基于局域網(wǎng)的自動測試設(shè)備（ATE）的建立技術(shù)_信息與通信_工程技術(shù)_專業(yè)信息
局域網(wǎng)？基于自動測試設(shè)備的樓宇技術(shù)局域網(wǎng)？基于自動測試設(shè)備的構(gòu)建技術(shù)李興山，梁旭，于勁松，北京航空航天大學(xué)自動化學(xué)院，檢驗與自動化工程系，北京100083摘要：基于局域網(wǎng)的ATE構(gòu)建技術(shù)的應(yīng)用顯著降低了ATE的生命周期成本，改善了資源ATE的可重用性和可伸縮性，并為實現(xiàn)下一代自動測試系統(tǒng)（ATS）結(jié)構(gòu)NxTest提供支持。本文從基于LAN的ATE的發(fā)展歷史入手，介紹了這種ATE的拓撲以及構(gòu)建此類系統(tǒng)的一些關(guān)鍵技術(shù)，重點介紹了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中ATE系統(tǒng)儀器資源的同步，定時和觸發(fā)技術(shù)。 ，以及如何使用合成工具作為基礎(chǔ)來建立ATE。關(guān)鍵字：自動測試設(shè)備，局域網(wǎng)，綜合儀器，自動測試系統(tǒng)，LXI。摘要：建立基于LAN的自動測試設(shè)備（ATE）可以明顯降低ATE在其整個生命周期內(nèi)的成本。這項技術(shù)的應(yīng)用可以提高ATE的重用性和可擴展性，并為Nxtest的實施提供支持。本文從ATE的發(fā)展歷史入手，介紹了基于LAN的ATE的拓撲結(jié)構(gòu)以及構(gòu)建該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。它著重于ATE資源的同步，時序和觸發(fā)，以及如何使用綜合工具建立ATE。局域網(wǎng)合成儀器； ATS； LXI.1簡介自動測試設(shè)備（ATE）的結(jié)構(gòu)是否具有機架？和？基于GPIB總線的堆棧和基于PC（個人計算機）的插件?；赩XI和PXI等的卡式儀表類型和模塊化儀表系統(tǒng)。
GPIB柜式儀器在測量頻率范圍，精度和功能方面具有優(yōu)勢，但是控制計算機需要GPIB插入卡，并且儀器之間的通訊速度較慢，體積和重量是主要缺點。 PC插入式儀器最便宜且體積小，但是其功能覆蓋范圍非常有限且使用不便，因此僅用于便攜式或低成本小型ATE。 VXI總線模塊化儀器體積小，重量輕，信號通道數(shù)量多，功能覆蓋范圍廣，配置靈活，并且儀器種類繁多。 VXI模塊化儀器通常用于航空航天和國防工業(yè)，還用于制造過程測試系統(tǒng)和高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 PXI總線1線模塊化儀器體積更小，重量更輕，體積僅為類似VXI儀器的1/4，并且價格低于VXI產(chǎn)品。但是，PXI總線儀器的功能覆蓋范圍有限，并且儀器種類遠遠少于VXI儀器。 。 PXI儀器目前主要用于某些需要便攜式數(shù)據(jù)采集任務(wù)的軍事ATE和工業(yè)自動化領(lǐng)域[1]。 VXI和PXI模塊化儀器通過共享機箱，電源并使用計算機屏幕上的軟面板，消除了柜式堆疊式儀器中可重復(fù)使用的儀器機箱，儀器電源，顯示面板，各種面板開關(guān)，按鈕等的需求。 。小型測試系統(tǒng)的目的是體積和重量。
但是，對于體積和重量要求較高的場合（例如某些軍用ATE），由于VXI和PXI總線系統(tǒng)都需要VXI（或PXI）用于機箱，因此該領(lǐng)域的進展仍然不完整。至少需要一個零槽控制器。使用外部控制計算機時，還必須將GPIB卡插入計算機（使用多系統(tǒng)總線MXI連接到VXI機箱時，需要插入MXI總線控制卡），并使用特殊的GPIB或MXI總線電纜。所有這些都會增加整個系統(tǒng)的成本，并使VXI（或PXI）在體積和重量方面都打折。當(dāng)前，臺式計算機配備了高速以太網(wǎng)（LAN）和通用串行接口（USB）。網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和USB即插即用規(guī)范使外圍設(shè)備可以輕松連接到計算機和PC的Windows。操作系統(tǒng)可以及時找到它并加載相應(yīng)的驅(qū)動器。測試設(shè)備和儀器制造商會及時跟蹤這一技術(shù)進步，并開始開發(fā)和發(fā)布一些以低成本，高速USB和LAN作為標(biāo)準(zhǔn)接口的儀器/設(shè)備?？梢允褂锰厥獾木钟蚓W(wǎng)來實現(xiàn)具有聯(lián)網(wǎng)功能的各種儀器的本地遠程控制，并且可以通過Internet進行更遠程的控制。 USBTMC？ USB488協(xié)議可用于通過USB接口方便地控制儀器?？刂品椒ㄅcGPIB儀器完全相同。
