前放電路專用測試設(shè)備設(shè)計(jì)

前放電路專用測試設(shè)備設(shè)計(jì)第1頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日前放電路專用測試設(shè)備設(shè)計(jì)姓名：賀行煒專業(yè)：自動(dòng)化061指導(dǎo)老師：楊雷第2頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容一、課題研究的背景和意義二、硬件電路的設(shè)計(jì)三、前放電路的測試設(shè)計(jì)四、軟件設(shè)計(jì)五、結(jié)論第3頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日課題研究的背景和意義1.1課題研究的背景

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法難以適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。虛擬儀器是80年代末出現(xiàn)的新的儀器概念,是測試技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)綜合集成的產(chǎn)物,是計(jì)算機(jī)技術(shù)、測量儀器技術(shù)和軟件技術(shù)共同孕育出的一項(xiàng)革命性新技術(shù),代表了現(xiàn)代測試技術(shù)和儀器技術(shù)發(fā)展方向。虛擬儀器的出現(xiàn),,開辟了測量測試技術(shù)的新紀(jì)元.第4頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日2.2課題研究的意義

前放電路專用測試系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分。虛擬儀器的硬件功能是獲取現(xiàn)實(shí)世界的被測信號(hào),提供信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ馈６浖强刂茖?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析、處理、顯示等功能,并將其集成為儀器操作與運(yùn)行的命令環(huán)境。從而完成各種測試功能的前放電路專用測試系統(tǒng)，這款前放電路專用測試設(shè)備使得對(duì)前放電路的測量變得方便，簡單，快捷。給我們的測試、研究工作帶來了很大便利。

第5頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日二、硬件電路的設(shè)計(jì).

系統(tǒng)由工控機(jī)通過遠(yuǎn)程控制模塊MXI-4，PXI8331實(shí)現(xiàn)對(duì)PXI測試板卡進(jìn)行資源管理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等控制操作；PXI測試設(shè)備通過BNC接口或標(biāo)準(zhǔn)電纜連接自制的信號(hào)適配器，對(duì)安裝在其中的被測電路進(jìn)行供電以及完成相關(guān)的測試項(xiàng)目；DSP仿真器和FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）下載電纜用于產(chǎn)品調(diào)試時(shí)使用，模擬及數(shù)字示波器作為電路板測試的輔助儀器通過GPIB（通用接口總線）接口與工控機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。2.1前放電路專用測試設(shè)備組成框圖

第6頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日2.2高頻模擬信號(hào)測試連線

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設(shè)計(jì)擬采用矩陣開關(guān)將被測電路、波形發(fā)生器以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接起來，實(shí)現(xiàn)與高頻模擬信號(hào)相關(guān)的測試，如前放電路板動(dòng)態(tài)特性、串?dāng)_、帶寬、噪聲有效值.其連接關(guān)系如圖所示。在設(shè)計(jì)過程中采用矩陣開關(guān)，可以方便的利用軟件編程來實(shí)現(xiàn)各通道之間的隨意切換，減少了大量的信號(hào)連接電纜，精簡了設(shè)備，提高了工作效率。由于在測試產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)性能時(shí)，需要對(duì)前放電路進(jìn)行掃頻測試并且需要的測試通道較多，所以矩陣開關(guān)需要選擇帶寬較大通道數(shù)較多的產(chǎn)品，NI公司的PXI－2532其切換速度達(dá)2000次/秒并能與儀器同步運(yùn)行，能夠滿足測試要求。第7頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日2.3信號(hào)適配器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

信號(hào)適配器具有在PXI測試設(shè)備和被測電路之間做信號(hào)分配，信號(hào)調(diào)理以及供電等功能。＋5V電源16×32矩陣開關(guān)接線板（實(shí)現(xiàn)測試系統(tǒng)與被測對(duì)象的信號(hào)切換）電平變換（LT1587芯片）

2×40接線端子板2×70接線端子板

將信息處理電路板各路信號(hào)引入，并進(jìn)行一對(duì)一的標(biāo)號(hào)，方便測試和排故低噪聲放大器專用電源（NF公司的915D1）低噪聲放大器（噪聲測試）32路數(shù)字信號(hào)發(fā)生器/分析儀接線板（串?dāng)_）多路開關(guān)（低頻信號(hào)）

