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1、前放电路专用测试设备设计第1页，本讲稿共24页前放电路专用测试设备设计姓名：贺行炜 专业：自动化061 指导老师：杨 雷第2页，本讲稿共24页课题设计的内容课题设计的内容 w一、课题研究的背景和意义w二、硬件电路的设计 w三、前放电路的测试设计w四、软件设计 w五、结论第3页，本讲稿共24页课题研究的背景和意义课题研究的背景和意义1.1课题研究的背景 随着电子技术的飞速发展,传统的实验教学方法难以适应时代的发展。虚拟仪器是80年代末出现的新的仪器概念,是测试技术和计算机技术综合集成的产物,是计算机技术、测量仪器技术和软件技术共同孕育出的一项革命性新技术,代表了现代测试技术和仪器技术发展方向。虚
2、拟仪器的出现,开辟了测量测试技术的新纪元.第4页，本讲稿共24页2.2 课题研究的意义 前放电路专用测试系统包括硬件和软件两大部分。虚拟仪器的硬件功能是获取现实世界的被测信号,提供信号传输的通道。而软件是控制实现数据采集、分析、处理、显示等功能,并将其集成为仪器操作与运行的命令环境。从而完成各种测试功能的前放电路专用测试系统，这款前放电路专用测试设备使得对前放电路的测量变得方便，简单，快捷。给我们的测试、研究工作带来了很大便利。第5页，本讲稿共24页二、硬件电路的设计二、硬件电路的设计.系统由工控机通过远程控制模块MXI-4，PXI 8331实现对PXI测试板卡进行资源管理、数据采集、数据通信
3、、数据存储等控制操作；PXI测试设备通过BNC接口或标准电缆连接自制的信号适配器，对安装在其中的被测电路进行供电以及完成相关的测试项目；DSP仿真器和FPGA（现场可编程门阵列）下载电缆用于产品调试时使用，模拟及数字示波器作为电路板测试的辅助仪器通过GPIB（通用接口总线）接口与工控机相连，实现数据通信。2.1 2.1 前放电路专用测试设备组成框图前放电路专用测试设备组成框图前放电路专用测试设备组成框图前放电路专用测试设备组成框图 第6页，本讲稿共24页 2.2 2.2 高频模拟信号测试连线高频模拟信号测试连线高频模拟信号测试连线高频模拟信号测试连线.设计拟采用矩阵开关将被测电路、波形发生器以
4、及数据采集系统连接起来，实现与高频模拟信号相关的测试，如前放电路板动态特性、串扰、带宽、噪声有效值.其连接关系如图所示。在设计过程中采用矩阵开关，可以方便的利用软件编程来实现各通道之间的随意切换，减少了大量的信号连接电缆，精简了设备，提高了工作效率。由于在测试产品的动态性能时，需要对前放电路进行扫频测试并且需要的测试通道较多，所以矩阵开关需要选择带宽较大通道数较多的产品，NI公司的PXI2532其切换速度达2000次/秒并能与仪器同步运行，能够满足测试要求。第7页，本讲稿共24页2.3 2.3 信号适配器内部结构图信号适配器内部结构图信号适配器内部结构图信号适配器内部结构图 信号适配器具有在P
5、XI测试设备和被测电路之间做信号分配，信号调理以及供电等功能。w 5V电源 w1632矩阵开关接线板（实现测试系统与被测对象的信号切换）w电平变换 （LT1587芯片）w240接线端子板w270接线端子板 将信息处理电路板各路信号引入，并进行一对一的标号，方便测试和排故 w低噪声放大器专用电源 （NF公司的915D1）w低噪声放大器（噪声测试）w32路数字信号发生器/分析仪接线板（串扰）w多路开关（低频信号）第8页，本讲稿共24页2.4 2.4 低噪声放大器连接图低噪声放大器连接图低噪声放大器连接图低噪声放大器连接图 选用日本NF公司的430F5低噪声差分放大器，在进行噪声测试时将前放电路板输
6、出的噪声放大后再送入高速数据采集卡进行采集，为减少外部噪声的干扰，在设计中把低噪声放大器和低噪声放大器专用电源放入屏蔽盒中；低噪声放大器在适配器内部的连接关系如图所示 第9页，本讲稿共24页2.5 2.5 前放电路板测试的原理图前放电路板测试的原理图前放电路板测试的原理图前放电路板测试的原理图w前放电路板测试的原理图 单端前放电路板测试的硬件结构原理如图所示，单端前放电路板也是采用+9V、-9V直流电源供电，单端前放电路板只有一路两端子输入：OUT、AGND。输出端子为VOUT+、VOUT-。前放电路板测试的原理是由波形发生器发出信号由矩阵开关传给前放电路板输入端子，再由单端前放电路板输出端子
