eng
Выпуск #9/2015
А.Кривов, А.Небогин
Автоматизированные системы тестирования приемо-передающих модулей – решения компании “Радиолайн”
Автоматизированные системы тестирования приемо-передающих модулей – решения компании “Радиолайн”
Просмотры: 3085
Автоматизация рабочих мест для тестирования электронных устройств позволяет существенно сократить время измерений и снизить требования к квалификации операторов. В статье рассказывается об опыте компании “Радиолайн” в проектировании и производстве автоматизированных рабочих мест для тестирования приемо-передающих модулей.
Теги: automated test system software transceiver module автоматизированная система тестирования приемо-передающий модуль программное обеспечение
С
пецифика измерения параметров современных приемо-передающих модулей характеризуется следующим:
наличием нескольких входов / выходов;
работой в импульсном режиме;
высоким уровнем входной и выходной мощности;
работой на прием и передачу;
тестированием в широком диапазоне температур окружающей среды;
различием частот входного и выходного сигнала;
количество контрольных точек при тестировании приближается к нескольким тысячам;
регистрацией состояния модуля в зависимости от управляющего сигнала для каждого измерения.
С учетом этих особенностей компания "Радиолайн" использует архитектуру АРМ для измерения приемо-передающих модулей на базе векторного анализатора цепей, анализатора спектра, устройства повышения / подавления мощности сигнала, измерителя пиковой мощности, матрицы коммутации и осциллографа (рис.1).
Основной прибор стенда – векторный анализатор цепей – обеспечивает измерение АЧХ, ФЧХ, группового времени задержки (ГВЗ), полной матрицы S-параметров, интермодуляционных искажений, коэффициента шума, входной / выходной мощности. На анализаторе спектра измеряются побочные внеполосные составляющие. Измеритель мощности используется в калибровочном процессе, а также для непрерывного контроля выходной мощности. Осциллограф требуется для отладки устройств и измерения параметров низкочастотных и управляющих сигналов. Измерительная система управляется с персонального компьютера, подключенного к ней по интерфейсу Ethernet. Все контрольно-измерительные приборы (КИП) подбираются под требуемый диапазон частот и комплектуются необходимыми опциями. Предпочтение отдается КИП ведущих мировых производителей (например Keysight Technologies), имеющим поддержку стандарта LXI, команд SCPI и драйверов IVI-COM.
Современные анализаторы цепей позволяют генерировать сигнал мощностью до 15 дБм, но такого уровня входного сигнала зачастую недостаточно для тестирования приемо-передающих модулей. При этом выходная мощность ППМ может превышать допустимое пороговое значение работы прибора, которое составляет 30 дБм. Это требует использования внешней схемы повышения и контроля уровня входной мощности, а также схемы подавления мощности, чтобы не повредить приемные тракты анализатора цепей (рис.2).
Большинство современных векторных анализаторов цепей имеют двух- или четырехканальную архитектуру, а ППМ могут иметь десятки входов / выходов. Поэтому на входе и выходе приемо-передающего модуля необходимо использовать коммутационную матрицу СВЧ-переключателей. При этом пороговое значение уровня входной мощности коаксиальных переключателей составляет 30 дБм. Следовательно, при работе с более высокими уровнями по входу / выходу нужно применять элементы повышения / понижения мощности в каждом измеряемом канале. Чем больше каналов в приемо-передающем модуле, тем выше затраты на дополнительные компоненты. Выходом из такой ситуации может быть применение волноводной матрицы переключателей (рис.3), которая выдерживает более высокие уровни мощности (до 60 дБм в зависимости от частотного диапазона).
Для оптимизации измерительной установки рекомендуем использовать анализаторы цепей со встроенным импульсным модулятором и наличием не менее четырех генераторов импульсов. К таким приборам относятся анализаторы цепей серий PNA и PNA-X (с опциями 021, 025) производства компании Keysight Technologies. Данные приборы позволяют также измерять абсолютное значение фазы и ГВЗ модулей с преобразованием частоты без использования в измерительном тракте опорного / калибровочного смесителя.
Одно из пожеланий, получаемых специалистами компании "Радиолайн" от заказчиков, к тестированию ППМ – проведение цикла измерений при высоких / низких температурах окружающей среды. В этом случае модуль вместе с подключенными к нему коаксиальными кабелями помещается в камеру тепла/холода. Даже специализированный кабель изменит характеристики при нагревании и охлаждении, что приведет к возникновению дополнительных факторов погрешности измерений. Для учета эффекта температурной нестабильности компанией "Радиолайн" были применены модули калибровки в тракте Cal Pod (рис.4), производства Keysight Technologies. Они устанавливаются непосредственно в измерительный тракт на входы и выходы приемо-передающего модуля и позволяют проводить рекоррекцию калибровки тракта перед каждым измерением или по запросу.
Таким образом, для тестирования приемо-передающих модулей необходимо построить сложную измерительную систему. Наличие большого числа измеряемых параметров и каналов требует обработки и хранения множества данных, что приводит к необходимости автоматизации стенда.
Процесс автоматизации измерительной системы включает несколько этапов.
