基于PXI平台快速构建混合信号测试应用

基于PXI平台快速构建混合信号测试应用NationalInstruments2议程•混合信号测试的概念与挑战•基于PXI的混合信号测试平台•基于NIPXI的混合信号测试应用案例3混合信号(MixedSignal)•混合信号集成电路/PCB板在一块芯片或PCB模块上同时具有模拟电路与数字电路通常实现一个完整功能,或某子系统功能•举例:DAC/ADCPLL数字音频/视频芯片TransceiverASIC/PCB...4混合信号电路的测试挑战•混合信号电路的测试(MixedSignalTest)涉及数字信号模拟信号(可能包含直流、音频、中频、射频等)•针对某一特定芯片/PCB的测试系统需要定制化开发设备和开发成本较高有可能无法重复利用5基于NIPXI实现混合信号测试•从直流到射频的各种测量模块;•Serial,CAN,FlexRay,ARINC-429,MIL-STD-1553等总线接口模块;•各种数字I/O;机器视觉;运动控制PXI/PXIExpress总线•集成数据传输总线(高数据带宽,低延时)•定时与同步软件•与硬件无缝集成•多种现成算法与工具,加速应用开发6数字信号•NI高速数字I/O最高200MHz时钟速率单通道数据速率高达400Mb/s(DDR模式)可编程电平多设备同步(T-Clock技术)可进行硬件比较和双向通信灵活的握手方式•普通数字I/O不同电平,不同驱动能力7模拟信号数字化仪•最高12.5GS/s采样率,5GHz带宽•高吞吐量•集成与同步(T-Clock技术)任意波形发生器•最高400MS/s刷新速率下高达16位的分辨率•容量高达2GB的波形和指令存储器•集成与同步(T-Clock技术)8射频信号26.5GHz矢量信号分析仪6.6GHz矢量信号发生器射频开关放大器/衰减器功率计FPGAI/O及协处理6GHz矢量网络分析仪PXI/PXIExpress9其他测量模块•数字万用表与LCR表•可编程电源•SMU/PMU•数字协议接口CAN/LIN/FlexRayRS-232/422/485ARINC-429/MIL-STD-1553…•集成可编程FPGA的I/O模块自定义数字协议接口实时连续测量0.51.32.52.74526.56003001501006030100.51257812512256196322410128电压-高达600V带宽-高达26.5GHz通道数–最高达8,832Xpt电流–高达40A544andmore开关/矩阵+11NIPXI模块化仪器:覆盖从直流到射频传统台式仪器分辨率(Bits)28262422201816141210841101001K10K100K1M10M100M1G10G100G采样率(S/s)6NI产品,2004NI产品,2010NI产品,2005NI产品,2011NI产品,1997NIPXI-40717½-digitFlexDMM业界最快、最精确的数字万用表NIPXI-5922,24-bit,15MS/s业界最高分辨率数字化仪NIPXIe-51868-bit,12.5GS/s业界最高性能PXI数字化仪PXI-142026.5GHz业界最高频PXI下变频器12通过应用开发软件集成完整系统•图形化开发软件NILabVIEW与各种PXI硬件无缝集成连接其他总线仪器内置上千种数学与分析函数各种工具包加速项目开发•如:各种无线协议工具包、报表生成工具包等…13参考架构的应用:无线设备PCB测试高速数字接口(HSDIO)GSMIEEE802.11gBluetoothWCDMA射频信号分析仪(VSA)音频信号分析仪(DSA)软件分析(LabVIEW)14参考架构的应用:混合信号ASIC验证测试PXI-6552HSDIOPXI-6552HSDIOPXI-4110可编程电源PXIe-5122数字化仪PXI-2594开关(4x1Mux)亚纳秒级同步PXI系统DACASIC12bit12bit12bit12bitDAC1DAC2DAC3DAC415覆盖整个生命周期的验证与测试可复用的硬件模块，软件代码(算法IP等)研发验证生产测试产品升级以半导体和电路板测试应用为例半导体/电路板测试单一产品同系列产品案例:视频DAC芯片验证测试17四通道视频DAC芯片验证测试系统•原系统背景待测对象:四通道视频DAC芯片具有不同工作模式(通过数字开关手动选择)需要更换不同的负载电阻进行测试通过GPIB连接四台数字万用表进行测量凌阳科技ADC数字信号模式选择模拟信号数字万用表测量电压更换负载18四通道视频DAC芯片验证测试系统•电压测量速度低受限于GPIB和数字万用表每