摘要： CPCI又稱緊湊型PCI，是國際PICMG協(xié)會于1994提出來的一種總線接口標(biāo)準(zhǔn)。它的開放性一方面有助于用戶基于自身需求實(shí)現(xiàn)特定的功能，另一方面也導(dǎo)致模塊種類繁多，加大了模塊調(diào)試與檢測的難度。PXI總線在CPCI基礎(chǔ)上加入同步時鐘、觸發(fā)等量測專用總線，在測量、控制領(lǐng)域正得到越來越多的應(yīng)用。它與CPCI具有良好的兼容性與互操作性，在實(shí)現(xiàn)CPCI模塊平臺化測試上具有先天優(yōu)勢。

關(guān)鍵字：CPCI模塊測試、PXI平臺、Test On Demand、可靠性設(shè)計(jì)

1引言

CPCI總線誕生于上世紀(jì)90年代，它繼承了PCI總線優(yōu)越的電性能，引入歐規(guī)卡的機(jī)械結(jié)構(gòu)，具有抗振性能好、高可用性等優(yōu)點(diǎn)，而且支持熱插拔、后走線，是目前比較常用的一種工業(yè)計(jì)算機(jī)總線。CPCI機(jī)箱及模塊目前在電信、軍工、交通等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。

基于“柔性測試”技術(shù)的CPCI模塊測試平臺適用于多種型號CPCI模塊開發(fā)和批量生產(chǎn)任務(wù)中的調(diào)試和測試。模塊開發(fā)工程師和生產(chǎn)管理人員需要對多種型號的CPCI模塊進(jìn)行全面測試，快速定位模塊故障位置并調(diào)試，以及通過局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的管理等，要求有一套平臺化的測試設(shè)備幫助實(shí)現(xiàn)測試功能，并有效提高測試效率。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    平臺由CPCI模塊調(diào)試測試所需的專用測試硬件及軟件組成，硬件平臺設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)與定制產(chǎn)品結(jié)合的方式，其中測試機(jī)箱包括機(jī)箱、風(fēng)扇、背板、電源板，采用6U CPCI標(biāo)準(zhǔn)總線，PICMIG 2.0規(guī)范，具備CPCI模塊通訊和測試信號傳輸轉(zhuǎn)接功能；調(diào)試臺包括PXI機(jī)箱和零槽控制器，DIO/多功能數(shù)采卡/通訊卡等多款PXI模塊、信號連接、路由電路，以及定制化的CPCI機(jī)箱、CPCI控制器，220V轉(zhuǎn)28V電源，電流和電壓數(shù)字顯示表，液晶顯示屏，鍵盤等組成，具有良好的兼容性與擴(kuò)展性；軟件平臺采用成熟架構(gòu)開發(fā)設(shè)計(jì)，主要由運(yùn)行于VxWorks實(shí)時操作系統(tǒng)的下位機(jī)測試程序和運(yùn)行于PXI控制器Windows系統(tǒng)的上位機(jī)程序兩部分組成，功能可靈活配置。

    測試系統(tǒng)可提供多達(dá)600個測試通道，包括數(shù)字IO通道，非同步模擬采集通道、同步模擬采集通道、模擬電壓/電流輸出通道、CAN通信、RS422通信和1553B通信等資源；結(jié)合前端調(diào)理電路可實(shí)現(xiàn)模塊的固態(tài)繼電器漏電流測試、開關(guān)量輸入測試、開關(guān)量輸出測試、繼電器觸點(diǎn)測試、電阻值測試、二極管測試、電阻模擬、差分信號測試、RS422通信測試、CAN通信測試、以太網(wǎng)通信測試、1553B通信測試、故障模擬等功能。

 

圖1 系統(tǒng)框圖

    在測試過程中，調(diào)試臺輸出的開關(guān)量信號和模擬量信號都需要通過開關(guān)量輸入通道和模擬量采集通道實(shí)時檢測是否正確；每一路輸出在調(diào)試臺內(nèi)部都有對應(yīng)的輸入通道資源來實(shí)時檢測。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1系統(tǒng)標(biāo)定

系統(tǒng)中對模擬量采集與輸出通道進(jìn)行標(biāo)定。模擬量采集通道的標(biāo)定采用外部輸入一個標(biāo)準(zhǔn)的信號源，通過相應(yīng)的模擬采集通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將采集到的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)信號源輸出數(shù)據(jù)對比，然后根據(jù)多項(xiàng)式y(tǒng)=a0+a1x1+a2x2+…+a19X19計(jì)算出多項(xiàng)式系數(shù)。對于模擬量輸入通道來說，x為模擬量采集通道當(dāng)前采集的數(shù)值，y為標(biāo)準(zhǔn)信號源當(dāng)前輸出的數(shù)值，任意設(shè)置20個電壓值，可以根據(jù)多項(xiàng)式求得多項(xiàng)式系數(shù)，此多項(xiàng)式的系數(shù)為模擬量采集通道的標(biāo)定系數(shù)。

    模擬電壓輸出通道標(biāo)定，從外部接一個標(biāo)準(zhǔn)的電壓采集設(shè)備（比如高精度萬用表），通過模擬電壓輸出通道輸出一個電壓值，同時標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備采集相應(yīng)的電壓值，較后根據(jù)多項(xiàng)式y(tǒng)=a0+a1x1+a2x2+…+a19X19計(jì)算出多項(xiàng)式系數(shù)。對于模擬量輸出通道來說，x為軟件中設(shè)置模擬通道要輸出的值，y為模擬通道實(shí)際輸出的電壓值，任意設(shè)置20個電壓值，可以根據(jù)多項(xiàng)式求得多項(xiàng)式系數(shù)，此多項(xiàng)式的系數(shù)為模擬量輸出通道的標(biāo)定系數(shù)。