Этап 1 – формирование ТЗ на автоматизацию, обсуждение с заказчиком специфики тестируемого устройства и процедур тестирования.
Этап 2 – проектирование АРМ, защита проекта и заказ компонентов будущей системы. Стоит отметить, что компания "Радиолайн" выполняет работы под ключ, отвечает за результат. Итог сотрудничества с заказчиком – не набор коробок, а законченное решение, выполняющее определенные задачи. Еще одно преимущество состоит в том, что в процессе производства и проектирования исключены любые посредники-перекупщики, все необходимые материалы и оборудование заказываются напрямую у производителей, что существенно снижает стоимость АРМ.
Этап 3 – создание программы полного управления приборами и калибровками. Этап состоит из разработки алгоритмов управления приборами для тестирования каждого параметра, а также алгоритма калибровки и подготовки автоматизированных измерений. Задача заключается в наладке системы и создании интерфейса пользователя для настройки калибровок и параметров приборов (рис.5). На этом же этапе формируются файлы состояний (файлы, в которых записан набор настроек прибора) и создается база калибровок.
Этап 4 – создание приложения автоматизации измерений. На данном этапе определяется набор вводимых пользователем параметров для настройки измерений (частотный диапазон, уровень мощности и др.), задаются последовательность измерений и формат вывода результатов. При необходимости организовать программно-аппаратное управление модулем создается приложение, реализующее обратную связь между ППМ и программным обеспечением для измерений. Также можно добавить градацию уровней доступа операторов и секретности (рис.6). Например, для определенной категории операторов не допускается изменение уровня мощности при тестировании, а для другой категории интерфейс пользователя не будет отображать частотный диапазон измерений.
Этап 5 – создание приложения для обработки, визуализации и хранения полученных данных измерений. На этом этапе создается средство просмотра и обработки полученных данных, генерации отчетов (рис.7). Важная особенность данного приложения – возможность отображения на одном графике для заданного измеряемого параметра всех полученных результатов. Это позволяет, например, сравнивать вид АЧХ для разных каналов и модулей путем вывода на один график полученных данных по каждому каналу / модулю. Затем этот график можно сформировать в отчет и представить в pdf-файле (поддерживаются различные форматы файлов).
Этап 6 – проведение приемо-сдаточных испытаний, обучение и инструктаж персонала, в отдельных случаях – изготовление КД по ЕСКД.
В заключение стоит отметить, что создание автоматизированных стендов для тестирования приемо-передающих модулей (рис.8) может существенно ускорить отладку изделий и выпуск продукции при серийном производстве. Более эффективное использование измерительных приборов, а также снижение требований к квалификации персонала позволяет существенно сократить издержки предприятия. В качестве примера можно привести слова одного из наших заказчиков о том, что до появления АРМ тестирование изделия обычно занимало около четырех месяцев, а большая часть времени уходила на поиск ошибок коммутации и калибровок. После появления АРМ период тестирования сократился до полутора месяцев.
пецифика измерения параметров современных приемо-передающих модулей характеризуется следующим:
наличием нескольких входов / выходов;
работой в импульсном режиме;
высоким уровнем входной и выходной мощности;
работой на прием и передачу;
тестированием в широком диапазоне температур окружающей среды;
различием частот входного и выходного сигнала;
количество контрольных точек при тестировании приближается к нескольким тысячам;
регистрацией состояния модуля в зависимости от управляющего сигнала для каждого измерения.
С учетом этих особенностей компания "Радиолайн" использует архитектуру АРМ для измерения приемо-передающих модулей на базе векторного анализатора цепей, анализатора спектра, устройства повышения / подавления мощности сигнала, измерителя пиковой мощности, матрицы коммутации и осциллографа (рис.1).
Основной прибор стенда – векторный анализатор цепей – обеспечивает измерение АЧХ, ФЧХ, группового времени задержки (ГВЗ), полной матрицы S-параметров, интермодуляционных искажений, коэффициента шума, входной / выходной мощности. На анализаторе спектра измеряются побочные внеполосные составляющие. Измеритель мощности используется в калибровочном процессе, а также для непрерывного контроля выходной мощности. Осциллограф требуется для отладки устройств и измерения параметров низкочастотных и управляющих сигналов. Измерительная система управляется с персонального компьютера, подключенного к ней по интерфейсу Ethernet. Все контрольно-измерительные приборы (КИП) подбираются под требуемый диапазон частот и комплектуются необходимыми опциями. Предпочтение отдается КИП ведущих мировых производителей (например Keysight Technologies), имеющим поддержку стандарта LXI, команд SCPI и драйверов IVI-COM.
Современные анализаторы цепей позволяют генерировать сигнал мощностью до 15 дБм, но такого уровня входного сигнала зачастую недостаточно для тестирования приемо-передающих модулей. При этом выходная мощность ППМ может превышать допустимое пороговое значение работы прибора, которое составляет 30 дБм. Это требует использования внешней схемы повышения и контроля уровня входной мощности, а также схемы подавления мощности, чтобы не повредить приемные тракты анализатора цепей (рис.2).
