基于LabVIEW的射频放大器自动测试系统

2015-05-15周杨

机电工程技术 2015年8期

周杨

（贵州广播电视大学遵义分校，贵州遵义 563000）

0 引言

微波等离子体光源由于其绿色、节能、高效的特点受到日益广泛的关注。为了进一步降低成本，提高系统效率及可靠性，微波等离子体光源使用半导体射频放大器代替回旋管作为驱动源。射频放大器模块将射频信号放大，用于激励微波等离子体光源灯泡内填充物变为等离子体状态并发光。因此，射频放大器的性能直接影响到微波等离子体光源的发光特性。本文研究开发了基于LabVIEW平台的射频放大器的自动化测试系统，可以实现射频放大器的性能指标的自动化、长时间测量。

1 硬件设备

计算机对Agilent N5181A信号源进行控制，产生需求的射频信号，进入射频放大器产生放大信号，通过耦合器分别使用Agilent U2001A功率探头采集射频放大器的输入输出功率。系统硬件组成如图1所示。

图1 硬件设备连接图

为了简化系统及降低成本，计算机没有安装专门的GPIB板卡，使用Aglient公司的USB/GPIB 82357B标准线缆对信号源进行编程控制；功率探头采用自带USB接口的U2001A，仅需两个标准USB接口即可实现与设备的通信。

2 软件设计

软件系统的操作面板如图2所示，主要由以下几个功能区构成。

（1）运行控制区：完成开始/暂停，数据保存，软件停止功能。软件启动之后，只有“开始”按钮处于可触发状态，“保存”按钮和“停止”按钮都处于灰色禁用状态；当系统处于暂停状态，可以触发“保存”按钮对数据进行保存，当再次开始测量后先前的测量数据会被清除。

（2）数据显示区：包括曲线显示、表格显示、表盘显示、数值显示。曲线用于显示数据连续变化；当选择保存数据功能时，表格中的数据会被保存至Excel中，并提示用户选择保存路径；表盘和数值显示都用于显示当前测量值。

（3）设备连接示意区：包括VISA资源名设置和仪器连接示意。由于实际设备连接，比如环形器，同轴线等，存在插入损耗，因此可以在该功能区耦合器中手动添加校正值，保证数据准确性。

（4）信号源设置区：完成对信号源频率和幅度进行设置以及开关操作。为了保证LabVIEW程序框图设计简洁，对频率、功率和开关三个数据源封装到“簇”中，任何操作只会产生一个事件，由软件自动识别产生该事件的具体操作。

（5）信息提示区：显示程序运行过程中出现的警告和错误，提示进行正确操作。

2.1 仪器检测及初始化

虚拟仪器软件体系结构（VISA：Virtual In⁃strument Software Architecture）是一组标准的I/O函数库及其相关规范的总称，它最大的优势是不区分具体的接口类型，驱动软件可以互相兼容使用，这为软件开发人员提供了极大的便利[1]。系统进行测试之前需要进行设备通信检测，保证设备已经正确连接并能够正常运行。设备检测程序框图如图3所示。首先，软件检测设备输入VISA资源名是否有效，如果检测到“空”，则提示用户对应设备没有连接，系统会继续等待直至检测到所有设备连接正确后，会将有效VISA资源名传递至初始化程序。

图2 软件操作面板

图3 设备检测程序框图

为了防止测试仪器信号源和功率探头在初始状态时出现不确定性，因此有必要进行正确的初始化。如图4和图5所示分别为信号源和功率探头初始化程序框图。本文使用的是Agilent公司开发的仪器控制程序。仪器控制程序是在应用层面对仪器底层工作细节的一种封装，使得用户不必花费过多的精力去了解仪器底层工作细节就可以方便地编写出适当的程序，增强了应用程序的可维护性[2]。

在操作面板每个设备的VISA资源名输入端右侧有初始化指示灯。当该设备初始化完成之后，指示灯为亮绿色。反之，指示灯为暗绿色，软件会在信息提示区显示当前异常状态，并停止工作。

2.2 数据采集及处理

生产者/消费者设计模式（事件）是多线程编程中最基本的设计模式，它是事件处理器和队列消息处理器结合构成的复合设计模式[3]。产生数据的线程属于生产者，处理数据的线程属于消费者。本系统采用这种方式可以减少数据丢包，同时保证数据同步，方便后续数据处理。如图6所示为数据采集及处理程序框图。为输入功率和输出功率分别开辟队列空间，生产者在超时事件发生时同步读取两个功率探头采集的数据，并传递至消费者线程中。在这个过程中，生产者和消费者各自独立工作，确保当其他事件发生时不会出现数据丢失的情况。

2.3 操作面板响应

图4 信号源初始化程序框图

图5 功率探头初始化程序框图

图6 信号源设置响应程序框图

为了保证能够及时响应操作面板的操作，采用单独线程的事件结构。事件结构可以有效减少CPU占用率，响应更加及时，特别适用于人机界面设计[3]。如图6所示，当在操作面板对信号源进行有效操作时，系统检测到信号源数据“簇”值改变时产生事件，在事件处理函数中会对产生事件的具体操作进行判断，最后对信号源做出相应的设置。