基于LXI的干擾控制及信號產生設備自動測試系統設計

李映晟，石遠東

（船舶重工集團公司723所，揚州225001）

0 引 言

雷達有源干擾設備中的干擾控制及信號產生設備，由許多復雜的高速數字及模擬電路組成。目前，調試時多采用人工測試的方法，需按調試要求對大量邏輯信號、控制碼及各類中頻射頻信號進行測量，并且需要針對各類不同的測試信號設置示波器、頻譜儀等多種儀表，測量一項指標后，記錄結果再進行下一步。這種人工的測試方式工作量較大且繁雜，對調試人員要求也較高，不能滿足大批量測試調試的任務需求。干擾控制及信號產生設備自動測試系統以自動的方式完成被測設備的控制，配合儀表設置、自動記錄等工作，能大大簡化手工設置、測量、記錄的調試方式，并能自動生成規范化的數據報告。

1 人工測試方式及手段

干擾系統中干擾控制及信號產生設備，一般由接口電路、干擾控制器、噪聲技術產生器、欺騙技術產生器、欺騙信號產生器等組成。

目前人工測試方法主要有以下幾個步驟 （具體流程如圖1所示）：

（1）根據測試內容配置相應儀表；

（2）在控制軟件中對被測設備進行人工設置，發送相應參數；

（3）將需要測量的邏輯波門或中頻射頻信號在各種儀表上捕捉到；

（4）再細調儀表，將要測量的指標與技術條件比對；

（5）記錄數據；

（6）下一項指標測試中，如果要用到其他儀表，需拆除當前儀表和測試機箱間連接。

在干擾控制及信號產生設備測試中，涉及多個邏輯比較或多個射頻信號的多項指標測量，使用示波器、頻譜儀等捕捉信號及細調儀表的工作量較大。而多種儀表的使用和不斷調整連接使測試工作顯得無序，并且測試工位鋪張較大，測試電纜連接雜亂。測試框圖如圖2所示。

在傳統測試方式下，人工需要操作的步驟過于繁多，對測試人員的技術要求較高，需要具有嫻熟的各類儀表使用操作技術，對各項指標有詳細認識，并且人為因素可能會導致的測試誤差較高。所以目前的人工測試方法無法滿足大量裝備生產測試任務。

經上述分析，當前的測試需要做以下幾點改進：

（1）測試環境搭建復雜，每次調試或不同指標的測試需要調整各種儀表及電纜，不定因素增加；

（2）測試時人工成分多，增加了人為因素所導致的錯誤率；

（3）記錄各項數據需要大量時間；

（4）測試環節煩，上手難度較大。

所以需要一套干擾控制及信號產生設備的自動測試系統來簡化和完善測試流程，提高測試的效率與可靠性。

2 自動測試系統的設計

測試系統中，儀表的選擇與使用對自動測試流程和方法有很大影響，傳統單臺式儀表的結構差別大，重量較大，不同廠商之間儀表兼容性差，對于調試來說，冗余功能較多，造成儀表浪費，儀器間雜亂的電纜連接給測試增加了一定的復雜度。本測試系統遵循小型、精簡、靈活的設計理念，采用LXI標準的、小型的模塊化儀表。

LXI是基于局域網技術的新一代模塊化自動測試平臺，它集中了通用接口總線 （GPIB）的易用性、VXI／PXI的高性能與小尺寸、以太網的靈活性與高吞吐能力?？梢园葱枨箪`活配置，標準化的結構和接口給測試系統的配置和使用帶來了便利。LXI儀器在構建自動測試系統中，最大的優勢是其核心硬件技術與臺式儀器的核心硬件技術是相同的，所以研發階段在臺式儀器上使用的測試方法和測試軟件同樣可以方便地移植到LXI系統中，從而大大降低了重新編寫測試軟件和驗證系統性能的費用。

2.1 自動測試系統硬件構架

LXI儀器的接口主要包括硬件接口、驅動程序接口和Web接口三部分［1］。LXI儀表按功能可分為A、B、C三類：C類儀器具有一個標準的LAN接口和Web接口，這些儀器不需要支持硬件觸發和IEEE1588觸發；B類儀器包括C類的所有功能特征，還支持IEEE1588，即精確時鐘同步協議（PTP）；A類儀器除包括B類和C類的全部功能外，還增加了一種硬件觸發功能［1］。

