时间：2022-04-19 04:55:34
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摘 要:针对电子设备发热导致其可靠性下降的问题,对某电子设备机箱内部PCB(Printed Circuit Board)板强迫风冷的散热特性进行热测试实验,利用热分析软件ICEPAK对该设备的工作情况进行热仿真,并比较实验结果和仿真结果,结果表明二者一致性较好. 分析数值仿真产生误差的因素并提出改进数值仿真的方法. 该研究表明数值仿真可以为电子设备的热设计开发提供依据.
关键词:热仿真; 热测试; 电子设备; ICEPAK
0 引 言
随着现代电子技术的发展,电子设备不断向高功率､高密度方向发展,如果各种发热元件散发出来的热量不能及时散发出去,各个元器件的温度就会超过各自所能承受的极限,导致电子设备可靠性大大降低.这就要求对工作温度有较高要求的电子设备进行结构的热设计.[1]目前,对电子设备的热设计工作主要采取数值仿真与实验相结合的方法.在对电子设备进行风冷热测试实验所产生的大量实验数据基础上,进行软件热分析仿真,通过实验数据检验模拟结果,从而指导软件热分析,为进一步做好电子设备的热设计,保证电子设备正常､可靠的工作打下基础.
1 热测试方案与实验设备
1.1 热测试方案
实验在西安电子科技大学机电工程学院自行研制的DF―1型低速风洞中进行,被测试电子设备结构形式见图1.在PCB(Printed Circuit Board)板上用型号为HW200JB8的厚膜电阻模拟发热元件,电阻值为25 Ω,其安装形式见图2.
每块PCB板按顺序排列25个发热元件,6块PCB板构成5个通道,其中5和6号板为光板,1号板为元件并联板,2,3和4号板为元件串并联混合布置,通过加载不同的电压可得到元件上不同的功率分布变化.[2]
1.2 实验设备
(1)低速风洞: 工作段面积为300 mm× 400 mm,风洞通过严格设计完成,在工作段无物体时可保证段内各点风速相等.
(2)风速测量仪:用以测量风洞的实际流速.
(3)ATM―3型多点温度测试仪:可1次测量63个温度点.
(4)铜―康铜热电偶:测温范围为-260~ +300 ℃.
(5)稳压电源:模拟PCB板加电状态.
实验的主要目的是研究电子设备在不同工况条件下的散热特性,因此测试时将被测电子设备放在低速风洞工作段中,分别对4块板加不同的电压,以模拟功率变化的情况:1号板加电压为1~3 V;2号板为5 V,10 V,20 V,30 V变化;3号和4号板为 10 V,15 V,20 V变化.通过改变入口风速与PCB板间距等进行热测试,主要测试元件表面､背面与入出口的温度以及风洞内不同测点的流速.
2 数值模拟
2.1 模型的建立和求解
用ICEPAK进行热仿真的过程可分为5个基本步骤[3]:建立计算模型,设定问题参数,划分网格,求解计算和后处理.
图3为在ICEPAK中模拟该电子设备实际工作环境所建立的物理模型.
被测电子设备水平放于风洞工作段内,用openning模拟风洞的入口与出口,在入口openning处可设定不同的流速;风洞用cabinet模拟,4面绝热;PCB板与底板固连,底板材料为铝;设置厚膜发热电阻与PCB板紧密固连.在数值仿真中先根据每个PCB板所加不同电压计算出每个发热元件的热功率,再将所得热功率加载到每个热源上.
该模型的主要参数为流体状态.通过软件自动计算得到的普朗特数和雷诺数可以确定流体类型为紊流.根据不同的实验工况,设置环境温度和风速等边界条件[4].实验主要为强迫风冷,因此忽略辐射换热与重力影响.
由于PCB板上的发热元件排列紧密,为了得到较精确的计算结果,要保证在发热元件周围有较细的网格划分.然而整个风洞容积较大,如果采用相同精细的网格对整个风洞进行网格划分,将使得求解时间大大增加.因此,对每块PCB板及其安装的发热元件建立1个assemble ,适当调整assemble的大小,以保证在PCB板与元件周围有较细的网格划分,风洞内其他部分使用较粗的网格,而计算精度不受影响.最终网格划分HEXAS数量为128 830,NODES数量为142 084.在设置好求解残差和迭代次数之后开始求解并最终收敛.
2.2 计算结果
对热测试中几组不同工况下的实验进行仿真计算,图4为1号PCB板在入口风速为1.5 m/s和25.5 ℃环境温度条件下的温度云图.
从图4中可见在流体入口处元件温度低于出口处元件,与热测试结果相同.热分析结果相对于热测试的大量数据结果显得更加直观明了.
对热测试中几组不同工况下的实验数据与仿真计算结果进行对比.图5为环境温度25.5 ℃,风速1 m/s条件下2号PCB板加不同电压时,中间元件温度变化的测试与计算结果.从图中可以看出,当电压改变时,元器件的温升有较大幅度增长,显示计算结果与测试结果具有良好的一致性.
图6为环境温度25.5 ℃,U1=U4=3 V,U2= 5 V ,U3=15 V条件下1号PCB板上某一元件正面和反面测点温度的测试与计算结果.从结果可见随着风速的增大,发热元件正反面的温度逐渐降低,这表明仿真结果与测试结果吻合较好.从图中可以发现在0 m/s工况下计算结果较实验数据存在较大偏差,这主要是由于此时被测设备处于自然散热状况,而在仿真中没有考虑重力与辐射传热的影响,造成温度偏高.
