基于VEE的放大器自动测试系统设计

陈宝林

(河北远东通信系统工程有限公司，河北石家庄050200)

0 引言

随着科学技术的发展，对电子测量与仪器的要求越来越高。测试项目与测试范围与日俱增，测试的对象也越来越复杂，测试的参数繁多，测试速度与测试精度不断提高，使得传统的单机单参数手工测试已经不能满足当前的测试要求，迫切需要测量技术不断改进与完善［1］。

现在的手动测试放大器，搭建好测试平台后需要手动设置仪器、记数，在测试过程中，会占用大量的人力物力，存在测试的速度和精度不高等局限性。因此，设计了自动测试系统，通过 Agilent公司的VEE软件，利用GPIB通用总线接口技术，用计算机实现对仪器的控制和操作，来替代传统的人工操作方式，最大可能地排除人为因素造成的测试测量误差［2］。由于可预先编制测试程序去实现自动测试，所以提高了测试效率。

1 总体设计方案

自动测试系统由硬件和软件两部分组成，硬件由计算机、仪器和测试线等组成;软件由VEE编写的控制仪器和数据采集的程序组成。通过运行该软件，实现了对仪器的自动控制和测试数据的自动存储。

1．1 硬件构成

自动测试系统硬件由适合VEE软件运行的计算机、打印机、GPIB接口卡(Agilent 82357A USB/GPIB)、程控电源 N6705A、信号源 N5181A、频谱仪E4440A、功率计、测试夹具、待测设备和射频电缆组成，其中仪器之间的互联采用GPIB/GPIB电缆连接，若测试大于30 dBm的放大器，需在功分器和频谱仪间加30 dB衰减器。测试系统硬件基本组成框图如图1所示。

图1 测试系统硬件基本组成

计算机与程控电源、信号源、频谱仪和功率计的通信主要是通过GPIB接口总线进行通信。GPIB是HP公司在20世纪60年代末和70年代初开发的通用仪器控制接口总线标准。IEEE国际组织在1975年对 GPIB进行了标准化，由此 GPIB变成了IEEE488标准。1988年，IEEE推出了 IEEE488．2标准［3］。

测试数据将自动保存为Excel格式，输出主要是通过与计算机相连的打印机进行打印输出。

1．2 软件体系结构

自动测试系统采用Agilent VEE作为控制程序的软件支撑平台［4］，所以需先在计算机中安装WinXP、VEE8．5 以及安捷伦 I/O Libraries 15．5。

通过采用创建I/O控件来完成VEE过程控制仪器的方式非常有效，因为它允许用户采用VEE去控制任何仪器生产厂商的测试仪器，而不必关心仪器在VEE中是否提供了测试仪器的驱动器［5］。VEE 主要是通过 Direct I/O、Panel Driver、IVI-COM和VXI Plug＆Play几种主要方式实现对仪器设备的控制［6］，自动测试中主要是通过Driect I/O控件编写程序，并采用模块化的程序设计思想，将系统分成各模块，再把各个模块有机地连接起来，大大简化了自动测试软件的开发工作。

通过测试系统实现对多台仪器的控制和数据采集。在测试开始后，首先对每台仪器进行初始化，对仪器的控制通过设置多条I/O Transaction命令顺序执行。指令的格式为可编程仪器标准命令(Standard Commands for Programmable Instruments，SCPI)，SCPI是为解决程控仪器编程的标准化而提出的［7］。指令的编写需要依据仪器的说明书或相关文件上提供的机器指令，每条指令对应不同的机器操作步骤，根据机器指令可以简单而快速地编写自动测试程序［8］。初始化完毕后会提示设置仪器设备的参数和选择测试项目，设置完毕后，点击“开始测试”，会提示输入产品编号，输入编号后即可开始测试，测试结果将以xls格式存储到Excel表格中，测试数据会在窗口右侧显示，测试完第1台后会提示更换设备或保存退出的提示。VEE测试软件流程如图2所示。

图2 测试软件流程

2 程序设计与实际应用

自动测试程序是基于VEE下开发的自动测试程序，将已经编写好的单个测试项通过复选框可添加多个测试项，根据测试需要选择相应的测试项即可自动完成测试，测试数据会自动存储到Excel表格中。

因该测试系统由多个复选框组成，涉及放大器不同指标测试方法，该程序仅列出了测试相位噪声的具体测试方法，相位噪声测试流程如图3所示。

图3 相位噪声测试流程

选择相位噪声复选框，自动进入相位噪声测试程序，程序开始后，首先进行信号源复位、频率、幅度和输出设置，其语句如下:

“*RST;*CLS”

“SOUR:FREQ:FIX CF MHz”

“SOUR:POW:LEV:IMM:AMPAMP1 dBm”

“OUT:STAT ON”

接下来开始频谱仪E4440A测量模式的选择，频谱仪带有相位噪声插件，选择相噪模式后，进入相噪测量界面，模式选择命令为:“INSTRUMENT:SELECT:PNOISE”;下面开始设置频谱仪的载波频率、起止带宽和信号幅度，其语句如下:

“FREQ:CENTER”，CF，CFUNIT

“LPLOT:FREQ:OFFS:STAR ”，START，UNIT

“LPLOT:FREQ:OFFS:STOP ”，STOP，UNIT

“DISP:WIND:TRACE:Y:RLEVE ”，RL，”dBm”

下面开始扫描相位噪声曲线，其命令为:“SENS:FREQ:CARR:SEAR”，因扫描该曲线大约需要15 s方可扫描完成，设置了一个VEE自带的Delay插件延迟20 s;最后开始相位噪声偏移频率和Marker值的读取，该程序读取了偏移100 Hz、1 kHz、10 kHz和100 kHz四个相位噪声值的读取，其语句如下:

“CALC:LPL:MARK1:X 100Hz”

“CALC:LPL:MARK1:Y?”

