基于LXI总线的自动测试系统方案设计

摘要：为了满足军用自动测试系统准确度要求高、测量点多、实施性强的特点，实现提高测试准确度、简化硬件电路设计的目的，采用了基于LXI总线的数字化测试系统方法，做了将数字万用表L4411A和多路开关L4421A应用于ATE的实验。获得了实时性好，准确度高，简化硬件设计的结果，得到了基于LXI总线的数字化测试系统方案很好地满足了军用ATE系统需求的结论。
关键词：自动测试设备；LXI总线；数据采集：L4411A

0 引言
自动测试系统(Automatic Test System，ATS)是在单一计算机系统控制下，通过一种或多种总线把多个仪器互联起来，按预先编制的测试程序(TP)，自动进行被测试对象(UUT)功能参数测试、性能下降评估或故障检测隔离的系统。作为一台定量测试设备，最重要的指标是信号的测试准确度。过去对模拟信号进行测试一般采用的方法是：首先进行幅值调整及信号特征变换，再通过A／D变换的方式进行处理，例如要实现交流幅值这样一个简单测试，就必须通过幅值调整、整流变换等步骤，这带来的最大问题是降低了测试的准确度。
本系统研制的军用ATE是一台适用于某同类装备产品的通用测试设备，ATE信号有如下特点：
(1)信号数量多；
(2)信号范围宽，就电压来说，要测试的最小值仅十几个mV，最大要达到约200 V；
(3)测试特征多，要测试的信号特征包括电压、频率、电阻、电流等，有时一个信号同时要测试几种特征；
(4)测试速度要求不一，有些信号时序要求特别高，因此在保证准确度的同时，还必须满足实时性。
针对以上信号特征分析后，提出基于LXI总线的数字化测试系统方案，较好地解决了众多物理量信号测量中的布线、传输，而且实现了在不同采样速率下的采集、记录。面对试验中信号分散、数量多、种类繁杂的情况，研制开发基于LXI总线的测试系统就成为最佳选择。采用LXI总线简化了系统配置，节约了系统资源，有增加了系统的灵活性，取得了节约经费、提高测试准确度、简化硬件电路设计的多重效果。

1 LXI总线的优点
LXI基于工业标准以太网(Ethernet)技术，扩展仪器需要的语言、命令、协议等内容，构成适用于自动测试系统的新一代模块化仪器平台标准。其具体设想是将非常成熟的以太网技术利用到自动测试系统中，以替代传统的测试总线技术。LXI总线仪器融合了GPIB仪器的高性能、VXI／PX仪器的小体积以及LAN的高吞吐率，并考虑定时、触发、冷却、电磁兼容等仪器要求，是基于以太网的新一代自动测试系统模块化架构平台。LXI仪器对数据通信的格式、通信的实时性以及数据通信的可靠性都提出了较高的要求，尤其实时性和可靠性影响着测试系统后的精确度和准确性。
采用以太网总线作为系统总线有很多优点，具备先进的网络特性，比如传统的测试与测量接口不能提供对等通信，以太网电缆和插卡是标准的、广泛使用的，且基本上是免费的等。
与传统的卡式仪器相比，LXI模块化仪器具备了许多优势：
(1)可以保证仪器的全部性能；
(2)集成更为方便，不需要专用的机箱和0槽计算机；
(3)可以利用网络界面操作，无需编程和其他虚拟面板；
(4)连结和使用更为方便，可以利用通用的软件进行系统编程；
(5)非常容易实现校准计量和故障诊断；
(6)灵活性强，可以作为系统仪器，也可以单独使用。
另外，由于LXI模块本身配备有处理器、LAN连接、电源供应器和触发输入，因此它不像模块式卡槽必须使用昂贵的电源供应器、背板、控制器及MXI插卡和接线。它的发展不受I／O接口发展的限制。

2 系统组成结构
检测设备组成原理如图1所示：

从图1可看出，在本军用ATE系统中，使用了两种LXI总线的仪器模块组成的数采单元，各种测试板卡和工业控制计算机组成的测试系统。
数据采集单元采用安捷伦(Agilent)公司生产的L4411A 6 1／2位高性能数字万用表和L4421A 2线40通道电枢多路复用器。这2种模块均符合LXIClass C标准，内置以太网连接功能，采用1U高度、半机架尺寸宽度，可以方便地安装在标准机架中而不需要机箱。既有模块化的优点，可方便地集成到以往的各种系统中使用，又可作为单独仪器使用，大大方便了系统集成。
系统使用的L4411A具有以下功能特点：
(1)速度快，50 Kb／s读数／sec@4．5位；
(2)精度高，直流电压精度0．003％，交流电压精度0．06％；电阻精度0．01％；
(3)模拟电平及可编程预触发和后触发；
(4)自动量程，可根据外部信号特征自动调整测试量程，对于动态范围较宽的信号尤其方便；
(5)1 MB读数存储；
(6)DCV，ACV，DCI，ACI，二线／四线欧姆，频率，周期，连续性和二极管测试，极大简化测试方案。