LAN / GPIB和USB / GPIB轉(zhuǎn)換器無需使用PC GPIB卡即可完成對傳統(tǒng)GPIB儀器的控制。當(dāng)使用帶有高速串行接口或以太網(wǎng)接口的儀器來構(gòu)建測試系統(tǒng)時，由于不需要使用VXI（或PXI）機箱和零插槽控制器，也不需要特殊的PC插件卡中，所使用的通訊電纜也很便宜，這使得采用這種方法來建立ATE，尤其是低成本的軍用ATE，已成為非常引人注目的發(fā)展趨勢。高速串行接口（IEEE1394，USB）最初是個人計算機制造商配置的標(biāo)準(zhǔn)接口自動測量設(shè)備，以促進各種服務(wù)外圍設(shè)備（例如打印機，掃描儀等）的連接。使用這種類型的串行接口總線構(gòu)建測試系統(tǒng)時，由于電纜布線受限和完整性不高的缺點，雖然通信速度可以超過GPIB總線，并且具有成本低，體積小，重量輕的優(yōu)點。關(guān)鍵任務(wù)信號，目前僅在建筑規(guī)模上。高速串行接口總線（例如USB）用于空間狹小且狹窄的測試系統(tǒng)。以太網(wǎng)是使用最廣泛的通信接口，測試設(shè)備和儀器制造商已在其產(chǎn)品上配置了以太網(wǎng)接口。以太網(wǎng)允許多臺計算機訪問測試網(wǎng)絡(luò)，而不會引起控制器沖突。
一般的點對點以太網(wǎng)連接距離可以達到100m。如果使用集線器，則半徑可達200??m。如果使用光纖接口，則距離可以擴展到數(shù)千公里。支持高速數(shù)據(jù)傳輸是大多數(shù)功能測試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序的關(guān)鍵技術(shù)要求之一。目前，一般的以太網(wǎng)可以具有100Mb / s的傳輸速率，并且已經(jīng)有1Gb / s甚至10Gb / s的高速以太網(wǎng)，可以滿足傳輸速度的要求?？傊?，從發(fā)展趨勢的角度來看，以太網(wǎng)將成為構(gòu)建各種自動測試系統(tǒng)（尤其是分布式系統(tǒng)）的強大工具。基于局域網(wǎng)的ATE構(gòu)建技術(shù)的研究將成為未來ATE / ATS技術(shù)研究的重要組成部分。方面。下面將討論以下內(nèi)容：基于網(wǎng)絡(luò)的ATE的開發(fā)；基于LAN的ATE的拓撲，時序，同步和觸發(fā)；基于合成儀器的ATE的構(gòu)造；基于局域網(wǎng)的合成儀器的結(jié)構(gòu)；以及本文的摘要。 2.基于網(wǎng)絡(luò)的ATE的發(fā)展概述計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在構(gòu)建ATE系統(tǒng)中的應(yīng)用尚未開始。 1980年代的一些ATE已經(jīng)應(yīng)用了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。圖1所示的B-2飛機生產(chǎn)過程的自動測試設(shè)備就是一個例子[6]。 ATE系統(tǒng)稱為自動生產(chǎn)測試設(shè)備（APTE），它由配備有總線擴展器和飛機接口設(shè)備的推車組成。還有一個計算機基站，該基站包括一個文件服務(wù)器和8個工作站。
一臺測試控制計算機和13個1553B接口組件放在推運車上，用于直接與飛機通信并獲取數(shù)據(jù)。在測試過程中，推車的接口在近距離連接到飛機。前端推車以及8個工作站和服務(wù)器通過局域網(wǎng)LAN連接以形成系統(tǒng)。文獻[6]中介紹的環(huán)境測試設(shè)備還使用局域網(wǎng)連接每個子系統(tǒng)，以形成整個ATE系統(tǒng)。但是，在這種早期的網(wǎng)絡(luò)ATE中，網(wǎng)絡(luò)主要用于連接系統(tǒng)中的各個變電站或子系統(tǒng)，而核心儀器系統(tǒng)或測試系統(tǒng)仍基于標(biāo)準(zhǔn)的計算機并行總線（例如VME，VXI）。 