第8頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日2.4低噪聲放大器連接圖

選用日本NF公司的430F5低噪聲差分放大器，在進(jìn)行噪聲測試時(shí)將前放電路板輸出的噪聲放大后再送入高速數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集，為減少外部噪聲的干擾，在設(shè)計(jì)中把低噪聲放大器和低噪聲放大器專用電源放入屏蔽盒中；低噪聲放大器在適配器內(nèi)部的連接關(guān)系如圖所示第9頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日2.5前放電路板測試的原理圖前放電路板測試的原理圖

單端前放電路板測試的硬件結(jié)構(gòu)原理如圖所示，單端前放電路板也是采用+9V、-9V直流電源供電，單端前放電路板只有一路兩端子輸入：OUT、AGND。輸出端子為VOUT+、VOUT-。前放電路板測試的原理是由波形發(fā)生器發(fā)出信號(hào)由矩陣開關(guān)傳給前放電路板輸入端子，再由單端前放電路板輸出端子傳給矩陣開關(guān)，通過labview軟件編程控制矩陣開關(guān)結(jié)點(diǎn)的通斷，選擇測試項(xiàng)目，把信號(hào)傳給采集設(shè)備。在有些測試中，由PXI波形發(fā)生器發(fā)送信號(hào)再由分析儀進(jìn)行采集分析。.第10頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日三、前放電路的測試設(shè)計(jì)放大倍數(shù)測試方法圖

由波形發(fā)生器發(fā)出激勵(lì)波形，經(jīng)矩陣開關(guān)發(fā)送到前放電路板，用數(shù)字示波器的一路采集經(jīng)由前放電路板放大輸出的波形幅值，另一路采集波形發(fā)生器發(fā)出的初始波形幅值，二者相比較即可得出前放電路的放大倍數(shù)。第11頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日3.3帶寬測試

帶寬測試方法圖

波形發(fā)生器發(fā)出正弦激勵(lì)波形，假設(shè)幅值為A，經(jīng)矩陣開關(guān)發(fā)送到前放電路板，通過LabVIEW編寫程序控制調(diào)節(jié)輸入波形的頻率，保持輸入波形幅值不變。用數(shù)字示波器采集前放電路輸出端的波形幅值，從零開始調(diào)節(jié)輸入波形的頻率，直至輸出波形的幅值變?yōu)?.707A，這時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率即為前放電路的上限截止頻率fH。本設(shè)備的下限截止頻率為0，所以前放電路板的帶寬為0～fH。

第12頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日3.4供電噪聲測試供電噪聲測試方法圖

將前放電路輸入端短路，然后用數(shù)字示波器經(jīng)矩陣開關(guān)采集前放電路的輸出信號(hào)。此時(shí)前放電路的輸出即為供電噪聲。但實(shí)際上供電電源產(chǎn)生的噪聲十分小，為μV級(jí)的，無法直接用示波器采集。所以擬將前放電路的輸出信號(hào)接入專用的低噪聲放大器，為了避免低噪聲放大器的引入會(huì)帶來噪聲，低噪聲放大器用專用電源供電。再將低噪聲放大器的輸出經(jīng)矩陣開關(guān)由數(shù)字示波器采集，得到的信號(hào)再除以低噪聲放大器的放大倍數(shù)，此時(shí)即得到供電噪聲。第13頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日3.5串?dāng)_測試

串?dāng)_測試方法圖

先短接Input2,并接地，給Input1輸入信號(hào)，測量Output2的信號(hào)，即是Input1對(duì)2路的串?dāng)_，同理短接1路，接地，測量1路輸出的信號(hào)記得2路對(duì)1路的串?dāng)_。為了避免矩陣開關(guān)引入噪聲，在測試串?dāng)_時(shí)，數(shù)字示波器不經(jīng)矩陣開關(guān)，而是直接放在前放電路上測量，通過LabVIEW編寫程序控制調(diào)節(jié)輸入波形的頻率，保持輸入波形幅值不變，可測得不同頻率時(shí)的串?dāng)_第14頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日四、軟件設(shè)計(jì)首先在PC機(jī)上安裝LabVIEW軟件，打開軟件學(xué)習(xí)其中的入門指南就可以掌握其中一些需要的元器件的位置以及作用，從而可以快速的找到本設(shè)計(jì)所需要的元器件。點(diǎn)擊圖新建中的“VI”就可以建立一個(gè)設(shè)計(jì)窗口，點(diǎn)擊“窗口”再點(diǎn)擊“顯示程序框圖”就可以在框圖中添加元器件和進(jìn)行連線。第15頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日4.1前放電路專用測試設(shè)備設(shè)計(jì)總界面模塊