3.2 電氣連接與可靠性設(shè)計(jì)

    系統(tǒng)精心的電磁兼容性設(shè)計(jì)，提高設(shè)備的抗電磁干擾能力；同時兼顧電路板、機(jī)箱的散熱設(shè)計(jì)和隔離屏蔽設(shè)計(jì)。

1） 對于來自電源干擾的抑制

在每個設(shè)備的入口端配接匹配的低通濾波器，并將重負(fù)荷供電線及回線與信號電路供電線及回線分開，減少耦合；對敏感電路如模擬輸入電路單獨(dú)供電；盡量使交流電源供電線及其回線絞合、直流電源供電線及其回線分別絞合在一起，并且不與其他電路回線共用一根導(dǎo)線。

2） 設(shè)計(jì)良好接地以抑制干擾

信號回線、電源回線及機(jī)殼設(shè)置獨(dú)立的接地回線并在同一參考點(diǎn)接地；低頻設(shè)備采用單點(diǎn)接地，高頻設(shè)備則采用多點(diǎn)接地；連接衛(wèi)星或特殊要求可采用浮地，其電路與公共地回路隔離，為消除靜電的積累，在浮地設(shè)備與大地之間接入一個足夠大的泄放電阻。

    除以上幾點(diǎn)，信號傳輸中的干擾抑制與硬件冗余和備份在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中均有考慮。

3.3 半自動化與緊湊型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)調(diào)試臺部分采用PXI平臺，它與CPCI具備良好的互操作性，PXI中增加了專門的觸發(fā)總線、參考時鐘及主要軟件特性，適用于測量和自動化系統(tǒng)。PXI作為一種系統(tǒng)級規(guī)范，使本系統(tǒng)易于集成與使用，充分利用計(jì)算機(jī)資源運(yùn)行專用測試軟件，半自動化的操作方式靈活高效，幫助降低較終用戶的開發(fā)費(fèi)用 。

平臺采用航空運(yùn)輸箱作為設(shè)備儀器結(jié)構(gòu)框架，具有19英寸標(biāo)準(zhǔn)框架，適用于各種標(biāo)準(zhǔn)儀器上架安裝，適用于電子設(shè)備實(shí)驗(yàn)室、內(nèi)場近距離的搬運(yùn)及設(shè)備在外場使用適用于鹽霧、濕熱等惡劣環(huán)境，在公路運(yùn)輸情況下，振動能量衰減1/2。

通過GJB150-86中的振動試驗(yàn)、淋雨試驗(yàn)、高低溫試驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)、霉菌試驗(yàn)、濕熱試驗(yàn)和運(yùn)輸?shù)�落試�?yàn)等。

主要性能特點(diǎn)包括： 

1） 19英寸標(biāo)準(zhǔn)框架結(jié)構(gòu)，適用于各種標(biāo)準(zhǔn)儀器安裝；

2） 玻璃鋼箱體整體成型，承重性能好，可適用于車載方艙的安裝；

3） 適用于電子設(shè)備在實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)場近距離的搬運(yùn)及設(shè)備在外場使用的快速組合。

 

圖2 設(shè)備外觀

系統(tǒng)內(nèi)部布局如圖3所示，充分考慮設(shè)備內(nèi)部散熱，同時成束電纜到接口PCB的直接連接保證了設(shè)備的穩(wěn)定性。

圖3 設(shè)備內(nèi)部布局

3.4 環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)

    系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，充分考慮實(shí)際使用中對環(huán)境的適應(yīng)性，主要包括以下幾點(diǎn)：

1） 應(yīng)使電路和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對機(jī)械環(huán)境的響應(yīng)程度較小，以保證產(chǎn)品工作的可靠性；

2） 元器件和原材料的特性應(yīng)滿足產(chǎn)品機(jī)械環(huán)境的要求；

3） 細(xì)長和較重的元器件應(yīng)加以固定以防止因振動而引起的疲勞和斷裂；

4） 機(jī)載設(shè)備應(yīng)進(jìn)行減振設(shè)計(jì)，減振器的選用應(yīng)考慮支承力和諧振頻率，以滿足使用要求；

5） 接插件等可移動的電接觸部分應(yīng)加以固定和鎖緊，以免振動時接觸不良；

6） 零部件應(yīng)避免懸式安裝以防振動疲勞而斷裂；

7） 供導(dǎo)線通過的金屬隔板孔，必須設(shè)置絕緣套，導(dǎo)線不得沿銳邊、棱邊敷設(shè)，以防磨破。

4測試軟件功能

本系統(tǒng)中專用軟件基于Test On Demand 平臺設(shè)計(jì)，它是面向測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，快速搭建流程測試系統(tǒng)的測試流程控制管理軟件平臺。Test On Demand 為現(xiàn)有測試項(xiàng)提供管理功能和工作平臺，能夠集成現(xiàn)有的測試代碼并安排執(zhí)行順序以支持循環(huán)與復(fù)雜決策。采用基于測試隊(duì)列的編輯環(huán)境，能夠在每個步驟配置包括硬件設(shè)備、采集方式、校驗(yàn)方法、限定條件等相關(guān)信息，并且實(shí)現(xiàn)對結(jié)果判定后的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)。智能優(yōu)化設(shè)備調(diào)度，為并行測試中的設(shè)備沖突問題掃清障礙。

本系統(tǒng)軟件功能及描述如下：