步电压测量时间约1秒，单通道需10.5个小时•人工干预过多测试人员手动切换测试模式手动更换负载电阻凌阳科技原系统弊端19四通道视频DAC芯片验证测试系统ADC数字信号模式选择模拟信号数字万用表测量电压更换负载多路复用器HSDIO供电可编程电源基于PXI的模块化仪器解决方案凌阳科技20四通道视频DAC芯片验证测试系统•以NIPXI-4071DMM取代台式数字万用表单步电压测试仅用33ms,全部项目仅用20分钟PXI-4071•7½位DMM•±10nV至1000VDC,±1pA至3A•10µ至5G•±500VDC/Vrms共模隔离凌阳科技全方面的改进(1)21•以NIPXI-6542HSDIO取代手动参数设置四通道视频DAC芯片验证测试系统凌阳科技全方面的改进(2)22•以NIPXI-2576多路复用器模块实现负载电阻的切换和通道切换（可复用同一块DMM）•以NIPXI-4110可编程电源模块取代传统电源–高稳定性，并减小所需空间四通道视频DAC芯片验证测试系统凌阳科技全方面的改进(3)23四通道视频DAC芯片验证测试系统•模块化仪器的配置、参数设置•选择测试模式•控制开关顺序和测试流程•记录数据,生成报告通过NILabVIEW集成完整测试系统24四通道视频DAC芯片验证测试系统•性能提升测试效率提高97%•总成本降低•体积减小•开发方便•易于升级和维护“利用NI的硬体搭配软体产生的高效能自动化测试平台,大大降低了本部门的测试时间,使本部门能在开发IC初期验证阶段,在最短的时间内提供最精确、快速的测试数据.”SamYangSunplusTechnologyCo.系统优势凌阳科技案例:PCB板功能测试(FCT)系统26PCB板功能测试(FCT)系统•项目需求构建一套安防类产品PCB板功能测试系统,实现对音视频以及各种静态参数(电压,电流,频率)的综合性全自动测试对于新开发的PCB板,不需要频繁更换测试硬件,只需添加制作新的测试夹具,重新连接线路,并修改软件即可霍尼韦尔（中国）有限公司27PCB板功能测试(FCT)系统•具体I/O需求多路双向高速I/O•实现对测试治具状态监测•模拟I2C等协议,实现对PCB板上芯片的时序控制多路模拟量输入输出•模拟一些波形信号作为PCB板的的输入信号•可实现频率、波形采集•视频/音频信号的产生、采集分析RS232,RS485串口,实现串口协议通信可编程控制的数字万用表(DMM)以及可编程电源多通道可控制开关阵列,方便实现对信号通断控制霍尼韦尔（中国）有限公司28PCB板功能测试(FCT)系统基于PXI的解决方案霍尼韦尔（中国）有限公司远程控制器直流参数测量模拟输出数字I/O串口视频采集模拟信号采集/频率分析视频信号生成开关29PCB板功能测试(FCT)系统基于NILabVIEW进行软件设计霍尼韦尔（中国）有限公司•静态参数显示–直流电压,电流,数字端口状态等•视频测试–PXI信号源产生视频信号经待测PCB编解码后,通过网络传输并在测试终端显示•音频测试–检测PCB的Audio-Out端输出波形的频率与幅值•合格率计算,信息提示…•程序基于LabVIEW“时间+状态机”结构实现30PCB板功能测试(FCT)系统软件界面霍尼韦尔（中国）有限公司31PCB板功能测试(FCT)系统机柜布局霍尼韦尔（中国）有限公司•机柜尺寸:2mx1.2mx1.4m•布局(从上到下)–PC显示器–视频监视器–PC机(作为PXI系统远程控制器)–测试夹具–PXI系统–电源32PCB板功能测试(FCT)系统霍尼韦尔（中国）有限公司•系统优点结构清晰,功能完善,易于修改,资源共享•使用情况经大量实验,已有多台系统部署到产线,并且稳定可靠“基于NIPXI和LabVIEW开发新型FCT系统，我们降低了工程中的重复操作并且能够更轻松地共享软硬件资源。我们成功地将这项解决方案用于生产线上，实现了稳定可靠的PCB测试。”霍尼韦尔综合科技(中国)有限公司高级软件工程师王伟33数据传输,同步,握手…从直流到射频的模块化I/O,总线接口…混合信号测试应用中通用的系统参考架构测试管理软件测试开发软件系统服务与驱动处理总线平台模块化I/O构建测试序列,优化执行步骤,报告生成…编写测试步骤的代码:调用驱动简化对硬件的编程,测试硬件诊断…NI-DAQmx,NI-DMM,NI-DCPower,NI-Switch…UUTs34总结基于NIPXI实现混合信号测试应用的优势•丰富的模块化I/O•高带宽、低延时的内部总线,提高测试效率•模块化仪器紧密集成与同步(NI专利技术T-Clock)•通过矩阵/开关复用模块化仪器,降低成本•通过软件工具加速实现系统开发