基于LXI的干扰控制及信号产生设备自动测试系统设计

李映晟，石远东

（船舶重工集团公司723所，扬州225001）

0 引 言

雷达有源干扰设备中的干扰控制及信号产生设备，由许多复杂的高速数字及模拟电路组成。目前，调试时多采用人工测试的方法，需按调试要求对大量逻辑信号、控制码及各类中频射频信号进行测量，并且需要针对各类不同的测试信号设置示波器、频谱仪等多种仪表，测量一项指标后，记录结果再进行下一步。这种人工的测试方式工作量较大且繁杂，对调试人员要求也较高，不能满足大批量测试调试的任务需求。干扰控制及信号产生设备自动测试系统以自动的方式完成被测设备的控制，配合仪表设置、自动记录等工作，能大大简化手工设置、测量、记录的调试方式，并能自动生成规范化的数据报告。

1 人工测试方式及手段

干扰系统中干扰控制及信号产生设备，一般由接口电路、干扰控制器、噪声技术产生器、欺骗技术产生器、欺骗信号产生器等组成。

目前人工测试方法主要有以下几个步骤 （具体流程如图1所示）：

（1）根据测试内容配置相应仪表；

（2）在控制软件中对被测设备进行人工设置，发送相应参数；

（3）将需要测量的逻辑波门或中频射频信号在各种仪表上捕捉到；

（4）再细调仪表，将要测量的指标与技术条件比对；

（5）记录数据；

（6）下一项指标测试中，如果要用到其他仪表，需拆除当前仪表和测试机箱间连接。

在干扰控制及信号产生设备测试中，涉及多个逻辑比较或多个射频信号的多项指标测量，使用示波器、频谱仪等捕捉信号及细调仪表的工作量较大。而多种仪表的使用和不断调整连接使测试工作显得无序，并且测试工位铺张较大，测试电缆连接杂乱。测试框图如图2所示。

在传统测试方式下，人工需要操作的步骤过于繁多，对测试人员的技术要求较高，需要具有娴熟的各类仪表使用操作技术，对各项指标有详细认识，并且人为因素可能会导致的测试误差较高。所以目前的人工测试方法无法满足大量装备生产测试任务。

经上述分析，当前的测试需要做以下几点改进：

（1）测试环境搭建复杂，每次调试或不同指标的测试需要调整各种仪表及电缆，不定因素增加；

（2）测试时人工成分多，增加了人为因素所导致的错误率；

（3）记录各项数据需要大量时间；

（4）测试环节烦，上手难度较大。

所以需要一套干扰控制及信号产生设备的自动测试系统来简化和完善测试流程，提高测试的效率与可靠性。

2 自动测试系统的设计

测试系统中，仪表的选择与使用对自动测试流程和方法有很大影响，传统单台式仪表的结构差别大，重量较大，不同厂商之间仪表兼容性差，对于调试来说，冗余功能较多，造成仪表浪费，仪器间杂乱的电缆连接给测试增加了一定的复杂度。本测试系统遵循小型、精简、灵活的设计理念，采用LXI标准的、小型的模块化仪表。

LXI是基于局域网技术的新一代模块化自动测试平台，它集中了通用接口总线 （GPIB）的易用性、VXI／PXI的高性能与小尺寸、以太网的灵活性与高吞吐能力。可以按需求灵活配置，标准化的结构和接口给测试系统的配置和使用带来了便利。LXI仪器在构建自动测试系统中，最大的优势是其核心硬件技术与台式仪器的核心硬件技术是相同的，所以研发阶段在台式仪器上使用的测试方法和测试软件同样可以方便地移植到LXI系统中，从而大大降低了重新编写测试软件和验证系统性能的费用。