B2飛機的自動生產(chǎn)測試設(shè)備等）這里沒有充分利用局域網(wǎng)的優(yōu)勢。的?；贚AN的ATE形成技術(shù)的最新發(fā)展，2著重于如何使用LAN代替諸如GPIB，VXI，PXI等以前的并行總線來形成ATE，從而使ATE配置更加靈活，成本更低，更小巧，并且打火機。目標(biāo)。圖2顯示了基于并行總線的ATE和基于LAN的ATE的基本結(jié)構(gòu)。從本質(zhì)上講，以前的ATE核心硬件連接是集中的，可以形成基于并行總線的激勵資源（儀器或D / A）并行接口測量資源（儀器或A / D）并行接口轉(zhuǎn)換開關(guān)程序控制的電源并行接口并行接口并行總線（VXI，PXI，GPIB，MXI）a）集中式ATE硬件資源，用于連接儀器或模塊化儀器或模塊化儀器或模塊程控電源網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接口以太網(wǎng)（高速局域網(wǎng)）網(wǎng)絡(luò)，光纖網(wǎng)絡(luò)）B）局域網(wǎng)類型ATE的硬件資源連接圖2集中式ATE和分布式ATE基本結(jié)構(gòu)儀器的優(yōu)點），并配有儀器蓋（類似于臺式儀器），無需使用卡籠。
可聯(lián)網(wǎng)模塊的混合和匹配可以滿足測試系統(tǒng)的各種需求，因為可以使用軟件靈活地配置這些模塊，以實現(xiàn)多種激勵/測量功能。本質(zhì)上，這種類型的模塊以局域網(wǎng)為背板形成了模塊化的合成儀器結(jié)構(gòu)。結(jié)合一些可以聯(lián)網(wǎng)的模塊可以形成一個綜合的儀器平臺，從而消除了對昂貴的（VXI，PXI）機箱和MXI接口的需要，并使得可以在貨架產(chǎn)品和低成本LAN上使用PC來構(gòu)建ATE。當(dāng)這種類型的ATE執(zhí)行測量功能時，儀器模塊中運行的軟件主要用于收集信號，而PC中運行的軟件則處理收集到的信號并將信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為測量數(shù)據(jù)。這些模塊可以通過各種方式組合以形成所需的測量或測試功能。可以聯(lián)網(wǎng)的模塊可以使用一組外部觸發(fā)硬件（硬件方法）來實現(xiàn)測試系統(tǒng)所需的定時和同步，或者使用IEEE？ 1588協(xié)議（軟件方法）實現(xiàn)定時和同步。下一節(jié)將重點討論網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的時序和同步問題。基本的虛擬儀器平臺；后者是分布式的，其核心硬件配置更加靈活，擴展更加方便，可以形成基于局域網(wǎng)的綜合儀器平臺（Synthetic Instrument）。在建立局域網(wǎng)ATE時，連接的網(wǎng)絡(luò)可以是包含多個儀器資源的VXI / PXI機箱，也可以是具有聯(lián)網(wǎng)功能的單功能模塊（啟用LAN的模塊）。
可以聯(lián)網(wǎng)的各種儀器模塊將成為未來關(guān)鍵研發(fā)的關(guān)鍵硬件組件。這些模塊為基于局域網(wǎng)建立新的模塊化儀器系統(tǒng)或分布式測試系統(tǒng)鋪平了道路。安捷倫技術(shù)與VXI技術(shù)公司聯(lián)合推出了基于局域網(wǎng)的模塊化平臺標(biāo)準(zhǔn)LXI（用于儀器儀表的LAN擴展），該平臺全面利用了VXI總線和以太網(wǎng)的優(yōu)勢，為用戶提供了一個定義明確的平臺。開發(fā)高性能儀器和其他應(yīng)用程序?？梢月?lián)網(wǎng)的儀器模塊是一些儀器和子儀器。這些不帶儀表板的模塊以虛擬方式工作，并由計算機控制和顯示。這種儀器具有較小的尺寸和模塊化（如VXI，PXI3。LAN型ATE的結(jié)構(gòu)，時序和[3]）。同步LAN型ATE的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。計算機和各種儀器資源都通過集線器（Hub）網(wǎng)絡(luò)將網(wǎng)絡(luò)接口和電纜連接到系統(tǒng)中，TCP / IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議可確保實現(xiàn)高信心，無錯誤的通信，TCP / IP堆棧可提供錯誤檢測和錯誤校正功能。由于它是專用的局域網(wǎng)，因此通常下載不會與吞吐率沖突。