图7为环境温度25.5 ℃,U1=U4=3 V,U2= 5 V ,U3=15 V条件下2号PCB板入出口测点温度测试与计算结果.数值仿真结果表明随着风速的增大,PCB板入出口的温差逐渐降低,与测试结果一致.由于在入出口处无热源且流体相对处于层流状态,因此数值仿真误差较小.图 7 不同风速下PCB2入出口测点温度
将数值仿真结果与热测试数据对比发现,计算发热元件表面的温度要高于实际测量结果,而计算PCB板入出口处的温度要低于实际测量结果,这主要是因为实际发热元件与PCB板之间存在由热源管脚到PCB板的热传导,而在热仿真中只是模拟热源与PCB板的固连热传导,没有模拟管脚的热传导,造成部分热量没有从热源传导至PCB板上,从而产生上述结果.预计如果考虑上述影响,通过更详细的建模分析,可以得到更精确的仿真结果,这对进一步改进热分析,提高数值仿真精度具有指导意义.
3 结 论
在对电子设备进行强迫风冷热测试的基础上,运用热分析软件进行数值仿真,并将计算结果与热测试结果进行对比,表明计算结果与测试结果具有较好的一致性,并从数据对比中得出改进热仿真的方法.电子设备的热测试与数值仿真都是进行热设计的重要手段,只有将两者更好地结合运用,才能进一步做好电子设备的结构设计,保证电子设备正常､可靠的工作.
上海聚墨仪器有限公司 邢咏红
摘要：针对汽车电子的测试要求的日益增高，本文介绍了一种基于虚拟仪器的测试平台，可以极大地方便汽车电子产品的测试。
关键词： 虚拟仪器；汽车测试；LabVIEW PXI
随着半导体及软件技术的快速发展，汽车电子在汽车产业中所占比例越来越大。从汽车的舒适性到稳定性乃至安全性的实现中，汽车电子产品都担任着至关重要的角色，并且正发挥着越来越广泛的作用。汽车电子产品厂商也正面临着巨大的市场挑战――提高产品质量、加快生产周期、降低生产成本等等。
在这样的条件下，对汽车电子产品的测试设备的要求日益增高，主要体现在以下方面。
复杂的测试要求
汽车电子产品在整车系统中的比例和实现的功能不断增加，要求其具有丰富的功能；随着基于CAN、K-Line、LIN等总线的车身网络的发展，还需要实现单个设备与整车网络之间可靠的实时通讯。这都要求汽车电子产品出厂前需要经历复杂的功能和参数测试过程，从而保证产品满足车厂所规定的功能上及质量上的诸多要求。
严格的质量管理流程
除了能够实现测试功能，测试设备还需要保存测试数据、提供测试数据在线分析功能，并能方便地据此进行生产过程统计(SPC)，如测量系统分析(MSA)和工序能力指数(Cpk)等，从而作为企业质量管理的数据来源。
开发现测试周期
目前汽车厂商推出新车型的周期越来越短，以满足不断发展的市场要求。对于在国外设计，国内生产的汽车电子产品而言，国内厂商需要在短时间内建立完整的测试线；而对于国内自主设计的汽车电子产品，往往要求测试线不但能够进行出厂前测试，还需要承担部分设计验证任务，因而在产品研发阶段就要实现测试系统，同时需要预先考虑由于产品改进而引起的测试设备变动。
苛刻的时间要求还体现在提高测试效率上。对于大批量生产的产品，利用功能单一、需要操作人员手工操作的传统测试设备很难达到时间和质量上的要求。因此使用自动化测试设备成为提高产品质量和产量必不可少的条件。
成本控制
汽车电子厂商往往需要生产多种型号、具有类似测试要求的产品，这就要求测试设备具有可复用性，可以简单的实现多种产品共用同一条测试线，以达到降低生产成本的目的，同时也降低了设备维护的开支。
如果完全采用进口测试设备，则设备的引进及维护成本高、检修周期长，已经有越来越多的厂商在考虑将进口设备国产化，利用本地的供应商或自行开发和维护。
由以上可见，在汽车电子产品测试中，所采用的测试设备是一种需要根据被测产品的不同而快速灵活定制、能够提供丰富的测试功能、便于本土工程师快速开发及维护的软、硬件平台。
测试平台
针对以上应用需求，本文介绍一种基于虚拟仪器技术的汽车电子测试平台，可以极大地方便各厂商进行汽车电子产品测试。
如图1所示，该测试平台基于虚拟仪器技术构建，由两部分组成――软件和硬件。硬件采用美国国家仪器公司(NI)的PXI模块化仪器；软件采用NI的LabVIEW图形化编程语言和TestStand测试管理软件开发。
硬件组成
PXI是一种专为工业数据采集与自动化应用度身定制的模块化仪器平台，具备系统的模块化、容易集成、容易装卸和连接，以及方便提高设备同步与触发精确度等卓越特性。
同时PXI模块化仪器具有丰富的产品，如NI所生产的PXI模块在汽车电子产品测试领域中所适用的有各种模拟和数字信号采集、调理、信号多路复用及矩阵连接控制、各种总线接口、射频及任意信号发生器等等。可为汽车电子厂商提供宽广的选择余地。
图2示出一组典型的用于汽车电子产品检测的PXI模块化仪器，其中包括了基于Pentium CPU的PXI控制器、由数字万用表和多路复用开关及矩阵开关组成的多路电流，电压测试系统、用于产生汽车收音机电台信号的射频信号发生器、汽车收音机音频分析仪等设备。为了实现自动化测试，汽车电子产品厂商通常利用产品本身具有的总线，如CAN、K－Line等，开放特定的控制指令用于产品状态控制，从而无需人工干预。因此在这些模块化仪器中，通常包含一个总线控制器(如CAN、K。Line、LIN控制器等)。除此以外，通常配置一块具有宽电压输入输出和光隔的DIO卡，用于与自动化生产线之间进行时序同步和夹具控制等。
图2的示例中包括了各种经常用到的汽车电子产品测试仪器。在大多数应用中，可以对上述模块化仪器进行定制，选用其中的一部分仪器，即可实现如汽车收音机(包括VCD／D V D／导航)、仪表板、行车记录仪、HVAC(Heating，Ventilation and Air Condition―ing)等产品在PCB及整机状态下的功能及参数测试。