2.1 自动测试系统硬件构架

LXI仪器的接口主要包括硬件接口、驱动程序接口和Web接口三部分［1］。LXI仪表按功能可分为A、B、C三类：C类仪器具有一个标准的LAN接口和Web接口，这些仪器不需要支持硬件触发和IEEE1588触发；B类仪器包括C类的所有功能特征，还支持IEEE1588，即精确时钟同步协议（PTP）；A类仪器除包括B类和C类的全部功能外，还增加了一种硬件触发功能［1］。

基于A、B、C三类LXI仪表，实现同步触发有3种方案，可以达到不同的时间精度：

（1）硬件同步子系统，ns级精度；

（2）采用IEEE 1588精确时钟同步协议，借助硬件支持，实际应用可确保20ns精度；

（3）采用网络时间协议 （NTP），ms级精度。

因为测试系统采用模块化仪表，测试结构紧凑，仪表间距离短，硬件触发总线在这种条件下能达到非常高的精度。硬件触发总线是LXI设备所具有的一种高精度、低延时和低触发的触发方式。它有8路通道，具有两种模式：驱动模式和线或模式。驱动模式是一点对多点操作；线或模式是多点对多点操作。LXI仪表能够记录外部事件产生硬件触发信号的时间，并读取预置缓冲区的数据，这为高速时序测量提供了良好条件［2］。

干扰控制及信号产生设备中，很多重要指标都为几十、几百ns，所以根据测试需要选用A类仪表，主要采用硬件总线触发方式。由于硬件触发总线只有8路信号，所以在系统中将所需触发的信号预先接入控制板，根据测试项需求在控制板中预先选择触发信号，送给LXI仪表。由于LXI仪器组合没有共用的计算机背板，LAN没有确定的同步时钟，所以必须考虑如何处理LXI仪器在进行测量控制时所遇到的触发、定时和同步难题，必须引入一种同步时钟协议，即IEEE1588精确时钟同步协议，它能使LAN具备带有触发和同步的能力，从而能可靠地控制仪器进行测量［3］。这种标准化时钟同步法成本效益高，并且支持异构系统。

基于LXI标准的小型模块化仪表不仅解决了精简结构的问题，更能够提供多种标准对外接口与控制总线，简单的集成方法和开放性的系统可使用软件连接到像Excel和Word，甚至浏览器这类流行的应用软件和报告工具上，易于设置、数据记录和查错。基于LXI标准，不同厂商之间的仪表能够兼容使用，硬件搭配更加灵活［2］。

自动测试系统中，根据干扰控制及信号产生设备的指标测试需要，需采用信号源、频谱仪、示波器等。

系统中所采用的LXI统一标准前后面板结构仪表，接口结构统一，高度一般为2U，以这种仪表所组成的调试用机架，结构更加紧凑。

测试系统所用标准结构LXI仪表接口示意图如图3所示。

干扰控制及信号产生设备测试系统主要包含显控部分、LXI仪表部分及控制板。

显控部分是整个系统的控制终端，由显示器、工控机、路由器及控制板组成。其中工控机安装控制软件发送报文给干扰控制及信号产生设备，并发送控制命令给模块化仪表。

图3 标准结构LXI仪表接口示意图

控制板由ARM9与现场可编程门阵列 （FPGA）及相关外围电路组成，硬件触发总线采用SN65MLVD080，提供8路多点－低压差分信号（M－LVDS）收发功能。IEEE1588精确同步的实现，在控制板的硬件物理层用时间戳处理，消息实际到达或离开设备时出现硬件时间戳，该时间戳操作由硬件执行，精度更高。控制板输入时钟200MHz，再经内部锁相倍频，使系统主时钟精度达到ns级。控制板主要功能是对逻辑信号数据采集、判断和I／O控制、选通硬件触发信号。在测试系统工作时，预置的初始化及参数数据对LXI仪表进行初始化和相关参数设置［4－5］。控制板印制板见图4。

图4 控制板图

如图5所示，自动测试系统由工控机控制软件发送测试指令给干扰控制及信号产生设备，引导分机产生相应的控制逻辑及射频信号，同时针对测试内容，控制板通过LAN总线控制测试机架中对应的模块化仪表设置相应参数，读取仪表回报数据以及被测设备产生的各种信号，并形成数据报文送工控机记录。