建立ATE的前提是要實現(xiàn)多臺儀器或多臺儀器機箱的定時和同步控制。 VXI / PXI總線系統(tǒng)的這一方面是通過時鐘和同步總線，星型總線和觸發(fā)總線來實現(xiàn)的。在基于LAN的ATE中，可以使用幾種不同的方法來實現(xiàn)多個儀器或多個機箱之間的定時和同步。最常見的方法是由系統(tǒng)中的主設(shè)備生成觸發(fā)脈沖或分配時鐘。來自主設(shè)備的這種信號被添加到系統(tǒng)中的每個從設(shè)備，如圖3中的虛線所示。這種基本拓撲可以提供相對穩(wěn)定的信號，但是因為每個設(shè)備具有不同的內(nèi)部3電信號輸入VXI機箱信號輸出RF /微波模擬數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號處理變頻信號調(diào)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器圖5 ATE系統(tǒng)的綜合儀器測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)VXI機箱PXI機箱PC集線器觸發(fā)信號可以連接到儀器（模塊）圖3 LAN類型ATE基本結(jié)構(gòu)PC集線器時鐘或觸發(fā)信號發(fā)生器可以連接到儀器（模塊）的CAT 5電纜電路上，會引起不平等的門延遲，加上從電纜到連接點的傳輸延遲，產(chǎn)生相同類型，等長的信號使用獨立的時鐘（或觸發(fā)）信號發(fā)生器時，導(dǎo)線的基本結(jié)構(gòu)很難達到較高的設(shè)置精度。
合成儀器測試系統(tǒng)具有圖5所示的結(jié)構(gòu)，可有效提高多個聯(lián)網(wǎng)單元之間的同步精度[4]。在進入輸入信號的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（A / D轉(zhuǎn)換）結(jié)構(gòu)之前，請使用如圖4所示的獨立時鐘進行信號調(diào)理。對于RF或微波或觸發(fā)信號發(fā)生器，請使用相同的類型和相同的類型。信號必須進行下轉(zhuǎn)換（下等長電纜以分配信號。此措施可以確保轉(zhuǎn)換），并且A / D轉(zhuǎn)換器所需的每個時鐘（或觸發(fā)）信號都經(jīng)歷大致相同的模擬信號形式，即數(shù)字A / D轉(zhuǎn)換后獲得的信號傳輸延遲。處理器對其進行處理以形成所需的測量值。實現(xiàn)定時和同步的另一種方法是使用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)發(fā)送到ATE主機。來自ATE主機的數(shù)據(jù)，即網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議（Network Time Protocol，NTP）。處理器對其進行處理，并將其發(fā)送到D / A轉(zhuǎn)換器和信號調(diào)節(jié)器。使用此方法時，網(wǎng)絡(luò)單元接收到的數(shù)據(jù)會生成所需的輸出激勵信號。如果要求生成具有包含RF或微波輸出信號的64位時間戳，則必須通過頻率變化傳遞帶有坐標(biāo)的通用時間。使用NTP方法設(shè)置轉(zhuǎn)換器以完成上轉(zhuǎn)換。
該儀表系統(tǒng)的突出優(yōu)點是，無需觸發(fā)器和時鐘即可實現(xiàn)圖5所示的合成儀表的結(jié)構(gòu)，并且可以使用外部設(shè)備和信號線。測試系統(tǒng)框圖如圖6所示。在圖中，“信號調(diào)節(jié)+降頻設(shè)備可以與NTP信號同步，并且派生的轉(zhuǎn)換+ A / D轉(zhuǎn)換+信號處理”構(gòu)成合成儀器的測量系統(tǒng)時鐘可以添加到任何儀器機架或特定數(shù)量部分； “信號處理+ D / A轉(zhuǎn)換+上轉(zhuǎn)換儀器模塊。+信號調(diào)理”構(gòu)成了合成儀器的激勵部分； “通信網(wǎng)絡(luò)的儀器（模塊）。4. ATE綜合儀器基于綜合儀器一組由共享硬件模塊和可重用硬件組件組成的硬件集合。信號與某些軟件組件（Building Block）匹配通?？梢酝ㄟ^特殊的電子電路或系統(tǒng)完成的測試功能來實現(xiàn)合成儀器的功能[2]，也就是說，通過輸入一組核心硬件組件和一些軟件來實現(xiàn)在特定的激勵和測量操作中，合成儀器可以靈活方便地實現(xiàn)各種激勵和測量功能自動測量設(shè)備，使用合成儀器的主要目的是在ATE系統(tǒng)中卸下單獨的儀器機架或VXI（PXI）機架，以進一步減小體積和ATE的權(quán)重。“ 4信息和控制”是合成儀器的通訊接口和內(nèi)部控制單元，“電源和穩(wěn)壓”單元，用于合成儀表升壓頻率信號調(diào)理，下變頻A / D轉(zhuǎn)換，D / A轉(zhuǎn)換通信以及控制電源和穩(wěn)壓數(shù)字信號處理。實現(xiàn)儀器測試系統(tǒng)的綜合框圖，該框圖提供了所需的電源。
