數(shù)字式電纜測試系統(tǒng)探討

劉生攀

（貴州航天控制技術(shù)有限公司，貴州 貴陽 550009）

1 基本的測試原理

電纜的導(dǎo)通電阻很小，一般為零點(diǎn)幾歐，而計(jì)算機(jī)控制下的多點(diǎn)測試必須使用模擬開關(guān)控制，模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻一般為幾歐到幾十歐，再加上測試臺(tái)內(nèi)部的引線電阻、接觸電阻等，這些電阻在不同的環(huán)境條件下是變化的。如果采用普通的一次測量的方式，勢必帶來很大的測試誤差。因此，為提高小電阻的測試精度，借鑒了數(shù)字多用表的四線電阻的測試方法。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電纜網(wǎng)測試的難點(diǎn)是需要檢測的接點(diǎn)數(shù)眾多。如果測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用單一的電路板處理256個(gè)接點(diǎn)的切換，必然導(dǎo)致布線困難，對外接口無法處理，且不具備可擴(kuò)充性和可維修性。因此，將測試系統(tǒng)按功能獨(dú)立成控制部分和通道轉(zhuǎn)換部分。控制板負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)電流源的輸出、A/D轉(zhuǎn)換、控制通道的切換和RS-232通訊。底板用于控制板和通道板間的連接和譯碼，底板設(shè)計(jì)為包含16個(gè)擴(kuò)展槽，這樣可以插入16個(gè)通道板。通道板用于與被測電纜的連接，每個(gè)通道板設(shè)計(jì)為可測試64個(gè)點(diǎn)。這樣，測試系統(tǒng)最多可以控制1 024個(gè)點(diǎn)的測試，即每插入一個(gè)通道板，增加64個(gè)點(diǎn)的測試容量。

3 原理框圖

實(shí)現(xiàn)的原理框圖見圖1.

4 測試原理說明

4.1 電阻測試原理

電阻測試采用恒流源供電，固定電流Ie流經(jīng)待測電阻Rx和參考電阻Rf.待測電阻兩端的電壓Ux送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，參考電阻兩端的電壓送入A/D轉(zhuǎn)換器的參考輸入端。假設(shè)A/D轉(zhuǎn)換器為N位，采集得到的代碼為D，則有：D=

圖1 原理框圖

4.2 控制板原理

控制板負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)電流源的輸出、A/D轉(zhuǎn)換、控制通道的切換和RS-232通訊。電流源的輸出采用電壓參考源REF43轉(zhuǎn)換而成，其輸入電壓范圍為4.5～40 V，參考電壓輸出為2.5 V，輸出電流可達(dá)20 mA。

A/D轉(zhuǎn)換采用ADI公司的AD7661。AD7661分辨率為16位，采樣速率為100 ksps，輸出采用并行接口，輸入電壓范圍為0～2.5 V，非線性誤差為2.5 LSB。

采用TI公司的DSP芯片TMS320F206實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的控制和通道切換，TMS320F206在我廠許多課題上都使用過，有很多的使用經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。當(dāng)在20 MHz下工作時(shí)，DSP芯片具有20 MIPS的執(zhí)行速度，具有32 K字的FLASH，4.5 K字的RAM，1個(gè)全雙工的異步串口。

RS-232通訊采用MAX3232EPE實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。

4.3 通道板原理

通道板負(fù)責(zé)將電流源和信號(hào)的輸出切換到對應(yīng)的測試接點(diǎn)上，由于通道數(shù)較多，在設(shè)計(jì)時(shí)選用ADI公司的32通道的模擬復(fù)用器ADG732來實(shí)現(xiàn)切換。其通道導(dǎo)通電阻為4 Ω，通道之間的導(dǎo)通電阻差值最大為0.8 Ω，通道多次切換的差值最大為0.5 Ω。開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間為30 ns。控制接口與TTL/CMOS兼容，并且輸出控制數(shù)據(jù)均帶鎖存。操作較簡便。

4.4 底板原理

底板負(fù)責(zé)將16個(gè)通道板的信號(hào)切換其中一路到控制板，并且實(shí)現(xiàn)譯碼功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對通道板初始檢測信號(hào)的切換，以判斷通道板是否已經(jīng)插上。譯碼器采用4-16線譯碼器、2-4線譯碼器和3-8線譯碼器級(jí)聯(lián)而成，實(shí)現(xiàn)66個(gè)片選信號(hào)選通。采用2個(gè)8選1的數(shù)據(jù)選擇器級(jí)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)16個(gè)通道板的初始檢測信號(hào)切換。

5 測試精度和速度

5.1 測試精度

對于電纜網(wǎng)中應(yīng)該連通的接點(diǎn)，應(yīng)精確地測試其導(dǎo)通電阻。本測試系統(tǒng)的測試精度主要取決于通道切換開關(guān)導(dǎo)通電阻的變化量ΔR.對于4次測量方式，會(huì)引入1次ΔR的誤差,而ΔR的最大值為0.5 Ω。電纜網(wǎng)與測試臺(tái)的連接工裝會(huì)引入接觸電阻，約為0.03 Ω。

5.2 測試速度

以16個(gè)通道板全部投入工作計(jì)算，共有1 024個(gè)接點(diǎn)需要檢測，則測試的總次數(shù)為523 776次。每次檢測時(shí)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間為0.04 ms（共轉(zhuǎn)換4次），對于DSP而言，其指令執(zhí)行時(shí)間在此可忽略。需要傳送到PC機(jī)的數(shù)據(jù)以2個(gè)字節(jié)計(jì)算（不傳送通道號(hào)），串口速率為115 200 bps，則每次傳送通訊時(shí)間約為0.2 ms。因此，每個(gè)檢測點(diǎn)的測試總時(shí)間約為0.3 ms，而檢測電纜網(wǎng)需要的時(shí)間約為3 min。

以上測試速度的計(jì)算是基于最壞的情況考慮的。從以上分析可以看出，測試速度主要受限于串口通訊的時(shí)間，如果對某2點(diǎn)進(jìn)行4次測試，則可以根據(jù)4次測試數(shù)據(jù)判斷是否開路。如果是開路，則不傳送數(shù)據(jù)，可以減少傳送的數(shù)據(jù)量，從而提高測試速度；也可以更進(jìn)一步優(yōu)化，即針對所有測試點(diǎn)進(jìn)行一次掃描（即只測試Racdb）。如果不是開路，采用4次測試的方法進(jìn)行測試。如果是開路，也不傳送數(shù)據(jù)，這樣可以大大提高測試速度。我們可以10 000個(gè)點(diǎn)不是開路計(jì)算，測試電纜網(wǎng)需要的時(shí)間約為11 s（以115 200 bps計(jì)算）。如果以38 400 bps計(jì)算，需要的時(shí)間約為22 s。

6 結(jié)論

采用本文提出的數(shù)字式測試系統(tǒng)進(jìn)行電纜測試，能提高對電纜的檢測質(zhì)量和檢測效率，可以實(shí)現(xiàn)測試數(shù)據(jù)的管理，并且其成本約為2萬元，具有很高的性價(jià)比。