在圖中給電源供電，點(diǎn)擊啟動(dòng)開啟電源，然后在測試項(xiàng)目選擇中選擇要測試的項(xiàng)目，進(jìn)入所需測試項(xiàng)目界面。第16頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日4.2放大倍數(shù)測試模塊

從總界面進(jìn)入放大倍數(shù)測試模塊后，點(diǎn)擊開始按鈕，即可進(jìn)行前放電路放大倍數(shù)的測量；點(diǎn)擊停止按鈕停止測量；點(diǎn)擊返回按鈕，返回前放電路專用測試設(shè)備設(shè)計(jì)總界面。第17頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日4.3帶寬測試模塊

從總界面進(jìn)入帶寬測試模塊后，點(diǎn)擊開始按鈕進(jìn)行測試，由輸入頻率調(diào)節(jié)旋鈕從零開始調(diào)節(jié)輸入波形的頻率，就可以測出錢放電路的下限截止頻率fL，上限截止頻率fH和帶寬。點(diǎn)擊停止按鈕即可停止測量。點(diǎn)擊返回按鈕即可返回前放電路專用測試設(shè)備設(shè)計(jì)總界面。第18頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日4.4供電噪聲測試模塊

從總界面進(jìn)入供電噪聲測試模塊后，點(diǎn)擊開始按鈕，即可進(jìn)行錢放電路供電噪聲的測量，由輸出波形的功率譜可較直觀的觀察供電噪聲的大?。稽c(diǎn)擊停止按鈕停止測量；點(diǎn)擊返回按鈕，即可返回前放電路專用測試設(shè)備設(shè)計(jì)總界面。

第19頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日4.5串?dāng)_測試模塊

從總界面進(jìn)入串?dāng)_測試模塊后，點(diǎn)擊開始按鈕，即可進(jìn)行前放電路串?dāng)_的測量，由輸出波形的功率譜可較直觀的觀察串?dāng)_的大?。稽c(diǎn)擊停止按鈕停止測量；點(diǎn)擊返回按鈕，即可返回前放電路專用測試設(shè)備設(shè)計(jì)總界面。第20頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日五、結(jié)論

本設(shè)備是用于對(duì)前放電路進(jìn)行測試的專用設(shè)備，它能夠模擬探測器輸出的高頻低幅值模擬信號(hào)；能夠測試前放電路的帶寬，放大倍數(shù)，串?dāng)_，供電噪聲進(jìn)行測試。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：第21頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日采用矩陣開關(guān)將被測電路、波形發(fā)生器以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接起來，實(shí)現(xiàn)與高頻模擬信號(hào)相關(guān)的測試可以方便的利用軟件編程來實(shí)現(xiàn)各通道之間的隨意切換，減少了大量的信號(hào)連接電纜精簡了設(shè)備提高了工作效率。系統(tǒng)由工控機(jī)通過遠(yuǎn)程模塊PXI-PCI8331實(shí)現(xiàn)對(duì)PXI測試板卡進(jìn)行資源管理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等控制操作；PXI測試設(shè)備通過BNC接口或標(biāo)準(zhǔn)電纜連接適配器，對(duì)安裝在其中的被測電路進(jìn)行供電以及完成相關(guān)的測試項(xiàng)目。通過工業(yè)控制計(jì)算機(jī)利用Labview程序設(shè)計(jì)語言控制PXI總線的波形發(fā)生器、數(shù)字示波器、高速數(shù)字量發(fā)生器/分析儀、高精度DMM完成所需要的測試功能，使測試設(shè)備集成度提高，體積大為減小，并且可以通過程序完成自動(dòng)測試和信號(hào)分配功能，降低了測試人員的工作難度，避免了誤操作的可能性。