READ TEST M100 REAL32

“CALC:LPL:MARK2:TRACE1”

“CALC:LPL:MARK2:STAT ON”

“CALC:LPL:MARK2:X 1kHz”

“CALC:LPL:MARK2:MODE POS”

“CALC:LPL:MARK2:Y?”

READ TEST M1K REAL32

10 kHz和100 kHz的语句只需将4～9条语句的MARK2改成MARK3和MARK4，偏移频率改成偏移10 kHz和100 kHz即可，VEE自带的Alpha-Number控件显示相位噪声值，相位噪声数据存储到Excel中的对应表格中。其他指标的测试方法与此类似，按照手动的测试方法，找到仪器编程手册中对应的命令即可实现，因篇幅限制，其他测试方法和命令不再一一列举。

打开VEE生成的可执行文件VXE后，可看到该自动测试程序的整体界面如图4所示。

点击“软件使用说明”按钮，可看到使用该测试程序的注意事项和使用说明。在放大器的测试过程中，通过搭建好自动测试硬件平台后，运行放大器自动测试软件，设置仪器参数和选择测试项目后，点击“开始测试”按钮，会弹出让您输入产品编号对话框，程序会根据文本框内的数据，设置电源的使用电压和最大电流、信号源的频率和输出幅度、频谱仪的频率和线损等，根据复选框选择测试项目，对放大器进行自动测试。测试数据会以xls格式进行存储，并且可以更改存储的文件名和路径，若不更改，会以默认的路径和文件名进行存储。点击“保存退出”按钮保存数据并退出该测试。

图4 自动测试程序整体界面

3 数据存储结果分析

为了验证测试结果的准确性、可靠性，选择了多台放大器进行了多次相关试验，对自动存储结果与实际手动测试结果进行比对，抽取1台放大器连续测试5次的测试数据如表1和表2所示。

表1 放大器自动测试结果

表2 放大器手动测试结果

通过反复测试比较可以看出，自动测试结果的准确性、可靠性非常高，并且该程序可以重复测试多台设备。手动测试1台设备的时间约10 min，而使用该测试系统，仅2 min就可以完成测试，并且会将测试结果自动存储到Excel表格中，不需要人工记录数据，大大地提高了测试的效率。

4 结束语

目前，我国在自动测试技术上正从专用自动测试向通用自动测试转变［9］。从测试实际出发，理论联系实际，搭建了测试功率放大器的测试平台，通过VEE控制仪器，再通过复选框选择所需的测试项目，实现了对仪器的设置和对放大器各项指标的测试，并能将结果存入Excel表格中，测试速度快，减少了人为错误，降低了费用，提高了生产率。此外，该测试系统对测试人员的要求低，在不需要深入了解测试方法和测试设备的情况下，也能快速完成测试。在大批量重复测试过程中，更能体现出其测试的优越性［10］。随着自动测试技术的发展，这一技术必将得到广泛的应用。

［1］ 张毅刚，彭喜元，姜守达，等．自动测试系统［M］．哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2001．

［2］ 王丽红，王 玲．基于VEE的信号发生器自动校准系统［J］．无线电工程，2010，40(2):51 －52．

［3］ Agilent University．自动化测试基础［M］．北京:安捷伦科技大学教育与培训中心，2011:26－27．

［4］ 欧阳思华，武 锦，李艳奎，等．基于Agilent VEE实现混频器的自动化测试［J］．电子测量技术，2008，31(11):108－110．

［5］ 听雨轩工作室．Agilent VEE虚拟仪器工程设计与开发［M］．北京:国防工业出版社，2004．

［6］ Agilent Technologies．Advanced Agilent VEE Pro［M］．北京:安捷伦科技大学教育与培训中心，2012:29－31．

［7］ 付新华，王 健．虚拟仪器软件标准及编程方法概述［J］．电测与仪表，2005，42(2):4 －8．

［8］ 徐江峰，詹新生，傅 锋，等．基于HP VEE的虚拟仪器实现［J］．计算机工程及应用，2005(11):97－99．

［9］ 杨瑞青，贾万才．自动测试系统中射频电平的修正［J］．国外电子测量技术，2008，27(3):46 －48．

［10］ 侯 强．基于VEE的功率放大器的自动测试系统［C］∥第十三届全国遥感遥测遥控学术年会论文集．哈尔滨:中国电子学会遥感遥测遥控分会，2012:530－532．