2.2 自动测试系统软件设计

LXI总线的软件有两类：一类基于客户端／服务器 （B／S）模式，另一类基于浏览器／服务器（C／S）模式，客户端可通过IVI－COM对LXI模块进行访问和控制。本文采用了网络通信中常用的C／S模式。

图5 测试系统基本硬件功能连接框图

基于C／S模型的LXI自动测试系统中，也引入B／S模型，可通过浏览器直接访问测试系统的IP地址。采用了这种基于B／S模式的C／S模型，软件编程方便，LXI模块端运用操作系统中的TCP／IP协议，而客户端 （也就是自动测试系统中的主控机）只需使用浏览器就能进行测试的操控。

自动测试系统软件接口如图6所示。

图6 自动测试软件接口图

LXI仪表均带有驱动程序和函数库，且开放底层函数。C／S模式中，客户端与仪表以IVI－COM协议相连，类似于网络通讯中的Stoket，开发环境为LabWindows／CVI。该接口协议编写可直接调用API函数，IVI模型中，仪表每一项属性，都能作为一个可读写的函数［1］。利用IVI模型进行自动测试的流程见图7。

自动测试系统可根据调试需求选择单项测试和所有项目测试，单项测试参数，通过界面软件键入；所有项目测试使用预置的参数，按顺序进行各个项目测试，软件流程图如图8所示。

图7 测试系统内IVI驱动的软件流程

图8 自动测试系统软件流程图

3 测试流程及测试方法

干扰控制及信号产生设备中所需测试的指标类型多样，有信号功率、谐波杂散、响应时间、控制波门逻辑时序等。该自动测试系统能够通过LAN总线控制仪表自动测试和记录信号功率、杂散谐波，也能够利用高速硬件触发总线功能，结合IEEE1588精确时钟协议功能，对复杂逻辑信号进行自动判断。IEEE1588能够给每个触发事件加时间戳，根据测试内容，预设事件的触发点与容差值，在测试中辅助硬件触发总线，提取所需事件的时间戳，对测试的数据进行校验，增加测试的准确性。

根据测试指标的不同，这里将这些指标分为四大类，以4种方式进行测试判断：

（1）控制码高低电平判断：主要以各类控制码本振码为主，直接送往控制板，由控制板根据相应高低电平或信号逻辑时序判断是否正确。

（2）中频射频信号参数：送给模块化仪表中的频谱仪或示波器，记录测试项的相应参数，回报控制界面。

（3）电平与射频混合逻辑：此项测试中将电平信号接入硬件触发总线，作为外部触发时间，记录触发起始时间和电平变化时间，再用硬件时间戳记录另一路射频信号产生或者变换的节点时间，参数回报给控制板，进行逻辑判断。

（4）逻辑电平比较：该类测试以开关信号、优先级控制等波门为主，将需要测量的逻辑信号接入硬件触发总线，以所测的2路逻辑波门沿到达时间节点为测量参数，回报给控制板进行判断。

从以上针对四类指标的测试方式可以看出，基于LXI总线的自动测试系统能够减轻干扰控制及信号产生分机测试时的多项繁杂工作，并且硬件总线的高精度ns级的时间同步使时序测量及复杂逻辑比较更准确可靠。

4 结束语

干扰控制及信号产生设备的自动测试系统提供了高精度的远程自动化测试环境，所需测试流程大大精简，人工参与环节更少，测试过程流畅，提高了设备测试的可靠性与效率。

［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类设备接口功能的LXI仪器通用接口模块的设计与实现 ［D］.西安：西安电子科技大学，2010.

［5］楚鹰军 陈国辉.基于硬件时间戳的IEEE1588时间同步技术的一种实现方法 ［J］.现代传输，2011（1）：58－61.