基于A、B、C三類LXI儀表，實現同步觸發有3種方案，可以達到不同的時間精度：

（1）硬件同步子系統，ns級精度；

（2）采用IEEE 1588精確時鐘同步協議，借助硬件支持，實際應用可確保20ns精度；

（3）采用網絡時間協議 （NTP），ms級精度。

因為測試系統采用模塊化儀表，測試結構緊湊，儀表間距離短，硬件觸發總線在這種條件下能達到非常高的精度。硬件觸發總線是LXI設備所具有的一種高精度、低延時和低觸發的觸發方式。它有8路通道，具有兩種模式：驅動模式和線或模式。驅動模式是一點對多點操作；線或模式是多點對多點操作。LXI儀表能夠記錄外部事件產生硬件觸發信號的時間，并讀取預置緩沖區的數據，這為高速時序測量提供了良好條件［2］。

干擾控制及信號產生設備中，很多重要指標都為幾十、幾百ns，所以根據測試需要選用A類儀表，主要采用硬件總線觸發方式。由于硬件觸發總線只有8路信號，所以在系統中將所需觸發的信號預先接入控制板，根據測試項需求在控制板中預先選擇觸發信號，送給LXI儀表。由于LXI儀器組合沒有共用的計算機背板，LAN沒有確定的同步時鐘，所以必須考慮如何處理LXI儀器在進行測量控制時所遇到的觸發、定時和同步難題，必須引入一種同步時鐘協議，即IEEE1588精確時鐘同步協議，它能使LAN具備帶有觸發和同步的能力，從而能可靠地控制儀器進行測量［3］。這種標準化時鐘同步法成本效益高，并且支持異構系統。

基于LXI標準的小型模塊化儀表不僅解決了精簡結構的問題，更能夠提供多種標準對外接口與控制總線，簡單的集成方法和開放性的系統可使用軟件連接到像Excel和Word，甚至瀏覽器這類流行的應用軟件和報告工具上，易于設置、數據記錄和查錯?；贚XI標準，不同廠商之間的儀表能夠兼容使用，硬件搭配更加靈活［2］。

自動測試系統中，根據干擾控制及信號產生設備的指標測試需要，需采用信號源、頻譜儀、示波器等。

系統中所采用的LXI統一標準前后面板結構儀表，接口結構統一，高度一般為2U，以這種儀表所組成的調試用機架，結構更加緊湊。

測試系統所用標準結構LXI儀表接口示意圖如圖3所示。

干擾控制及信號產生設備測試系統主要包含顯控部分、LXI儀表部分及控制板。

顯控部分是整個系統的控制終端，由顯示器、工控機、路由器及控制板組成。其中工控機安裝控制軟件發送報文給干擾控制及信號產生設備，并發送控制命令給模塊化儀表。

圖3 標準結構LXI儀表接口示意圖

控制板由ARM9與現場可編程門陣列 （FPGA）及相關外圍電路組成，硬件觸發總線采用SN65MLVD080，提供8路多點－低壓差分信號（M－LVDS）收發功能。IEEE1588精確同步的實現，在控制板的硬件物理層用時間戳處理，消息實際到達或離開設備時出現硬件時間戳，該時間戳操作由硬件執行，精度更高。控制板輸入時鐘200MHz，再經內部鎖相倍頻，使系統主時鐘精度達到ns級?？刂瓢逯饕δ苁菍壿嬓盘枖祿杉⑴袛嗪虸／O控制、選通硬件觸發信號。在測試系統工作時，預置的初始化及參數數據對LXI儀表進行初始化和相關參數設置［4－5］?？刂瓢逵≈瓢逡妶D4。

圖4 控制板圖

如圖5所示，自動測試系統由工控機控制軟件發送測試指令給干擾控制及信號產生設備，引導分機產生相應的控制邏輯及射頻信號，同時針對測試內容，控制板通過LAN總線控制測試機架中對應的模塊化儀表設置相應參數，讀取儀表回報數據以及被測設備產生的各種信號，并形成數據報文送工控機記錄。

