臧 宏,陶 轩,周元元,项 卓,胡明昆 (国营芜湖机械厂,安徽 芜湖 241000)

摘 要:随着射频电路功能模块的集成度越来越高,传统测试方法已不能满足电路测试及修理需求。采用 PXI总线 技术及嵌入式通信处理技术,设计了一种新型射频通用测试平台。该测试平台集成了开关矩阵模块、程控衰减调理组 合、通用测试适配器、网络接口等模块,可完成射频电路的测试及故障诊断修复,有效节约人力成本,提升电路测试 及修复效率。该平台的设计搭建方法,在测试资源的集成及射频电路综合测试方面具有指导意义。

关键词:射频电路;PXI总线;嵌入式通信;TPS开发;平台搭建

DesignandRealizationofanRFGeneralTestPlatform

0 引言 

传统的射频电路测试方法是根据每个电路功能模块的 输入输出信号参数实际测试需要,针对性地选用信号采集 测试仪器,并搭建具备专门测试功能的射频信号测试设 备。这缩小了射频电路组件 (模块)的测试范围,限定了 测试设备的功能,造成设备资源和人力资源的浪费。

根据这些问题,提出一种全新的、综合型的射频通用 测试平台设计搭建及测试方案,采用 PXI总线技术及嵌入 式通信处理技术,搭载测试所需设备仪器,结合模块化的 虚拟仪器开发软件环境,实现各个测试终端之间的程控切 换、测试数据存储及报表上传,搭建并实现了一套通用的 射频测试软硬件环境及其对应的射频电路组件 (模块)测 试方法。

1 通用射频测试系统总体设计方案

射频测试平台采用PXI总线工控机板卡模块和LXI总 线台式仪器控制技术。台式仪器主要包含功率 计、频 率 计、频谱分析仪、射频矩阵开关、射频信号调理组合、微波/射频信号发生器、供电调理组合、语音助手、数字多 用表、任意波信号发生器、各类电源及软件平台系统。测 试平台的工作原理如图1所示。

2 硬件组成

2.1 主控计算机

西门子工控机性能稳定,可靠性高,可减少后期的维护成本,因此系统选用成熟的西门子公司4U19英寸上架 工业计算机 (机箱型号为IPC-847C)作为控制中心。

2.218槽PXI标准机箱

AMC57105是高性能的18槽 PXI标准机箱,结构紧 凑,符合3UPXI/CPCI规范;在结构性能、电气性能方 面遵循PXIspecificationRev.2.2,主要包括10MHz参考 时钟、星形触发、局部总线和桥接功能。该机箱搭载 PXI 总线 外 挂 式 零 槽 控 制 器 模 块 AMC4100, 与 其 适 配 器 AMC4100-001配套使用可实现PXI-PCI桥功能。PXI中低 频仪 器 模 块 包 括 多 串 口 模 块 AMC5214B、 多 功 能 模 块 AMC4332、DA模块 AMC4401A、矩阵开关 AMC4613、高 速I/O模块 AMC4512A、控制开关 AMC4606、数字示波器 MSO7054B。

2.3 LXI-C/GPIB台式仪器

为满足被测对象高频信号测试需求,平台设计并配置 81150A 任 意 信 号 发 生 器、SMB100A 矢 量 信 号 源、 N9010A 频 谱 分 析 仪、E4417A 功 率 计、53147A 型 频 率计。

2.4 程控衰减调理组合设计实现

程控衰减调理组合由 SP6T 微波开关、大功率固定衰 减器、程控衰减器、放大器、耦合器、检波器、半刚性同 轴电缆、N/SMA-KFK 转 接 器、核 心 控 制 板、AC-DC 电 源模块、电源滤波模块等部分组成。为便于扩展,将组合 内的各微波模块、射频通道、核心控制板等分别进行模块 化设计和集成。射频通道中各模块连接关系如图2所示。

由以太网接口传输的控制数据 (按照既定的 通 信 协 议),通过网口电路进行数据解析,再由微处理器对寄存 器数据进行读写以获得状态机的当前状态,并通过读写存 储单元接收和发送数据。微处理可使用 FPGA 或 ARM 等 其他处理器的方式来实现。微处理器除完成网口通信外, 还完成射频开关和程控衰减器的逻辑控制功能。程控衰减 调理组合内部位图如图3所示。程控衰减调理组合通道选 择共有36种状态,以十六进制表示,即00H~24H;程 控衰减值有64种状态,对应0~63衰减值,以十六进制 表示,即00H~3FH。

程控衰减调理组合回复上位 机 的 报 文 见 表 1、表 2。通道选择、 程 控 衰 减 通 信 正 常 或 故 障 状 态 都 固 定 返 回 “XXXX”,对应相应通道和程控衰减值;帧尾无故障返回 为 “00”,故障返回为 “EE”。

2.5 公共测试信号接口ICA

ATE 的 测 试 资 源 分 布 在 设 备 ICA (SLOT1 至 SLOT25)处,ICA 是设备测试资源的输出接口。由于每 个被测对象的信号类型、信号数量、接插件类型、测试流 程都不尽相同,因此不可能把硬件设备信号直接同各个不 同的被测设备连接,硬件设备需要一个标准化、开放式的 综合接口组合。该接口涵盖了 ATE 通用测试平台的全部 信号,依据 VPC90标准进行标准化设计,接口标准化主 要表现在统一对外接口的外形尺寸、接口类型、接插件插 针数、接口信号定义等。

ATE设备测试资源包括射频资源及中低频测试资源, ICA 资源主要分布中低频测试信号,如图4所示。

2.6 通用测试适配器

通用适配器设计为 “机箱+机笼+背板+功能模块” 的结构形式,其组成包括内部功能模块、开关阵列、标准 测试接口、结构件及电连接器。

2.7 硬件平台网络接口设计

硬件平台的控制总线采用网络接口,主控计算机及各 仪器的网络接口均经过一台交换机汇总,同时从交换机转接网络接口到移动式减震机箱后面板的指定位置。LAN 口转接盒设计示意图如图5所示。

网络接口采用 RJ45标准,硬件平台共设置4个独立 IP的对外网络接口。网络电缆采用CATE5网线,LAN 口 转接盒安装在各减震机箱后面,效果图如图6所示。

3 软件组成

测试软件平台以IEEE1671 (ATML)国际标准为基 础,采用 模 型 驱 动 结 构 (ModelDrivenArchitecture) 原 理,实现了被测对象建模、测试 开 发 管 理、系 统 执 行 服 务、诊断分析处理等主要功能。虚拟仪器测试开发环境具 有全寿命周期信息共享,包括用户界面定制、虚拟测试环 境仿真、测试程序集 TPS的自动生成及专家知识诊断决 策等。

射频板件测试流程图如图7所示,在测试数据采集的 基础上,分析射频模块原理、信号等并对其进行 TPS测试 设计,完成测试软件编程。软件测试界面如图8所示。

4 结语

依托本文的平台搭建方法,设计并实现 射 频 通 用 测 试平台的硬件集成及软件配置,可达成业界各类电子产 品中射频电路模块的信号测试及故障诊断,模拟板件实 际的工作状态,完成 板 件 特 征 向 量 测 试 测 量,具 备 了 通 用射频板件测试能力,实现了射频电路板测试诊断的智 能化和通用化,提高 了 测 试 诊 断 效 率。经 过 平 台 搭 建 及 实际射频电路测试的数据分析,验证了该平台测试的有 效性和可行性。

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