從圖5、6中所示的核心硬件結(jié)構(gòu)開始，可以定義合成工具：合成工具是一種使用某種開放結(jié)構(gòu)并結(jié)合了一些常見和可重復(fù)的工具的類型。一起產(chǎn)生各種測試功能。使用合成儀器構(gòu)成下一代ATE / ATS具有以下優(yōu)點：首先，使用模塊化核心硬件代替物理測量儀器可以顯著減小ATE的體積和重量。其次，相同的核心硬件結(jié)構(gòu)可以用于各種不同的測試系統(tǒng)，從而消除了冗余的硬件和軟件，從而降低了ATE的成本。簡而言之，合成儀器技術(shù)是用于減小測試系統(tǒng)尺寸并降低系統(tǒng)復(fù)雜性的關(guān)鍵技術(shù)[5]。任何合成儀器的核心都是用于測量的A / D轉(zhuǎn)換器和用于激勵的D / A轉(zhuǎn)換器。在構(gòu)造ATE時，實際使用的合成器并不一定要求包括圖6所示的所有硬件組件。需要包括哪些組件取決于測試要求。例如，用于測量的合成儀器僅需要包含與基于A / D轉(zhuǎn)換器的測量功能相關(guān)的幾個硬件組件。數(shù)字信號處理以及通信和控制組件使合成儀器具有一些主要的智能性和可編程性。通過對合成儀器進行編程，可以使用通用A / D和D / A轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)特定的測量，激勵功能。
合成儀器的通訊組件是其與外界的接口。為了實現(xiàn)基于合成儀器的ATE系統(tǒng)，有必要定義一個標(biāo)準(zhǔn)的總線結(jié)構(gòu)?？梢赃x擇遵循ATE歷史上常用的VXI和PXI總線。但是，由于這樣的總線需要特殊的底盤和底板，因此進一步減小ATE系統(tǒng)的體積和重量是有限的。因此，使用局域網(wǎng)代替背板總線來形成下一代模塊化合成儀器測試系統(tǒng)已經(jīng)成為一個明顯的發(fā)展趨勢。為實現(xiàn)這一目標(biāo)而推出的LXI標(biāo)準(zhǔn)基于高速以太網(wǎng)技術(shù)，可以支持下一代自動測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)NxTest的各種高性能測試應(yīng)用[7]。由于以太網(wǎng)具有很高的速度（10Gb / s），并且以太網(wǎng)技術(shù)歷史悠久且技術(shù)成熟，因此很容易根據(jù)LXI標(biāo)準(zhǔn)連接個人計算機和儀器。為了使合成儀器具有高速聯(lián)網(wǎng)能力，在開發(fā)合成儀器時，有必要根據(jù)LXI標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計其通信接口，以滿足高速以太網(wǎng)的通信要求。在不久的將來，LXI將成為構(gòu)建各種軍事測試系統(tǒng)的首選高速I / O總線。 ATE的建立是一個引人注目的發(fā)展趨勢，因為它可以顯著減少ATE的體積和重量，降低成本和系統(tǒng)復(fù)雜性，并增強其配置靈活性。在LAN ATE中，儀器/設(shè)備之間的定時，同步和觸發(fā)存在問題。它需要專注于研究和解決它；基于合成儀器的LAN ATE的建立是實現(xiàn)下一代自動測試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)NxTest的重要方面[7]。 LXI標(biāo)準(zhǔn)為此提供了強有力的支持，并使合成儀器具有高速聯(lián)網(wǎng)功能是實現(xiàn)該目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)措施之一。
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