软件组成
如图3所示，汽车电子测试平台中的软件部分由产品驱动程序、测试设备驱动程序、测试项目实现、测试序列(Test Sequence)和用户定制程序(如用户操作界面、测试数据库管理软件)等部分组成。
产品驱动程序――用于实现被测产品的程序控制，通常由各种总线方式(如CAN、K―Line、串口等)进行控制。以达到无需人工设置产品状态而进行测试的目的。对于特定类型的产品，需要进行控制的参数通常是统一的，与型号无关的。例如对于汽车收音机的音频测试，不论任何型号，所需要控制的参数通常有音量、波段、调谐频率、音效控制等。从而保证在为新型号产品开发测试软件时，无需修改调用它们的函数，只需要重新开发一组符合预先定义的接口类型的收音机控制程序即可。
测试设备驱动程序――主要指PXI模块化仪器的驱动，用于保证仪器的正常操作和向开发者提供应用程序接口(API)。这一部分无需用户自行开发，PXI模块化仪器的生产厂商会随硬件提供相应的驱动程序，通常还具备界面简单、易操作的硬件管理环境(如NI的MAX)，通过这个硬件管理环境，用户无需编程即可实现硬件自检、手动测试、硬件配置等功能。
测试项目实现部分――是产品驱动程序和测试设备驱动程序的结合。汽车电子产品厂商针对其不同产品，都会有特定的测试规范，而同一类型产品的测试规范通常是相同的。一旦根据厂商的要求开发完成，在构建同类产品测试线时不用或很少更改测试项目的执行程序。
测试序列――按照厂商所有的测试要求，将测试项目组合起来，就构成了一个测试序列。在此平台中，测试序列的表现形式为．seq文件(TestStand文件)。在这个测试序列中实现了所有的数据采集、分析、记录功能。
用户定制程序――包括用户操作界面和 测试数据库管理软件等。在此测试平台中，用户操作界面和测试数据库管理软件作为一个通用的组件，可以应用于各种产品的测试线上，而无需任何修改。
该软件平台具有以下特点：
同一个测试软件平台可以测试不同型号的同类产品。
由于同类产品的测试内容和测试方法通常是相似的，因此软件中的测试项目实现部分只需要针对不同产品进行相应的配置，就可用于所有具有相同测试方法的测试项目，用户无需重新编写代码。
同一个测试序列可以在不同测试站上运行。
考虑到产品平均出厂时间的限制，厂商在选择PXI模块化仪器时，通常会选用多个测试站来分担全部测试时间。这些测试站可以具有相同或相似的配置，在某些测试站上还会采用GPIB仪器以充分利用现有资源。如果其中一台测试站发生故障，该站上的测试软件可以在无需重新编写程序的条件下完成测试站的互换，只需要更改测试设备的资源名称。而测试设备驱动程序中已经同时支持了PXI模块化仪器和传统GPIB仪器。
开发及维护时间大大缩短
从图3中可以看到，除了被测产品驱动程序和测试序列会随着被测产品不同而变化，其它部分在一次开发完成后无需或很少改动。因此大多数情况下，无论是系统集成商还是厂商自己的开发工程师都只需要将精力投入到特定的被测产品控制和实现测试序列上。
同时，由于在一个工厂内采用了统一的软件平台，极大地减少了软件维护的时间开销。不同的测试线对工程师的要求也趋于统一，从而降低了因人员流动而造成的风险。
应用实例
某汽车电子厂商选用了上海聚星仪器有限公司的汽车电子测试平台组成汽车收音机的测试线，为了满足产品Cycle Time的要求，采用七个PXI测试站来分担上百个测试项目。其中两个测试站进行PCB形态的测试，如PCB上的测点电压、电流等参数；另外的测试站均为整机形态的测试，如调校、CD／MP3、AM／FM、音效控制、写入产品追踪及生产信息等等。如图4所示。
每个测试站上运行不同的测试序列，但采用相同的用户操作界面和测试数据管理软件。
由于采用了基于虚拟仪器技术的汽车电子测试平台，目前该测试线同时承担了三种类型、十几个型号的汽车收音机自动测试任务，而该测试平台的维护只需要一个工程师即可完成。
结语
基于虚拟仪器技术的汽车电子测试平台能够有效的满足日趋复杂的测试要求，提高测试线的开发效率并降低生产成本，正逐渐成为汽车电子产品测试领域中新的趋势。
摘要：伴随着经济形势的变化，电子制造产业受到很大冲击，与电子产业密切相关的测试技术也随着市场重点的变化而变化，本文通过对多家公司的访谈，探索新形势下电子测试技术需求新趋势。
关键词：电子测试；无线测试；测试测量；3G
对于电子技术来说，测试测量几乎贯穿了每个电子产品的设计、开发与生产的全过程，并且成为电子工程师必须掌握的一项技能。受电子业整体低迷的影响，电子测试市场近期有所下滑。但总的来说，测试行业市场需求有升有降，技术发展的需求增强。普通家用电子产品和通信产品行业许多企业处于困难时期，产量下降。近期没有生产扩容需求。因此。作为质量控制的生产线测试市场需求有所下降。随着目前3G的兴起和发展，一些技术领先的企业和研发以及检测机构，要求测试测量行业提供顺应通信标准和技术发展的仪表。因此针对研发和检测市场需求是增长的。 中国市场的测试测量需求依然在提升，有数据显示，2008年国内电子测试仪器进口量有明显的增长。而中国扩大内需的政府举措更是给测试测量产业发展带来巨大的空间。据粗算。2009年一季度大部分测试仪器厂商在中国国有企业和科研院所方面的销售有相当程度地提升。
抓住市场成长的热点
虽然遭遇经济危机，但并不是每个行业都受到牵连，有些产业依然蓬勃发展，因此，一些市场发展的热点领域依然存在着促使测试测量厂商取得突破的机遇，比如对先进生产技术的支持，又如一贯是测试测量重要应用的国防和航天，更有最近逐渐兴起的3G网络。
