呂景輝 周 雋

（1.中國(guó)人民解放軍92557部隊(duì)， 廣州 510000；2.海軍工程大學(xué) 導(dǎo)航工程系， 武漢 430030）

1 引言

隨著電路集成化的快速發(fā)展，艦艇裝備的集成電路復(fù)雜程度已越來(lái)越高，這就要求測(cè)試系統(tǒng)具備更強(qiáng)的數(shù)據(jù)吞吐能力及并行測(cè)試功能[1]。同時(shí)，艦艇導(dǎo)航設(shè)備集成電路數(shù)量大，離線測(cè)試時(shí)所需要的激勵(lì)種類繁多，這就要求測(cè)試系統(tǒng)能夠靈活地產(chǎn)生多樣的模擬及數(shù)字信號(hào)[2]。特別是，艦艇裝備的工作環(huán)境比較特殊，除電子特性以外，溫度特性也是特別需要關(guān)注的因素。

傳統(tǒng)測(cè)控儀器由于技術(shù)更新周期長(zhǎng)、系統(tǒng)封閉等缺點(diǎn)，不能滿足日益復(fù)雜的測(cè)控需求。而以計(jì)算機(jī)為核心的虛擬儀器[3]，技術(shù)更新快，功能可由用戶自定義，軟件開(kāi)發(fā)維護(hù)費(fèi)用低，且具有靈活性、開(kāi)放性和重配置等優(yōu)點(diǎn)[4,5]。利用LabVIEW開(kāi)發(fā)出來(lái)的該測(cè)試系統(tǒng)，滿足了對(duì)艦艇導(dǎo)航設(shè)備集成電路的溫度及電子特性測(cè)試，使測(cè)試精度、可靠性、高效性得到了充分保障。

2 總體設(shè)計(jì)

2.1 硬件總體設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)主要部分組成：工控機(jī)、顯示器、溫度測(cè)控單元、信號(hào)分配單元、信號(hào)產(chǎn)生及采集單元。工控機(jī)是測(cè)試系統(tǒng)的中樞，它控制所有儀器的工作狀態(tài)與時(shí)序，同時(shí)儀器采集的數(shù)據(jù)最終都在工控機(jī)上得到分析及顯示；溫度測(cè)控單元由加溫箱和溫度傳感器組成[6]；信號(hào)分配單元的主要組成部分是 PCI-6509模塊和繼電器陣列板；信號(hào)產(chǎn)生及采集單元主要是PCI-6251模塊。

當(dāng)模擬艦艇導(dǎo)航設(shè)備工作環(huán)境對(duì)設(shè)備集成電路進(jìn)行測(cè)試時(shí)，工控機(jī)通過(guò)PCI-6509和繼電器控制加溫設(shè)備的開(kāi)關(guān)，從而改變 DUT的溫度，同時(shí)測(cè)試溫度通過(guò)溫度傳感器反饋至工控機(jī)，通過(guò)此反饋，達(dá)到控制測(cè)試溫度的目的[7,8]；PCI-6509模塊的數(shù)字IO端子控制繼電器陣列時(shí)序，調(diào)整測(cè)試信號(hào)流程；PCI-6251模塊產(chǎn)生測(cè)試需要的模擬數(shù)字信號(hào)，同時(shí)也采集信號(hào)。測(cè)試系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 測(cè)試系統(tǒng)組成圖

測(cè)試系統(tǒng)硬件信號(hào)流程如圖2所示：

圖2 測(cè)試系統(tǒng)硬件信號(hào)流程圖

2.2 軟件總體設(shè)計(jì)

該測(cè)試系統(tǒng)軟件可以實(shí)現(xiàn)的功能如下：初始化參數(shù)讀取保存[9]、信號(hào)生成采集和數(shù)據(jù)分析管理。該系統(tǒng)軟件由主程序、參數(shù)初始化子程序、信號(hào)產(chǎn)生與采集子程序、報(bào)表生成子程序組成。軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到集成電路溫度特性測(cè)試需要，分別設(shè)計(jì)了溫度動(dòng)態(tài)特性測(cè)試及溫度靜態(tài)特性測(cè)試兩個(gè)分支。

軟件設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

圖3 軟件流程圖

3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

3.1 參數(shù)配置子程序

集成電路的測(cè)試參數(shù)配置包括：集成電路型號(hào)選擇、測(cè)試項(xiàng)選擇、激勵(lì)信號(hào)選擇和繼電器時(shí)序選擇。當(dāng)測(cè)試一種新的集成電路，就需要在參數(shù)配置面板上對(duì)以上各參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，配置完畢后，通過(guò)LabSQL函數(shù)庫(kù)中的SQL Execute.vi把對(duì)應(yīng)各集成電路測(cè)試項(xiàng)配置參數(shù)保存到 Access數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便下次進(jìn)行相同測(cè)試時(shí)直接調(diào)用；反之，如果是測(cè)試之前已測(cè)試過(guò)的集成電路，可以通過(guò)Fletcher Data From Access.vi把參數(shù)配置信息直接從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出使用。