2.2 自動測試系統軟件設計

LXI總線的軟件有兩類：一類基于客戶端／服務器 （B／S）模式，另一類基于瀏覽器／服務器（C／S）模式，客戶端可通過IVI－COM對LXI模塊進行訪問和控制。本文采用了網絡通信中常用的C／S模式。

圖5 測試系統基本硬件功能連接框圖

基于C／S模型的LXI自動測試系統中，也引入B／S模型，可通過瀏覽器直接訪問測試系統的IP地址。采用了這種基于B／S模式的C／S模型，軟件編程方便，LXI模塊端運用操作系統中的TCP／IP協議，而客戶端 （也就是自動測試系統中的主控機）只需使用瀏覽器就能進行測試的操控。

自動測試系統軟件接口如圖6所示。

圖6 自動測試軟件接口圖

LXI儀表均帶有驅動程序和函數庫，且開放底層函數。C／S模式中，客戶端與儀表以IVI－COM協議相連，類似于網絡通訊中的Stoket，開發環境為LabWindows／CVI。該接口協議編寫可直接調用API函數，IVI模型中，儀表每一項屬性，都能作為一個可讀寫的函數［1］。利用IVI模型進行自動測試的流程見圖7。

自動測試系統可根據調試需求選擇單項測試和所有項目測試，單項測試參數，通過界面軟件鍵入；所有項目測試使用預置的參數，按順序進行各個項目測試，軟件流程圖如圖8所示。

圖7 測試系統內IVI驅動的軟件流程

圖8 自動測試系統軟件流程圖

3 測試流程及測試方法

干擾控制及信號產生設備中所需測試的指標類型多樣，有信號功率、諧波雜散、響應時間、控制波門邏輯時序等。該自動測試系統能夠通過LAN總線控制儀表自動測試和記錄信號功率、雜散諧波，也能夠利用高速硬件觸發總線功能，結合IEEE1588精確時鐘協議功能，對復雜邏輯信號進行自動判斷。IEEE1588能夠給每個觸發事件加時間戳，根據測試內容，預設事件的觸發點與容差值，在測試中輔助硬件觸發總線，提取所需事件的時間戳，對測試的數據進行校驗，增加測試的準確性。

根據測試指標的不同，這里將這些指標分為四大類，以4種方式進行測試判斷：

（1）控制碼高低電平判斷：主要以各類控制碼本振碼為主，直接送往控制板，由控制板根據相應高低電平或信號邏輯時序判斷是否正確。

（2）中頻射頻信號參數：送給模塊化儀表中的頻譜儀或示波器，記錄測試項的相應參數，回報控制界面。

（3）電平與射頻混合邏輯：此項測試中將電平信號接入硬件觸發總線，作為外部觸發時間，記錄觸發起始時間和電平變化時間，再用硬件時間戳記錄另一路射頻信號產生或者變換的節點時間，參數回報給控制板，進行邏輯判斷。

（4）邏輯電平比較：該類測試以開關信號、優先級控制等波門為主，將需要測量的邏輯信號接入硬件觸發總線，以所測的2路邏輯波門沿到達時間節點為測量參數，回報給控制板進行判斷。

從以上針對四類指標的測試方式可以看出，基于LXI總線的自動測試系統能夠減輕干擾控制及信號產生分機測試時的多項繁雜工作，并且硬件總線的高精度ns級的時間同步使時序測量及復雜邏輯比較更準確可靠。

4 結束語

干擾控制及信號產生設備的自動測試系統提供了高精度的遠程自動化測試環境，所需測試流程大大精簡，人工參與環節更少，測試過程流暢，提高了設備測試的可靠性與效率。

［1］LXI Consortium.LXI device specification v1.4 ［EB／OL］.http：／／www.lxistandard.org，2011－05－18.

［2］IVI Foundation.Operating Procedures ［EB／OL］.http：／／www.ivifoundation.org，2012－10－11.

［3］IEEE.IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and control systems［M］.New York：IEEE Instrumentation and Measurement Society，2008.

［4］宋江峰.具有A類設備接口功能的LXI儀器通用接口模塊的設計與實現 ［D］.西安：西安電子科技大學，2010.

［5］楚鷹軍 陳國輝.基于硬件時間戳的IEEE1588時間同步技術的一種實現方法 ［J］.現代傳輸，2011（1）：58－61.