测试与测量技术的发展与电子行业的发展密不可分。即使遇到一些问题，电子行业的发展动力依然来自于消费者对体积更小、功能更强、更多互连计算和通信产品的需求。为满足这些需求，电子企业不断推出新产品，将新无线协议、新电池技术、新元件和半导体技术等各种功能集成在这些电子产品中，并且这一趋势在每一代新产品中的应用似乎逐渐加快了，所有这些都促使测试行业必须采用新的方法去测试这些新型产品和前沿技术。吉时利公司认为，目前这方面的热点包括：对于每种新的无线协议都相应需要新的测试方法和测量仪器；工艺尺寸低达45nm甚至更小，半导体小型化的每一次新进展都要求测量技术相应进步；要想制造出世界上最便宜的笔记本电脑或手机，也需要对测试技术进行革新，不断降低购买价格，降低测试成本。解决所有复杂的问题都需要进行更多的测试。在生产条件下以最高的产能进行更多的数据采集和分析工作，以改进这些新工艺。
上海横河国际贸易有限公司市场总监吴启尧则认为，一方面随着新兴国家的崛起，带来了能耗的直线上升，使全球变暖及污染日趋严重，为了应对能源紧张及环境保护。节能、环保、新能源成为全球发展的共同课题。另一方面，中国国内的3G牌照发放也会带来新一轮的大规模建设和投资，而在3G建设的同时已经在逐步向4G领域迈进。无线通信已经不再单单局限在通话这一简单的功能，而是从照相功能、音乐功能向网络功能和电视功能等全面迈进。而这些也给作为领域排头兵的测试测量行业带来了新的机遇和课题。随着新能源的逐步开发和节能技术的不断成熟。变频控制器越来越被广大行业领域所重视。另外、芯片功能的不断加强也同时带动了多通道数字领域测试测量要求的提高。同时网络的广泛应用将对高速、快捷的通信领域提出更高的要求。这些领域都要求测试技术在多通道、高频率、高精度等方面能更上一层楼。
同样看好3G市场的还有罗德与施瓦茨中国有限公司产品支持部产品经理陈峰，他认为近期在测试测量领域有两大热点：3G移动通信和航天与军用测试。3G通信测试可以分很多方面，如关于核心网的测试、基站子系统的测试以及终端的测试等，可能需要进行射频辐射测试(包括EMC测试)、射频传导测试、协议测试、SIM测试、音频测试、CTIA/OTA测试、SAR测试、产品安全性测试等。航天和军事领域的测试涵盖范围极广。在射频微波测试方面，包括卫星测控、雷达测试、环境仿真、材料测试、元部件测试、基带测试、天线测试、信号仿真与分析等等。对于罗德与施瓦茨公司而言，保持技术领先并不断创新是公司的基本方针。在通信测试领域，保持着与3Gpp标准的同步和前瞻性的统一，随着目前3G和LTE的飞速发展，带来的是公司新的机遇；在航天与国防领域，无论是飞船和卫星、新型飞机和雷达还是舰船和航母，都给公司的发展带来机遇，同时也是挑战。
泰克亚太区市场开发经理孙志强则从我们身处的“全新的数字时代”的5大市场驱动力具体分析了测试技术发展新趋势。
・基于数字RF技术的全新RF和微波市场：
・需要对随时间变化RF信号进行跟踪、监视和捕获分析；
・需要对“宽带”RF信号无缝“复制”、分析；
・可定制的灵活测试完整方案。
・基于数字视频技术的全新视频应用：
・既要对传统的视频技术又要对全新的数字视频进行测试；
・对全新的数字视频内容进行测试分析；
・高效灵活的数字视频测试方案。
・基于高速串行技术的全新计算、通信和娱乐应用：
・对复杂的高速系统进行“全信号通路”检测和分析(从发射端，到中间连接，到接收端)；
・针对高速信号系统测试。要设备具有极高的信号保真度(即要测试设备有“全量程”的最低“噪声”)；
・高效灵活的测试解决方案，缩短用户产品开发周期。
・基于嵌入式系统技术的全新而广泛电子应用：
・需要对大量“新技术”一之前只在高速系统中使用的技术，现在也广泛应用在嵌入式系统；
・需要对混合信号环境进行测试分析；
・针对多样化的总线，需要高效灵活的测试方案。
・基于无线通信技术的全新下一代网络应用：
・以中国为例，需要最全面的能够支持包括CDMA2000，WCDMA，TD以及核心网的NGN、WiMAX、LTE在内的各种技术的网络和终端测试解决方案；
・需要有支持2G/3G融合互操作的网络优化解决方案和管理QoS客户体验的质量分析方案；下一代通信不只是技术的竞争，更重要是网络应用和用户管理。
挑战与解决策略
对于测试测量厂商来说，不仅仅要针对技术需求的重点来进行策略调整，同时还要面对测试工程师提出的更多新要求，像如何满足多样化的测量需求和任务?如何降低选择和使用测试仪器的风险?如何加快用户产品设计和调试周期?如何帮助用户仪器投资最大化和产品创新?以上种种 挑战，归结到一点就是：现在我们身处在一个以方案为中心，以需求为导向，以服务为根本的新型电子测试市场。
面临的挑战中很重要的一点是如何在改进性能的同时降低测试成本。当然，改进性能涉及到很多方面，与实际应用是不同的。在研发实验室中，改进性能通常意味着实现更高的测量精度。在生产条件下，中心问题是提高产能同时保持测量可重复性和精度。在这两种情况下，最复杂的事情是上一问题中所提到的快速变化的环境；每当一种测量系统或测量方案变得比较完善时，似乎另外一种新的无线协议又需要进行测试，或者半导体器件的几何尺寸又在迈向45nm的道路上经过了新一轮“缩小”，从而必须要对测试系统进行重新设计甚至重新构建。降低这种情况下的测试成本意味着仪器制造商必须在设计新产品时极富创意。他们的设计是否向后兼容之前的产品?是否能够将多种仪器的功能集成到一套工具中，或者在尺寸更小的设备中集成更多的通道?是否集成了智能的固件和软件功能。从而缩短系统配置和调试所需的时间?