7、传给矩阵开关，通过labview软件编程控制矩阵开关结点的通断，选择测试项目，把信号传给采集设备。在有些测试中，由PXI波形发生器发送信号再由分析仪进行采集分析。.第10页，本讲稿共24页三、前放电路的测试设计三、前放电路的测试设计w放大倍数测试方法图 由波形发生器发出激励波形，经矩阵开关发送到前放电路板，用数字由波形发生器发出激励波形，经矩阵开关发送到前放电路板，用数字由波形发生器发出激励波形，经矩阵开关发送到前放电路板，用数字由波形发生器发出激励波形，经矩阵开关发送到前放电路板，用数字示波器的一路采集经由前放电路板放大输出的波形幅值，另一路采集波形示波器的一路采集经由前放电路板放大输出的波
8、形幅值，另一路采集波形示波器的一路采集经由前放电路板放大输出的波形幅值，另一路采集波形示波器的一路采集经由前放电路板放大输出的波形幅值，另一路采集波形发生器发出的初始波形幅值，二者相比较即可得出前放电路的放大倍数。发生器发出的初始波形幅值，二者相比较即可得出前放电路的放大倍数。发生器发出的初始波形幅值，二者相比较即可得出前放电路的放大倍数。发生器发出的初始波形幅值，二者相比较即可得出前放电路的放大倍数。第11页，本讲稿共24页3.33.3带宽测试带宽测试带宽测试带宽测试 w带宽测试方法图 波形发生器发出正弦激励波形，假设幅值为波形发生器发出正弦激励波形，假设幅值为波形发生器发出正弦激励波形，假
9、设幅值为波形发生器发出正弦激励波形，假设幅值为A A，经矩阵开关发，经矩阵开关发，经矩阵开关发，经矩阵开关发送到前放电路板，通过送到前放电路板，通过送到前放电路板，通过送到前放电路板，通过LabVIEWLabVIEW编写程序控制调节输入波形的频率，编写程序控制调节输入波形的频率，编写程序控制调节输入波形的频率，编写程序控制调节输入波形的频率，保持输入波形幅值不变。用数字示波器采集前放电路输出端的波形保持输入波形幅值不变。用数字示波器采集前放电路输出端的波形保持输入波形幅值不变。用数字示波器采集前放电路输出端的波形保持输入波形幅值不变。用数字示波器采集前放电路输出端的波形幅值，从零开始调节输入波
10、形的频率，直至输出波形的幅值变为幅值，从零开始调节输入波形的频率，直至输出波形的幅值变为幅值，从零开始调节输入波形的频率，直至输出波形的幅值变为幅值，从零开始调节输入波形的频率，直至输出波形的幅值变为0.707A0.707A，这时对应的频率即为前放电路的上限截止频率，这时对应的频率即为前放电路的上限截止频率，这时对应的频率即为前放电路的上限截止频率，这时对应的频率即为前放电路的上限截止频率fHfH。本设备。本设备。本设备。本设备的下限截止频率为的下限截止频率为的下限截止频率为的下限截止频率为0 0，所以前放电路板的带宽为，所以前放电路板的带宽为，所以前放电路板的带宽为，所以前放电路板的带宽为0
11、 0fH fH。第12页，本讲稿共24页3.4 3.4 供电噪声测试供电噪声测试w供电噪声测试方法图 将前放电路输入端短路，然后用数字示波器经矩阵开关采集前放电路的将前放电路输入端短路，然后用数字示波器经矩阵开关采集前放电路的输出信号。此时前放电路的输出即为供电噪声。但实际上供电电源产生的输出信号。此时前放电路的输出即为供电噪声。但实际上供电电源产生的噪声十分小，为噪声十分小，为VV级的，无法直接用示波器采集。所以拟将前放电路的输级的，无法直接用示波器采集。所以拟将前放电路的输出信号接入专用的低噪声放大器，为了避免低噪声放大器的引入会带来噪出信号接入专用的低噪声放大器，为了避免低噪声放大器的引
12、入会带来噪声，低噪声放大器用专用电源供电。再将低噪声放大器的输出经矩阵开关声，低噪声放大器用专用电源供电。再将低噪声放大器的输出经矩阵开关由数字示波器采集，得到的信号再除以低噪声放大器的放大倍数，此时即由数字示波器采集，得到的信号再除以低噪声放大器的放大倍数，此时即得到供电噪声。得到供电噪声。第13页，本讲稿共24页3.53.5串扰测试串扰测试串扰测试串扰测试 w串扰测试方法图 先短接先短接先短接先短接Input 2,Input 2,并接地，给并接地，给并接地，给并接地，给Input1Input1输入信号，测量输入信号，测量输入信号，测量输入信号，测量Output 2Output 2的信号，的
13、信号，的信号，的信号，即是即是即是即是Input 1Input 1对对对对2 2路的串扰，同理短接路的串扰，同理短接路的串扰，同理短接路的串扰，同理短接1 1路，接地，测量路，接地，测量路，接地，测量路，接地，测量1 1路输出的信号记路输出的信号记路输出的信号记路输出的信号记得得得得2 2路对路对路对路对1 1路的串扰。为了避免矩阵开关引入噪声，在测试串扰时，数字路的串扰。为了避免矩阵开关引入噪声，在测试串扰时，数字路的串扰。为了避免矩阵开关引入噪声，在测试串扰时，数字路的串扰。为了避免矩阵开关引入噪声，在测试串扰时，数字示波器不经矩阵开关，而是直接放在前放电路上测量，通过示波器不经矩阵开关，
