基于PXI平台的通用化多功能模块的设计与实现

上海航天电子技术研究所 孙斯亮 鲁 毅 汪小丽

基于PXI平台的通用化多功能模块的设计与实现

上海航天电子技术研究所 孙斯亮 鲁 毅 汪小丽

当前基于PXI平台的标准模块功能单一，价格昂贵，为了节约成本，需要选用多个标准模块并自制模块实现自动化测试系统搭建。本文针对有线装置及无线基带装置测试系统的基本需求，设计了一种基于PXI平台的通用化多功能模块，实现了信号采集、信号输出、数据通讯、触点控制等多个功能，有效降低了测试系统成本与体积，提高了模块通用化水平及测试系统搭建效率。

通用化；多功能；设计

引言

随着虚拟仪器技术的发展，用户只需选购相应模块即可快速完成测试系统搭建。然而标准模块功能单一，价格昂贵，利用多个不同种类的标准模块才能完成测试系统搭建，最终系统搭建成本昂贵，体积庞大，单个模块内资源浪费严重。为了节约成本，缩小体积，用户大多采用标准模块结合自制模块方案搭建系统，然而该方案设计调试工作量巨大，通用化较差，搭建周期较长，节约成本有限,。因此，开发一款功能丰富的通用化多功能模块对降低测试系统的搭建成本和体积，提高模块通用化水平及测试系统搭建效率有着重要意义。

本文提出了一种基于PXI平台的通用化多功能模块，采用模块化、通用化、集成化设计，实现了信号采集、信号输出、数据通讯、触点控制等功能，集成了万用表卡、多功能采集卡、示波器卡、数据通讯卡、继电器卡、调制信号源等多个标准模块功能，满足了有线装置及无线基带装置测试系统的基本需求，有效降低了测试系统成本与体积，提高了测试系统集成度、通用化水平及搭建效率。

1.总体方案

通用化多功能模块主要由信号调理单元、继电器触点单元、电源转换单元、采集与控制单元、数据通信单元组成，信号调理单元负责将电压、电流、阻抗等采集信号进行调理，转换为数字信号，继电器触点单元通过数字信号程控对外提供可控继电器触点，电源转换单元对PXI背板电源进行调压转换为多电压供电及驱动信号，采集与控制单元负责调理后的数字信号进行采集并根据数据通讯单元指令产生数字和模拟信号，数据通讯单元负责对内部信号电平及形式进行转换，完成与模块外部被测件及PXI总线数据的通讯与传输。图1为通用多功能模块的功能框图。

1.1 信号调理单元

信号调理单元由功率电阻、放大电路、数字电位器、分压电路、开关矩阵、隔离电路、程控放大器、模数转换电路组成，功能框图如图2所示。其中，输入电流信号通过功率电阻进行电流采样后，将采样正负端电压通过放大电路进行放大，最终通过隔离电路转换为对外部隔离地电压信号。输入阻值信号由电源转换单元供电，经程控数字电位器分压转换为共地电压信号，输入电压信号经过分压电路转换为对外部隔离地电压信号。根据需求使用多个上述电路，上述电压信号通过程控多选一开关矩阵输出单路信号，进而通过隔离电路转换为共地电压信号，最后经程控放大器放大及模数转换电路转换输出数字信号至采集与控制单元，该单元有效覆盖了为了增加多功能采集卡通用性自制的各种调理模块。

1.2 电源转换单元

电源转换单元由滤波电路、升压DC-DC模块、固定降压DC-DC模块、可调降压DC-DC模块、调节电路、隔离电路组成，功能框图如图3所示。电源转换单元由PXI背板供电，其中背板5V经滤波电路直接输出，背板3.3V一路经滤波电路直接输出，另一路通过固定降压DC-DC模块转换为2.5V经滤波电路输出，背板12V一路经滤波直接输出，另一路通过升压DC-DC模块转换为36V电压后，经调节电路及可调降压DC-DC模块转换为24V~34V可调电压，可调电压经隔离电路及滤波电路后对外输出，上述电压均连接至模块外部接插件可通过电缆引出使用或检测。

1.3 继电器触点单元

继电器触点单元由多个微型固体继电器与驱动电路组成，功能框图如图4所示,继电器正负触点全部连接至模块接插件，用户根据实际需要通过电缆自定义正负触点属性，驱动电路主要由多级并联非门电路及接口电阻组成，该电路接收电平信号并进行电流补偿为继电器控制电路提供控制信号，通过导通继电器内部发光二极管，驱动继电器触点动作，有效覆盖了程控继电器卡的功能。

1.4 采集与控制单元

采集与控制单元由时钟电路、数据缓存、现场可编程门阵列（简称FPGA）、存储器、数模转换电路组成,功能框图如图5所示。其中时钟电路负责产生主时钟，数据缓存实现对FPGA接收信号的缓存，FPGA内置嵌入式软件通过数据同步、数据解析、串并转换、数字信号处理、数字滤波及软件无线电等手段将数据通讯单元输出的控制信号进行解析并根据配置产生选择算法处理产生数字信号对外输出，同时将外部采集的数字信号根据配置算法进行处理后输出至数据通讯单元，其中FPGA输出数字信号通过程控信号调理单元对采样速率及采样通道数进行调整，并对调理后的数字信号进行处理，有效覆盖了万用表卡、示波器卡及多功能采集卡的功能，通过继电器触点单元，实现对对继电器触点的控制，通过数据通讯单元完成与外部被测件的数据通讯，存储器负责对FPGA处理算法进行存储，下次加电自动初始化FPGA设置,选择处理算法。数模转换电路负责将FPGA产生的数字信号转换为模拟信号程控电源转换模块调节电路，同时FPGA内部使用调制及变频等算法产生数字信号转换产生基带调制信号，有效覆盖了调制信号源的功能。

1.5 数据通讯单元

数据通讯单元由PXI接口电路、数据通讯接口电路组成。PXI接口电路将PXI总线信号进行处理后传输至采集与控制单元，并将信号调理单元处理好的信号传输至PXI总线供总线上其他模块使用，数据通讯接口电路将采集与控制单元输出的通讯信号及同步信号进行隔离、差分及电平转换，完成与被测件数据传输与通讯，有效覆盖了数据通讯卡的功能。

2.结语

本文介绍的基于PXI的通用化多功能模块实现了万用表、多功能采集卡、示波器卡、数据通讯卡、继电器卡、调制信号源等多个标准模块功能，有效覆盖了大部分有线装置以及无线装置低频部分的测试需求。本模块搭建的自动化测试系统相对使用已有标准化模块体积小、成本低，功能多，相对于使用标准模块结合自制模块，通用性强，开发周期短。本模块定型为标准模块进行量产后，将进一步降低成本及周期，有效提高基于PXI平台的自动化测试系统搭建效率。

[1]孙斯亮等．基于PXI总线的多星座导航接收机自动测试系统[P]．201621098282．4,2016．

[2]孙斯亮等．多星座导航接收机自动化测试系统的设计与实现[J]．数字技术与应用,2017．

[3]高利．数字万用表的研究与设计[J]．数字技术与应用,2014．

[4]钱国平．基于PXI总线的数据采集模块的研制[D]．哈尔滨理工大学硕士学位论文,2004．

孙斯亮（1989—），男，汉族，河南洛阳人，理学硕士，研究方向：电子技术。