吉时利公司认为。应对挑战必须不断创新，其中包括研制出灵活而实用的测量仪器。例如。一种能够在不同环境下用于不同测试的仪器，或者集成多种功能的单台仪器，能够节省用户购买多台仪器分别执行各个任务的投资成本。很多先进材料。包括纳米技术和基于半导体的材料，都需要进行多种电气测量，例如超低电流和/或超高电阻特征分析。吉时利已经在低压测量领域获得了经验。虽然吉时利在这一领域处于领先地位，仍不断推进测量技术，降低对产能增大的敏感性，提高生产良率，降低测试成本。
罗德与施瓦茨陈峰则展望了在通信和航天与军用测试领域的技术发展需求及挑战。新的电子技术的发展主要体现在通信技术和航天与国防技术的发展，具体频率和带宽以及数字处理的能力的提高，因此，测量技术在这方面也要随之提高。需要有更高的速度、更宽的带宽和更高的精度。在通信领域，LTE的应用是近期发展的目标；在航天与国防领域，新的测控技术、新型飞机与舰船、电子对抗以及隐形飞机和对应的雷达技术带来新的测试需求。
从性能上讲，技术革新体现在数字处理技术的发展及其与射频器件的优化配合，将会有更高的精度和速度、更大的带宽，从而帮助通信技术和国防应用的技术发展。从功能上讲，测试仪器会在通用性集成功能方面带来突破。简单说就是一台多功能仪器完成以前一套测试系统的工作。例如，一台接收机，同时具有频谱分析、场强分析、调制分析、噪声分析、矢量分析以及功率测试等等各项功能。同时，测试仪器要具有通用性和前瞻性，开放用户接口，给用户开发空间，从而帮助技术人员在研发中尝试新技术和方案，推动技术发展。
结语
随着电子技术的飞速发展，线路复杂性的不断增加，环保节能的要求越来越严格，作为基础工具的测试测量仪器被提出了更高的要求，精度、测试范围、应用领域的拓展和功能的多样性都成为各测试厂商不断追求的目标。
全球的金融危机已经对各行各业造成了重大的影响。各行业也都在不断的消减经费，压缩研发预算，这些都对测试测量行业有一定的影响，由于总体用户的需求下降，也造成各测试仪器厂商对于销售预期的不确定性。技术上各仪器测试厂商可能对一些前景并不理想的行业产品进行消减。这就要求测试仪器厂商本着如下原则进行战略调整：
・提供更精确的仪器硬件平台，最大限度地提高信号保真度，减少测试方案的导入误差量；
・提供高效的应用解决方案，包括针对各种技术标准的专有软件方案和探测方案{探头和夹具等)；
・提供可定制的测试中心平台。既能执行标准测试流程，又能定制专有条件下的极限测试；
・提供世界级的专家咨询网络，最大限度地为用户增值。
以上这些测试方案的创新，必将贯彻到电子行业从设计、开发到生产制造每一个环节，会极大推动用户的技术创新进程。尤其在当前，那些意识到这些变化的电子测试设备厂商必将和中国用户一起，最终实现了产品和产业的技术升级。
IPC职业培训与认证项目走进中国大专院校
5月14日，IPC(国际电子工业连接协会)中国区总经理彭丽霞与来自南京职业技术学院、哈尔滨工业大学的代表签属协议，该协会将免费赠送一定数量的标准文件作为两所学校的教学使用。
目前，IPC在电子制造方面共有五项带有培训认证的标准，它们是：IPC-A-600、IPC-A-610、IPC/WFLMA-A-620、IPC J―STD-001和IPC-7711/7721。
另外，IPC还与南京电子学会电子制造专业委员会签署合作协议，双方将开展互换会员行动，彭丽霞还宣布IPC的航空航天标准向中国开放。
摘要：为某整车厂商开发了一款基于cAN总线及蓝牙技术的车载娱乐设备，实现了免提通话、音频流音乐播放等功能，本文结合产品开发与测试经验，介绍综合运用cAN总线和蓝牙技术开发汽车电子产品及测试中的关键技术。
关键字：cAN；汽车电子；蓝牙
引言
在汽车电子系统中，CAN总线通信技术不仅减少了线束减轻了汽车重量从而提高了效率，更重要的是它实现了汽车电子网络的信息共享和数据传输，利用它可以把某项应用按照功能分拆在不同的组件中实现，这样在实现各个功能子系统时非常灵活，系统中组件的使用更广泛更充分，单个组件可以在多个功能系统中被应用。可以说CAN总线的出现更好地体现了网络复用的特点。蓝牙技术在消费电子领域中的成功运用经验推广到汽车电子领域后，其开发与测试遇到了一定的挑战，笔者结合为某整车厂商开发的一款基于CAN总线及蓝牙技术的车载信息娱乐设备，介绍基于CAN总线及蓝牙技术的汽车电子产品开发及测试中的关键技术。
产品开发
该产品是一个集成usB音频播放、蓝牙免提、蓝牙音频流播放等功能于一体的汽车电控单元(以下以USB－BOX来表示)，通过CAN总线与车内音响系统组合为一体，实现播放普通u盘内音乐文件(MP3、WAV、wMA等)，同时可以通过蓝牙功能实现免提接听、拨打电话及播放流媒体音乐等。音响系统包括液晶屏、收音机、方向盘和USB-BOX，其中液晶屏用于实现歌曲文件信息、电话相关信息以及电话本的显示等功能，收音机实现CD音乐播放及控制等功能，收音机和方向盘上带有按键控制接口，实现对USB-BOX的音乐控制和免提操作，系统结构如图1所示。