3.2 溫度測(cè)控子程序

假設(shè)測(cè)試集成電路的靜態(tài)溫度特性，即在某溫度下測(cè)試集成電路的工作情況。首先，通過(guò)DAQmx Write (Digital 1D Bool 1Chan 1Sample).vi控制繼電器接通溫度箱工作電源，繼而加熱噴頭使集成電路溫度慢慢升高；同時(shí)，溫度傳感器把集成電路的溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)經(jīng) DAQmx Read(Analog DBL 1Chan 1Samp).vi讀取后實(shí)時(shí)傳輸給工控機(jī)。經(jīng)程序判斷，如果溫度達(dá)到了設(shè)定條件，通過(guò)繼電器關(guān)閉溫度箱電源，開(kāi)始測(cè)試。

3.3 信號(hào)產(chǎn)生與采集子程序

模擬及數(shù)字信號(hào)的產(chǎn)生與采集由 PCI-6251完成，端子配置為 Differential（差分），模式為Continuous Samples（連續(xù)樣本），采樣率為1000000。當(dāng)采集及產(chǎn)生單路信號(hào)分別使用DAQmx Read(Analog DBL 1Chan 1Samp).vi和DAQmx Write(Analog DBL 1Chan 1Samp).vi兩個(gè)VI；當(dāng)產(chǎn)生多路激勵(lì)信號(hào)時(shí)，使用 DAQmx Write(Analog 1D Wfm NChan NSamp).vi，多路信號(hào)同時(shí)采集時(shí)，使用 DAQmx Read(Analog 1D Wfm NChan NSamp).vi。

3.4 報(bào)表生成子程序

測(cè)試完畢后，為了便于分析，把測(cè)試的配置、條件、人員、時(shí)間和數(shù)據(jù)以報(bào)表的形式輸出，簡(jiǎn)單直觀[10]。先由New Report.vi新建一個(gè)word文檔，Word Easy Title.vi輸入文檔標(biāo)題，Word Easy Text.vi用來(lái)生成測(cè)試配置、條件、人員以及時(shí)間信息，最后測(cè)試數(shù)據(jù)通過(guò)Word Easy Table.vi寫入文檔，為了更加直觀的觀察測(cè)試結(jié)果，使用Word Easy Graph.vi把測(cè)試數(shù)據(jù)通過(guò)曲線圖的形式顯示在生成報(bào)表中。

4 測(cè)試結(jié)果與結(jié)論

某型艦船回聲測(cè)深儀中，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率放大器的電子特性測(cè)試記錄如表1所示。

表1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率放大器測(cè)試記錄

對(duì)弱信號(hào)放大板進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)輸入信號(hào)為直流0.005 V時(shí)，其動(dòng)態(tài)溫度特性如圖4所示。

圖4 放大板動(dòng)態(tài)溫度特性示意圖

從上述實(shí)驗(yàn)可以看出，所開(kāi)發(fā)的導(dǎo)航設(shè)備集成電路自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)相比傳統(tǒng)測(cè)試方法效率高、精度好，且能對(duì)設(shè)備進(jìn)行溫度特性測(cè)試。

5 系統(tǒng)的擴(kuò)展

該測(cè)試系統(tǒng)偏重于集成電路弱電特性測(cè)試，如果在測(cè)試中需要稍大的電壓激勵(lì)，可以在系統(tǒng)中增加一個(gè)可編程自動(dòng)增益放大單元，通過(guò)PCI-6509開(kāi)關(guān)量調(diào)節(jié)增益量，可適當(dāng)放大PCI-6251產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)。艦艇導(dǎo)航設(shè)備中還包括無(wú)線電單元，其中有羅蘭 C接收機(jī)以及 GPS接收機(jī)，如果有射頻集成電路的測(cè)試需求，要求測(cè)試系統(tǒng)能產(chǎn)生射頻信號(hào)作為激勵(lì)，可以在系統(tǒng)中擴(kuò)展NI PXI設(shè)備，如PXI-5441可以模擬產(chǎn)生羅蘭C信號(hào)，PXI-5671可以產(chǎn)生GPS信號(hào)[11]。

基于虛擬儀器的測(cè)試靈活性較強(qiáng)，可以根據(jù)具體測(cè)試需要更換子模塊，因此該測(cè)試系統(tǒng)還有多種擴(kuò)展的可能性。

6 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于 LabVIEW 的艦艇導(dǎo)航設(shè)備集成電路溫度及電子特性測(cè)試平臺(tái)，解決了集成電路測(cè)試系統(tǒng)功能單一、靈活性和擴(kuò)展性差的明顯缺點(diǎn)，模擬裝備運(yùn)行環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了集成電路溫度及電子特性的自動(dòng)化測(cè)試，提高了參數(shù)測(cè)試的自動(dòng)化程度及測(cè)量精度。該系統(tǒng)具有測(cè)試環(huán)境真實(shí)、操作簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)，既滿足了實(shí)際測(cè)試需要，也節(jié)約了后續(xù)系統(tǒng)擴(kuò)展經(jīng)費(fèi)投入。

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