Большинство современных векторных анализаторов цепей имеют двух- или четырехканальную архитектуру, а ППМ могут иметь десятки входов / выходов. Поэтому на входе и выходе приемо-передающего модуля необходимо использовать коммутационную матрицу СВЧ-переключателей. При этом пороговое значение уровня входной мощности коаксиальных переключателей составляет 30 дБм. Следовательно, при работе с более высокими уровнями по входу / выходу нужно применять элементы повышения / понижения мощности в каждом измеряемом канале. Чем больше каналов в приемо-передающем модуле, тем выше затраты на дополнительные компоненты. Выходом из такой ситуации может быть применение волноводной матрицы переключателей (рис.3), которая выдерживает более высокие уровни мощности (до 60 дБм в зависимости от частотного диапазона).
Для оптимизации измерительной установки рекомендуем использовать анализаторы цепей со встроенным импульсным модулятором и наличием не менее четырех генераторов импульсов. К таким приборам относятся анализаторы цепей серий PNA и PNA-X (с опциями 021, 025) производства компании Keysight Technologies. Данные приборы позволяют также измерять абсолютное значение фазы и ГВЗ модулей с преобразованием частоты без использования в измерительном тракте опорного / калибровочного смесителя.
Одно из пожеланий, получаемых специалистами компании "Радиолайн" от заказчиков, к тестированию ППМ – проведение цикла измерений при высоких / низких температурах окружающей среды. В этом случае модуль вместе с подключенными к нему коаксиальными кабелями помещается в камеру тепла/холода. Даже специализированный кабель изменит характеристики при нагревании и охлаждении, что приведет к возникновению дополнительных факторов погрешности измерений. Для учета эффекта температурной нестабильности компанией "Радиолайн" были применены модули калибровки в тракте Cal Pod (рис.4), производства Keysight Technologies. Они устанавливаются непосредственно в измерительный тракт на входы и выходы приемо-передающего модуля и позволяют проводить рекоррекцию калибровки тракта перед каждым измерением или по запросу.
Таким образом, для тестирования приемо-передающих модулей необходимо построить сложную измерительную систему. Наличие большого числа измеряемых параметров и каналов требует обработки и хранения множества данных, что приводит к необходимости автоматизации стенда.
Процесс автоматизации измерительной системы включает несколько этапов.
Этап 1 – формирование ТЗ на автоматизацию, обсуждение с заказчиком специфики тестируемого устройства и процедур тестирования.
Этап 2 – проектирование АРМ, защита проекта и заказ компонентов будущей системы. Стоит отметить, что компания "Радиолайн" выполняет работы под ключ, отвечает за результат. Итог сотрудничества с заказчиком – не набор коробок, а законченное решение, выполняющее определенные задачи. Еще одно преимущество состоит в том, что в процессе производства и проектирования исключены любые посредники-перекупщики, все необходимые материалы и оборудование заказываются напрямую у производителей, что существенно снижает стоимость АРМ.
Этап 3 – создание программы полного управления приборами и калибровками. Этап состоит из разработки алгоритмов управления приборами для тестирования каждого параметра, а также алгоритма калибровки и подготовки автоматизированных измерений. Задача заключается в наладке системы и создании интерфейса пользователя для настройки калибровок и параметров приборов (рис.5). На этом же этапе формируются файлы состояний (файлы, в которых записан набор настроек прибора) и создается база калибровок.
Этап 4 – создание приложения автоматизации измерений. На данном этапе определяется набор вводимых пользователем параметров для настройки измерений (частотный диапазон, уровень мощности и др.), задаются последовательность измерений и формат вывода результатов. При необходимости организовать программно-аппаратное управление модулем создается приложение, реализующее обратную связь между ППМ и программным обеспечением для измерений. Также можно добавить градацию уровней доступа операторов и секретности (рис.6). Например, для определенной категории операторов не допускается изменение уровня мощности при тестировании, а для другой категории интерфейс пользователя не будет отображать частотный диапазон измерений.
Этап 5 – создание приложения для обработки, визуализации и хранения полученных данных измерений. На этом этапе создается средство просмотра и обработки полученных данных, генерации отчетов (рис.7). Важная особенность данного приложения – возможность отображения на одном графике для заданного измеряемого параметра всех полученных результатов. Это позволяет, например, сравнивать вид АЧХ для разных каналов и модулей путем вывода на один график полученных данных по каждому каналу / модулю. Затем этот график можно сформировать в отчет и представить в pdf-файле (поддерживаются различные форматы файлов).
Этап 6 – проведение приемо-сдаточных испытаний, обучение и инструктаж персонала, в отдельных случаях – изготовление КД по ЕСКД.
В заключение стоит отметить, что создание автоматизированных стендов для тестирования приемо-передающих модулей (рис.8) может существенно ускорить отладку изделий и выпуск продукции при серийном производстве. Более эффективное использование измерительных приборов, а также снижение требований к квалификации персонала позволяет существенно сократить издержки предприятия. В качестве примера можно привести слова одного из наших заказчиков о том, что до появления АРМ тестирование изделия обычно занимало около четырех месяцев, а большая часть времени уходила на поиск ошибок коммутации и калибровок. После появления АРМ период тестирования сократился до полутора месяцев.
Отзывы читателей
