使用NI軟件與PXI硬件，進(jìn)行高性能、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的 高級(jí)無線電系統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)試

"NI軟硬件平臺(tái)的功能與靈活性，可幫助我們有效開發(fā)高度穩(wěn)定的測(cè)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(shí)間。"

- Stephen Patterson　氏, CPE Systems社

挑戰(zhàn):

設(shè)計(jì)并開發(fā)高成本效益的測(cè)試系統(tǒng)，包含組件和不插電測(cè)試、設(shè)備編程、無線電信號(hào)分析和校準(zhǔn)功能，并要能針對(duì)高性能、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的高級(jí)無線電產(chǎn)品，達(dá)到無人工干預(yù)的產(chǎn)線測(cè)試，以用于遠(yuǎn)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(tái)、NI LabVIEW、NI TestStand、NI Switch Executive軟件創(chuàng)建測(cè)試系統(tǒng)，通過氣動(dòng)式測(cè)試設(shè)備連接至被測(cè)部件(UUT) - 包括射頻區(qū)域的自定義屏蔽，以實(shí)現(xiàn)高性能的射頻測(cè)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(kuò)充現(xiàn)有的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)長距離無線產(chǎn)品。Aprisa SR是點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的Smart SCADA無線電產(chǎn)品，可達(dá)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(duì)需要高級(jí)安全功能的工業(yè)所設(shè)計(jì)的，可有效處理日益復(fù)雜的SCADA網(wǎng)絡(luò)，并評(píng)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(jì)的高級(jí)無線電平臺(tái)，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(tái)、遠(yuǎn)程工作站、中繼器，無縫集成至任何網(wǎng)路拓?fù)渲? (圖1)。且單個(gè)機(jī)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(cè)試設(shè)備對(duì)射頻區(qū)域的屏蔽設(shè)計(jì)

項(xiàng)目難題

4RF Communications需要不同的測(cè)試方法來降低單位測(cè)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(cè)量領(lǐng)域的領(lǐng)先廠商CPE Systems，設(shè)計(jì)、開發(fā)出了高成本效益的無線電測(cè)試系統(tǒng)。產(chǎn)品的測(cè)試需求包含組件測(cè)試、不插電測(cè)試、設(shè)備編程、無線電信號(hào)分析與校準(zhǔn)以及無人操作的自動(dòng)環(huán)境。

由于4RF Communications對(duì)中/大型測(cè)試設(shè)備所知有限，且內(nèi)部工程資源不足，因此外包了測(cè)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(jī)選用了NI PXI平臺(tái)，搭配LabVIEW與NI TestStand軟件，提供了具備最高成本效益的靈活測(cè)試解決方案。

測(cè)試開發(fā)進(jìn)程

我們記錄了計(jì)劃中的測(cè)試目標(biāo)，并需達(dá)到下列特性：

· 板卡測(cè)試需在5分鐘內(nèi)完成

· 每月需能測(cè)試3000組產(chǎn)品

· 測(cè)試期間不能有人為干預(yù)

· 即使非技術(shù)人員也能操作

· 測(cè)試針可存取板卡另一邊的所有測(cè)試點(diǎn)

· 包含除錯(cuò)設(shè)備

· 可針對(duì)未來產(chǎn)品隨時(shí)擴(kuò)充，如更多的射頻頻帶與頻寬

我們將測(cè)試分為3大塊：

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

· Built-In Self Test (BIST): 用于Boot loader與軟件安裝、測(cè)試RAM與閃存、確認(rèn)以太網(wǎng)的地址分配。我們將這些測(cè)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(cè)試與校準(zhǔn)： 測(cè)試并校準(zhǔn)傳輸器、接收器、Aprisa SR板的系統(tǒng)功能。

圖2.最終測(cè)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(cè)試系統(tǒng)，因此對(duì)其中5項(xiàng)板卡設(shè)計(jì)作出了變更。但又因?yàn)闇y(cè)試系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初，已考慮到其必要規(guī)格與靈活度，所以重新設(shè)計(jì)PCB也僅需對(duì)夾具進(jìn)行1項(xiàng)變更。在4RF Communication與CPE systems之間保持良好的通信，并建立項(xiàng)目、配置管理程序之后，NI軟硬件讓我們能確保達(dá)到同步開發(fā)。

測(cè)試系統(tǒng)的主要限制之一，就是各組板卡需要5分鐘測(cè)試時(shí)間。因此需要優(yōu)化射頻校準(zhǔn)算法，確保達(dá)到高效率運(yùn)作。 而NI PXIe-5663矢量信號(hào)分析儀(VSA)與NI PXIe-5673矢量信號(hào)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(cè)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(jì)。 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(dá)到測(cè)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(cè)試接收器敏感度。通過NI PXIe-5663 VNA，可讓NI PXIe-5673 VSG達(dá)到不同級(jí)別的無線電信號(hào)記錄與重復(fù)傳輸，再以實(shí)際數(shù)據(jù)測(cè)試接收器的敏感度。此方式也代表未來無需變更測(cè)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(cè)試系統(tǒng)也包含管理程序的難題。除了需跨多個(gè)地點(diǎn)協(xié)調(diào)項(xiàng)目之外，也必須以高速測(cè)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(tái)的功能與靈活性，可幫助我們有效開發(fā)高度穩(wěn)定的測(cè)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(shí)間。 最終我們擁有了低價(jià)位的自定義測(cè)試系統(tǒng)，它能夠測(cè)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(cè)試系統(tǒng)圖表顯示硬件組件與連接功能