在这个CAN网络汽车音响系统中，收音机和方向盘CAN节点提供人机操作接口控制USB-BOX，而USB音乐播放和蓝牙免提功能相关的液晶屏显示页面则由USB-BOX来控制。USB－BOX的程序设计采用基于有限状态自动机的软件架构，将整个控制流按照功能分解为若干并发的子状态机，每个状态机被实现为一个任务，在子状态机中将该功能实现的过程节点做为子状态，以过程的推进作为状态机的跳转，这样使得整个系统构架清晰，简化了实现，便于系统调试和后续功能扩展。
在状态机的实现中，关键跳转条件是CAN帧和蓝牙信号，CAN帧方面主要是标识符的管理，标识符是指当前液晶屏应该显示什么样的页面。提供什么样的显示信息和导航选择，在该页面下收音机和方向盘按键操作对应哪些控制命令，可以实现哪些选择性的操作(选择、退出、向上向下导航、向前向后导航)，由USB-BOX和收音机共同管理。而蓝牙信号涉及到不同手机在同一功能上的不同差异，信息组合不完整，次序不固定，这就会带来一定的兼容性问题。下面以电管理为例描述一下状态机的设计。
首先根据整个来电管理的过程设计Ready、IncomingCallEstablish、ActiveCall三个状态，USB－BOX默认起始状态为Ready，当手机来电时，手机把蓝牙信号CALL SETUP IND(呼叫过程提示)、RING IND(来电响铃提示)和CALLER_ID_IND(来电号码)等来电信息传给USB-BOX，USB-BOX进入IncomingCallEstablish状态。通过CAN帧将响铃提示信息发送给管理功放音响的收音机，把来电号码发送给液晶屏，这时收音机播放铃声，同时液晶屏上弹出显示页面。包括该电话号码，并提供是否接听的两个可导航选项，这个页面的标识符便是来电管理标识符。这时可以利用收音机上的导航按键选择是否接听，在导航到接听按键上按下选择键时，收音机会把接听来电命令发送给USB-BOX，USB－BOX通过蓝牙信号把接听来电命令发给手机，手机接听来电，通话建立后手机把蓝牙信号CALL IND=1(呼叫建立)发送给USB－BOX，USB－BOX进入ActiveCall状态，在该状态下，在收音机上按下选择键时，USB－BOX接收到该按键操作命令，发送CAN帧给液晶屏，弹出一个可导航页面，包括挂断、保持选项，选择挂断，收音机把挂断命令通过CAN帧发送给USB-BOX，USB－BOX通过蓝牙信号发送给手机挂断电话，挂断后手机把蓝牙信号CALL IND=0(通话结束)发送给USB-BOX，USB－BOX进入Ready状态，同时通过CAN帧把通话结束发送给液晶屏和收音机。
产品测试
下面以该产品蓝牙特性的测试来说明一下如何综合采用CAN总线及蓝牙技术完成对该产品的蓝牙测试，在这里将被测试的产品以EUT来表示。
由于无法搭建产品运行时需要的所有外部环境去直接测试产品的各项功能，所以设计了测试工装在生产线上对产品进行测试，同时由于EUT实现的功能比较多，完成单个BUT测试需要的时间比较长，这样为了满足生产节拍的快节奏，在生产线上需要多个工装分别测试多个BUT。EUT的蓝牙特性是指其蓝牙射频通信上是否稳定，软件是否正常运行，不涉及具体的功能项，我们通过确定EUT的信号强度来判断其射频通信，通过一个具体的功能项一配对来判断其软件是否正常运行。
下面首先描述一下测试环境及测试方法，然后详细介绍测试方法的实现。
由于EUT是有效范围为10m的Class 2蓝牙设备，而生产线本身就10米左右，在10m范围内存在多个测试工装和多个EUT，所以为了保证测试工装确实在测试其测试台上的EUT，需要确定工装测试台上这个特定EUT的蓝牙地址以进行后续的配对功能以完成测试。由于测试工装与其测试台上的EUT距离是固定的，而且在某测试工装和多个EUT之间，工装与其测试台上的EUT的距离是最近的，所以在测试工装上实现可以测量被搜索设备的信号强度的搜索功能，对有效范围内的BUT进行搜索，只要测试台上的EUT的信号强度是OK的，那么信号强度最强的蓝牙地址便是工装测试台上的EUT所对应的蓝牙地址。
而EUT配对过程的实现(图2)是一个典型的采用CAN总线及蓝牙技术综合实现的功能，首先EUT将来自蓝牙手机的配对请求通过CAN总线发送到液晶屏上显示，然后利用收音机上的按键允许配对，通过CAN总线发送给EUT，BUT接着把弹出PIN码虚拟键盘请求发送到液晶屏上，接着在液晶屏上的虚拟键盘上通过收音机上的按键输入PIN码，然后通过CAN总线把PIN码发送到BUT上，BUT接受蓝牙手机配对，发送PIN码完成配对。
在这里约定一个统一的PIN码，只需要在测试工装上实现蓝牙配对、接收BUT通过CAN总线发送的配对请求、通过cAN总线发送允许配对命令及发送PIN码到BUT的功能即可完成对BUT配对功能的测试。如果测试台上EUT蓝牙特性OK，便可以顺利完成配对操作，如果该EUT的信号强度没有满足要求，而通过搜索最强信号强度得到的蓝牙地址是另外一个EUT的话，由于测试工装跟另外一台工装测试台上的BUT不存在CAN总线连接，所以无法接收配对请求，在这里设定一个超时时间，便可以得出EUT测试不OK的结论。
结语
