUT的大量互連或夾具系統(tǒng)。

　　對(duì)于小的DUT，采用簡(jiǎn)單的夾引線就足夠了。但基于下列原因，增加一個(gè)接口板是合適的。第1，接口板為安裝接口元件(如終端單元，保險(xiǎn)絲和系統(tǒng)與DUT之間用戶電子裝置)提供一個(gè)物理配置?？梢园惭b這些元件到接口結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的架上。沒有大量的互連，希望在另外地方放置這些元件。第2，用終端單元，在DUT改變時(shí)可容易地修改連線并在調(diào)試期間得到合適的測(cè)試連接。第3，用同一系統(tǒng)為不同的DUT提供一種快速和堅(jiān)固改變連接的手段。

開關(guān)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

　　對(duì)于給定的測(cè)試，必須在同一時(shí)間加上最大數(shù)量的測(cè)量或激勵(lì)源，這決定最好的開關(guān)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。選擇4線總線，因?yàn)樗试S用DMMC對(duì)DUT進(jìn)行4線阻抗測(cè)量。

　　路由2個(gè)矩陣點(diǎn)，POT1和POT2地(圖2)到DUT的同一引腳，其阻抗測(cè)量是非常精確的，因?yàn)檫h(yuǎn)程測(cè)量位置是在DUT中。若不用2線，較低精度的4線歐姆測(cè)量仍然在繼電器矩陣中是可能的。

　　很少必須有多于2個(gè)隔離儀器或4個(gè)單端儀器同時(shí)有效，因?yàn)殡娮幽K通常包含一個(gè)時(shí)間執(zhí)行一個(gè)功能的內(nèi)置測(cè)試程序。然而，可增加第5條總線做為單端裝置(如示波器或浮置裝置的公共基準(zhǔn))。為此，可選5線測(cè)量總線。

　　在用矩陣時(shí)，可連接多信號(hào)源到同一引腳。重要的是這些信號(hào)源在一起不要意外短路。應(yīng)小心地編寫開關(guān)轉(zhuǎn)換程序以消除短路的可能性或當(dāng)斷路發(fā)生時(shí)提供報(bào)警。

　　在用示波器時(shí)需要特別小心。示波器做為以地為基準(zhǔn)的裝置，需要連接星地到機(jī)殼。通過繼電器處理此任務(wù)(見圖2中的1a/1b)。

　　另外，示波器不能測(cè)量分檔驅(qū)動(dòng)，因?yàn)樗歉≈肏橋電路。它可測(cè)量相對(duì)于地的Mot+或Mot—，但不能測(cè)量MOT+到Mot—，所以，系統(tǒng)需要一個(gè)隔離的數(shù)字化儀。

　　盡管圖2的測(cè)試系統(tǒng)適于16個(gè)通道，但圖2只示出一個(gè)DAC通道連接到矩陣。一般情況是控制到總互連的所有DAC線，這樣可以把它們連接到夾具中的不同DUT引腳。

　　這種方法不能靈活地編程連接DAC到任意引腳。若需要更多同時(shí)發(fā)生的DAC信號(hào)，而且希望永久地分配它們到DUT引腳，則可把同時(shí)發(fā)生的DAC信號(hào)饋入擴(kuò)展矩陣。

利用驅(qū)動(dòng)器

　　把很多的接口結(jié)合在一起會(huì)引起編程問題。運(yùn)用帶專門儀器庫的Visual Studio.NET，控制程序可以容易地與各種類型的儀器進(jìn)行通信。在VS.NET下運(yùn)行的幾種驅(qū)動(dòng)器是現(xiàn)成的。

　　特別是，IVI(可互換虛擬儀器)開發(fā)集團(tuán)開發(fā)的IVI-COM，這是基于Microsoft的Component Object Model (COM)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上的。也需要由VXIp1ug & Play Systems Alliance 確定的控制器獨(dú)立軟件模塊，這包括VXIplug&Play驅(qū)動(dòng)器和VISA(Virtual Instrnment Software Architectrre)I/O庫。用這些驅(qū)動(dòng)器，工程師可以用高度獨(dú)立的硬件來組成應(yīng)用。

　　另外把VXIplug＆Play 和具有Microsoft的IntelliSense功能結(jié)合起來，在VS.NET環(huán)境下可容易做出最佳命令來獲得符合所需速度、精度和靈敏度的最佳配置。運(yùn)用IntelliSense，用戶可寫入儀器的符號(hào)名稱(如MyHp34401)和小數(shù)點(diǎn)；然后，菜單呈現(xiàn)所有有用的儀器功能和描述。若功能需要任意參量，則這些參量可與其數(shù)據(jù)類型一起呈現(xiàn)。

　　在設(shè)計(jì)和開發(fā)環(huán)境，工程師要用圖形和文字基語言開發(fā)測(cè)試。在制造中，標(biāo)準(zhǔn)是測(cè)試執(zhí)行的依據(jù)，工程師可用圖形和文字混合語言編寫預(yù)寫程序。具體實(shí)例是用Visual Basic 和Visual C++、VS.NET為測(cè)試和GUI開發(fā)提供廣泛的支持環(huán)境。

結(jié)語

　　設(shè)計(jì)一個(gè)功能測(cè)試系統(tǒng)需要預(yù)先計(jì)劃系統(tǒng)的靈活性、擴(kuò)展性和速度。系統(tǒng)已有儀器、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)軟件和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)I/O可把此過程連接成一個(gè)整體。(益林)