使用NI軟件與PXI硬件，進行高性能、點對多點的 高級無線電系統(tǒng)自動化測試

"NI軟硬件平臺的功能與靈活性，可幫助我們有效開發(fā)高度穩(wěn)定的測試系統(tǒng)、滿足客戶的所有需求，并能確保配合產(chǎn)品上市時間。"

- Stephen Patterson　氏, CPE Systems社

挑戰(zhàn):

設(shè)計并開發(fā)高成本效益的測試系統(tǒng)，包含組件和不插電測試、設(shè)備編程、無線電信號分析和校準功能，并要能針對高性能、點對多點的高級無線電產(chǎn)品，達到無人工干預(yù)的產(chǎn)線測試，以用于遠端監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集(SCADA)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

解決方案:

基于NI PXI平臺、NI LabVIEW、NI TestStand、NI Switch Executive軟件創(chuàng)建測試系統(tǒng)，通過氣動式測試設(shè)備連接至被測部件(UUT) - 包括射頻區(qū)域的自定義屏蔽，以實現(xiàn)高性能的射頻測試解決方案。

2008年，4RF Communications公司開始著手開發(fā)新的無線電產(chǎn)品，以擴充現(xiàn)有的點對點長距離無線產(chǎn)品。Aprisa SR是點對多點的Smart SCADA無線電產(chǎn)品，可達12.5 kHz通道頻寬與9.6 kbps窄帶無線電的功能，以通過許可的400至470 MHz頻譜帶寬，普及用于石油、煤氣、公共事業(yè)的監(jiān)控應(yīng)用。Aprisa SR是針對需要高級安全功能的工業(yè)所設(shè)計的，可有效處理日益復(fù)雜的SCADA網(wǎng)絡(luò)，并評估IP構(gòu)架與智能型電網(wǎng)等公共建設(shè)。

Aprisa SR的完整功能，搭配其高穩(wěn)定性和精心設(shè)計的高級無線電平臺，使其可用于多種監(jiān)控應(yīng)用并滿足當(dāng)前和未來的需求。無線電另可設(shè)定為基地臺、遠程工作站、中繼器，無縫集成至任何網(wǎng)路拓撲中 (圖1)。且單個機箱即可支持大量序列與以太網(wǎng)接口，并內(nèi)建安全功能。

圖1.測試設(shè)備對射頻區(qū)域的屏蔽設(shè)計

項目難題

4RF Communications需要不同的測試方法來降低單位測試成本、高傳輸率，并要能適應(yīng)未來的新產(chǎn)品功能。因此4RF找到了測量領(lǐng)域的領(lǐng)先廠商CPE Systems，設(shè)計、開發(fā)出了高成本效益的無線電測試系統(tǒng)。產(chǎn)品的測試需求包含組件測試、不插電測試、設(shè)備編程、無線電信號分析與校準以及無人操作的自動環(huán)境。

由于4RF Communications對中/大型測試設(shè)備所知有限，且內(nèi)部工程資源不足，因此外包了測試系統(tǒng)的開發(fā)工程。此開發(fā)任務(wù)交到CPE Systems手上之后，我們隨機選用了NI PXI平臺，搭配LabVIEW與NI TestStand軟件，提供了具備最高成本效益的靈活測試解決方案。

測試開發(fā)進程

我們記錄了計劃中的測試目標(biāo)，并需達到下列特性：

· 板卡測試需在5分鐘內(nèi)完成

· 每月需能測試3000組產(chǎn)品

· 測試期間不能有人為干預(yù)

· 即使非技術(shù)人員也能操作

· 測試針可存取板卡另一邊的所有測試點

· 包含除錯設(shè)備

· 可針對未來產(chǎn)品隨時擴充，如更多的射頻頻帶與頻寬

我們將測試分為3大塊：

· DC Testing: 測試組件數(shù)值、電源供應(yīng)電壓、耗電量，以及低電壓關(guān)機、切換面板、LED指示燈的功能性測試。

· Built-In Self Test (BIST): 用于Boot loader與軟件安裝、測試RAM與閃存、確認以太網(wǎng)的地址分配。我們將這些測試植入設(shè)備中，通過指令線路界面即可存取。

· 射頻功能性測試與校準： 測試并校準傳輸器、接收器、Aprisa SR板的系統(tǒng)功能。

圖2.最終測試系統(tǒng)

開發(fā)難題

為了跟上產(chǎn)品開發(fā)安排，我們必須配合產(chǎn)品開發(fā)測試系統(tǒng)，因此對其中5項板卡設(shè)計作出了變更。但又因為測試系統(tǒng)在設(shè)計之初，已考慮到其必要規(guī)格與靈活度，所以重新設(shè)計PCB也僅需對夾具進行1項變更。在4RF Communication與CPE systems之間保持良好的通信，并建立項目、配置管理程序之后，NI軟硬件讓我們能確保達到同步開發(fā)。

測試系統(tǒng)的主要限制之一，就是各組板卡需要5分鐘測試時間。因此需要優(yōu)化射頻校準算法，確保達到高效率運作。 而NI PXIe-5663矢量信號分析儀(VSA)與NI PXIe-5673矢量信號生成器(VSG)均可支持算法的優(yōu)化程序。

Aprisa SR的PCB組件包含射頻傳輸與接收電路，且必須連帶其外殼一起測試。所以我們也需考慮并納入射頻干擾與屏蔽的情況，再篩選夾具設(shè)計。 我們以產(chǎn)品的CAD模型容納射頻屏蔽外殼，構(gòu)成夾具頂板部分(圖3)。只要將板卡置于外殼之中，即可達到測試設(shè)備所研發(fā)的屏蔽功能。

圖3.Aprisa SR范例無線電設(shè)定

Aprisa SR無線電內(nèi)建數(shù)據(jù)加密功能，可產(chǎn)生仿真數(shù)據(jù)串流，以測試接收器敏感度。通過NI PXIe-5663 VNA，可讓NI PXIe-5673 VSG達到不同級別的無線電信號記錄與重復(fù)傳輸，再以實際數(shù)據(jù)測試接收器的敏感度。此方式也代表未來無需變更測試系統(tǒng)的軟件，即可改變加密程序。

NI軟硬件的關(guān)鍵作用

開發(fā)射頻測試系統(tǒng)也包含管理程序的難題。除了需跨多個地點協(xié)調(diào)項目之外，也必須以高速測試復(fù)雜的射頻產(chǎn)品，并讓設(shè)備具備屏蔽功能。

NI軟硬件平臺的功能與靈活性，可幫助我們有效開發(fā)高度穩(wěn)定的測試系統(tǒng)、滿足4RF公司的所有需求，并能確保配合產(chǎn)品上市時間。 最終我們擁有了低價位的自定義測試系統(tǒng)，它能夠測試并支持新款的高性能SCADA無線電產(chǎn)品的制造程序。

圖4.測試系統(tǒng)圖表顯示硬件組件與連接功能