笔者开发了一款基于CAN总线及蓝牙技术的汽车电子产品，该产品运行稳定可靠，目前已经成功装车应用，本文分析了其产品开发及测试的原理及特点，并结合具体实例介绍了开发及测试的实现。
机载电子设备自动测试系统需要对上百种部件进行功能测试，涉及的信号种类和数量都很多，这些信号按照频率分为低频和高频两种，按时域特性分为连续和离散信号，按照形式分为电信号和非电信号(如温度、速度、高度、气压、航向等)。为满足复杂的测试需求，我们采用虚拟仪器技术。
系统硬件设计
PXI模块化仪器相对于GPIB、VXI、RS232等仪器而言，具有速度快、体积小、易扩展等优势，因此作为硬件的主体。再选用常规信号源(SOURCE)和信号测量模块(SENSOR)，通过GPIB和RS232总线扩展专用和自研设备。整个系统硬件原理如图1所示。
由于PXI模块较多，且为了今后的扩展，选用了18槽的PXI-1045机箱；为了进一步提高系统平台的集成度，选用PXI-8187零槽嵌入式控制器，摒弃了以往系统中利用MXI-2将工控机作为主控器的方式。PXI-8187带有GPIB接口，可以方便的扩展GPIB总线设备。部分仪器资源和部件需要串口通信，故选用PXI-8421扩展4个串口。
1 信号采集
以61／2数字万用表PXI-4070和51／2数字万用表PXI-4060作为常用的测试模块，可以测量0～300V的电压，0～1A的电流，0～100MΩ的电阻。 示波器PXI-5112(2通道8位分辨率，100MHz带宽)和模拟输入PXI－6070E(16路单端输入／8路差分输入，12位分辨率，1．25M采样率)配合使用，可以满足常用的连续波和单点电压信号的采集。PXI-6070E在进行数据采集时，前端连接了两块SCXI-1125，用于信号的调理(10kHz或4Hz的低通滤波、衰减)。此外，PXI-6070E还可用于控制器与SCXI机箱之间的通信。
高速DIO PXI-6534可以采集和输出高低速离散量。特殊和复杂信号的采集处理则采用GPIB设备和RS232自研设备，如频谱分析仪。
2 信号输出
函数发生器PXI-5421(16位分辨率，100MS／S采样率，带宽43MHz)和高速模拟输出PXI-6733(8路输出，16位分辨率，刷新率1MHz)配合使用，可以满足常用的连续波和单点电压信号的输出；SCXI-1124用于隔离模拟电压和电流的输出。
特殊和复杂信号的输出采用GPIB设备和RS232自研设备，如交直流电源、射频信号源、大气数据测试系统、模拟器等。
3 信号路由
由于大部分机载电子设备的信号数量众多，不可能将所有信号同时直接连接到资源上，必须经过继电器矩阵进行切换。因此继电器必须有足够快的响应时间，才能通断较大的信号。选用两块继电器矩阵模块SCXI―11 29和附件SCXI-1333、SCXI-1339，组合成合适的继电器矩阵(最大通断能力150Vdc／A，150Vrms／250mA)。在信号的连接、断开过程中，为了实现最优路径的自动选择和安全保护(避免源于源相连)，我们重新编写了继电器矩阵驱动，在实际使用中取得了满意的结果。
4 资源接口和适配器
资源接口是所有资源接口的集合，每个部件根据需要通过适配器连接部分资源。一个或多个UUT共用一个适配器，因此测试系统根据UUT的信号情况，可以配置一个或多个适配器。
系统软件设计
CVI在标准C语言(Ansi C)的基础上增加了仪器控制和工具函数库的虚拟仪器开发软件，提供了很多实用的例程，具有友好的图形用户界面，并且c语言是大家都比较熟悉和易于使用的开发工具，因此选用CVI可以加快测试程序(TP)的开发。系统软件原理见图2。
为了方便和规范TP的编写，TP开发管理软件根据输入的测试信息自动生成测试程序代码框架和仪器操作代码。测试程序编写完成后编译生成动态库，由测试程序执行管理软件调用和管理。在测试程序开发过程中，仪器操作和虚拟仪器界面的开发是两个重点。
1 IVI仪器驱动的开发和使用
仪器驱动的用途是对仪器进行程控，简化测试程序开发人员对仪器的操作。传统的仪器驱动与仪器耦合太紧密，仪器发生变化，驱动也要重新编写，进而使用此驱动的测试程序也要重新编写和编译。
IVI(可互换虚拟仪器)驱动采用了类驱动的概念，实现了同一类仪器之间的互换，同时增加了仪器仿真和状态缓存的特性，提高了TP开发调试的效率。CVI提供了方便的IVI驱动开发工具，因此可在开发测试程序过程中选用IVI驱动来控制仪器。
目前，IVI驱动标准只了八大类仪器的类驱动，为了保证非IVI标准的仪器在一定范围具有可互换和仿真功能，我们借鉴了标准IVI驱动的机制，开发了自定义IVI驱动。利用IVI驱动，我们成功实现了NI公司的PXI-4070卡式万用表与Agilent公司的HP34401GPIB台式万用表之间的互换，实现了不同公司生产的单相交流电源和三相交流电源之间的互换。
IVI驱动采用逻辑名和XML配置文件机制，在硬件资源描述发生变化时，只需更改配置文件，不需要更改和重新编译测试程序，就能保证测试程序的正常运行。如果不采用IVI驱动，就必须更改所有用到函数发生器的测试程序，将在很大程度上延误工程进度。