14、而是直接放在前放电路上测量，通过示波器不经矩阵开关，而是直接放在前放电路上测量，通过示波器不经矩阵开关，而是直接放在前放电路上测量，通过LabVIEWLabVIEW编编编编写程序控制调节输入波形的频率，保持输入波形幅值不变，可测得不同写程序控制调节输入波形的频率，保持输入波形幅值不变，可测得不同写程序控制调节输入波形的频率，保持输入波形幅值不变，可测得不同写程序控制调节输入波形的频率，保持输入波形幅值不变，可测得不同频率时的串扰频率时的串扰频率时的串扰频率时的串扰第14页，本讲稿共24页四、软件设计四、软件设计w首先在PC机上安装LabVIEW软件，打开软件学习其中的入门指南就可以掌握其中一些
15、需要的元器件的位置以及作用，从而可以快速的找到本设计所需要的元器件。w点击图新建中的“VI”就可以建立一个设计窗口，点击“窗口”再点击“显示程序框图”就可以在框图中添加元器件和进行连线。第15页，本讲稿共24页4.14.1前放电路专用测试设备设计总界面模块前放电路专用测试设备设计总界面模块前放电路专用测试设备设计总界面模块前放电路专用测试设备设计总界面模块 在图中给电源供电，点击启动开启电源，然后在测试项目选择中选择要测试的项目，进入所需测试项目界面。第16页，本讲稿共24页4.2 4.2 放大倍数测试模块放大倍数测试模块放大倍数测试模块放大倍数测试模块 w从总界面进入放大倍数测试模块后，点击
16、开始按钮，即可进行前放电路放大倍数的测量；点击停止按钮停止测量；点击返回按钮，返回前放电路专用测试设备设计总界面。第17页，本讲稿共24页4.3 4.3 带宽测试模块带宽测试模块带宽测试模块带宽测试模块 w从总界面进入带宽测试模块后，点击开始按钮进行测试，由输入频率调节旋钮从零开始调节输入波形的频率，就可以测出钱放电路的下限截止频率fL，上限截止频率fH和带宽。点击停止按钮即可停止测量。点击返回按钮即可返回前放电路专用测试设备设计总界面。第18页，本讲稿共24页4.4 4.4 供电噪声测试模块供电噪声测试模块供电噪声测试模块供电噪声测试模块 w从总界面进入供电噪声测试模块后，点击开始按钮，即可
17、进行钱放电路供电噪声的测量，由输出波形的功率谱可较直观的观察供电噪声的大小；点击停止按钮停止测量；点击返回按钮，即可返回前放电路专用测试设备设计总界面。第19页，本讲稿共24页4.5 4.5 串扰测试模块串扰测试模块串扰测试模块串扰测试模块 w从总界面进入串扰测试模块后，点击开始按钮，即可进行前放电路串扰的测量，由输出波形的功率谱可较直观的观察串扰的大小；点击停止按钮停止测量；点击返回按钮，即可返回前放电路专用测试设备设计总界面。第20页，本讲稿共24页五、结论五、结论 本设备是用于对前放电路进行测试的专用设备，它能够模拟探测器输出的高频低幅值模拟信号；能够测试前放电路的带宽，放大倍数，串扰，
18、供电噪声进行测试。所设计的系统具有以下特点：第21页，本讲稿共24页w采用矩阵开关将被测电路、波形发生器以及数据采集系统连接起来，实现与高频模拟信号相关的测试可以方便的利用软件编程来实现各通道之间的随意切换，减少了大量的信号连接电缆精简了设备提高了工作效率。w系统由工控机通过远程模块PXI-PCI8331实现对PXI测试板卡进行资源管理、数据采集、数据通信、数据存储等控制操作；PXI测试设备通过BNC接口或标准电缆连接适配器，对安装在其中的被测电路进行供电以及完成相关的测试项目。w通过工业控制计算机利用Labview程序设计语言控制PXI总线的波形发生器、数字示波器、高速数字量发生器/分析仪、高精度DMM完成所需要的测试功能，使测试设备集成度提高，体积大为减小，并且可以通过程序完成自动测试和信号分配功能，降低了测试人员的工作难度，避免了误操作的可能性。第22页，本讲稿共24页 由于时间的有限和知识上的不足，此设计还有以下问题需要在下一步的工作中完善：w噪声：虽然噪声测试的设计方法比较成熟，但对于如何更好的抑制噪声，还需要了解更多这方面的知识。w软件：由于设计时间比较紧张，对于如何更好的设计软件，还需要了解更多这方面的知识。第23页，本讲稿共24页谢谢各位老师谢谢各位老师第24页，本讲稿共24页