此外，利用IVI驱动的仿真功能，使得测试程序开发人员可在自己没有安装任何硬件的计算机上进行仿真调试，提高了平台的使用效率和测试程序开发效率。
2 虚拟仪器界面的开发
虚拟仪器界面提供人机接口，可以让操作员根据需要施加信号，实时监测信号。CVI提供了开发虚拟仪器界面的用户接口资源文件(*．uir)和各种控制和显示控件，用于模拟实际仪器界面。目前，NI LabVIEW、CVI和HP VEE是最为出色和方便易用的虚拟仪器界面开发软件。图3是其中一个TPS的虚拟仪器界面。
此例中，打开激励开关时，PXI－6733连续输出RMS 1．5V，频率400Hz的正弦波作为磁传感器的激励；用PXI-6070E的三路模拟输入通道同时采集磁传感器输出的三路航向信号(最大幅度小于100mV，频率为800Hz)，并显示在同一个波形显示控件中，再利用算法计算出角度，显示在表盘控件中。由于增加了信号调理板SCXI-1125和端子板SCXI-1313，将PXI-6070E的测试范围扩展到2．5mV～300V，从而精确的测量了磁传感器输出的小信号，测算出精确的角度。
应用成果
采用NI PXI模块、CVI、IVI工具、MAX管理软件，以及第三方的设备，我们成功构建了多套通用、开放的航空机载电子设备自动测试系统。利用这些系统成功开发了多机型、总数量达三百多种的TPS，帮助用户实现了UUT快速的定检、维修。相对于用传统仪器搭建测试台的方式，自动测试系统在效率和质量上有了很大提高，为机载电子设备提供了有力保障。
摘 要：测试语言主要分2类：面向仪器的测试语言和面向信号的测试语言。通过分析2种测试语言的优缺点，结合我国航天嵌入式电子系统测试系统的特点，提出一种基于虚拟仪器的面向航天嵌入式电子系统的测试语言，该语言主要借鉴ATLAS的关键语句，将其解释为测试框架配置文件和测试文档；同时还描述该测试语言的程序格式和执行机制。
关键词：航天嵌入式电子系统；虚拟仪器；测试语言；ATLAS；自动测试
随着我国航天技术的发展，航天嵌入式电子系统的复杂度不断增加，可靠度要求越来越高，产品研制周期也越来越短。这就给航天嵌入式电子系统的测试提出了新的挑战。在新一代自动测试系统中，自动测试语言――如ATLAS语言，在系统级仿真、测试与验证中起着非常重要的作用，人和机器均可翻译的自动测试语言不但可以作为用户与测试人员沟通的桥梁，而且可以编译成可执行测试代码，在目标机器上运行。
本文通过分析面向信号和面向仪器2类测试语言的优缺点，结合我国航天嵌入式电子系统测试系统的特点，提出一种基于虚拟仪器的面向航天嵌入式电子系统的测试语言，目的是将测试过程中的各种资源和功能单元进行组态，并将其涵盖于既定的测试框架中，实现“积木式”软件开发。同时，该测试语言还融入了软件工程的思想，加入测试文档和测试程序的自动生成功能，进一步提高了测试系统开发效率。
1 测试语言综述
测试语言大体上可分为2类：面向信号的测试语言和面向仪器的测试语言。
面向仪器的测试语言，如LabView主要通过直接调用仪器驱动实现测试过程，面向仪器的测试语言与具体仪器紧密相关，因此程序移植比较困难，可重用性也比较差。而面向信号的测试语言，如ATLAS（Abbreviated Test Language for All Systems），则主要通过对信号的操作（施加激励信号，测试响应信号）来映射底层测试仪器的操作，达到与仪器无关的目的，因此面向信号的测试语言具有较好的可移植性和可重用性。ATLAS语言作为一种面向信号的测试语言，还采用了类似于英语自然语言的语法格式，使得它成为一种人机均可翻译的测试语言，既可以作为工程师和测试人员之间交流的文档规范，也可以经编译后作为测试程序执行，鉴于此，ATLAS成为美国国防部首推的军方测试语言。
但由于ATALS语言是一种接近于英语自然语言的测试语言，并不适合国内用户使用；同时，为了能够满足各个方面的测试需求，IEEE组织不断对ATLAS进行修改，使得其语句非常臃肿，仅语言关键字就有1 000个（IEEE ATLAS STD-95），使得ATLAS语言的培训费用十分高昂；再者，ATLAS的编译器价格极其昂贵，使得其优势难以在国内测控领域发挥。
而另一方面，面向仪器的测试语言却在商业领域取得了长足的发展，鉴于仪器互换的问题，NI和惠普等公司联合推出了一系列的仪器驱动标准：VISA（Virtual Instrument Software Architecture）和IVI（Interchangeable Virtual Instrument）。VISA是VPP（VXI plug & play）联盟于1996年2月推出的新一代仪器I/O标准，VISA具有与仪器硬件接口无关的特性，即VISA是面向器件功能，而不是面向接口总线。使用它控制VXI，GPIB，RS 232，PXI等仪器时，不必考虑接口总线类型。如图1所示。
为了进一步提高仪器驱动程序的执行性能，达到仪器的互换，1998 年由9家公司成立的IVI基金会，在VXI-PNP 技术基础上为仪器驱动程序制定新的编程接口，在VISA 标准驱动程序上插入VXI-PNP 框架结构和类驱动程序，它通过定义类驱动器和专用驱动器实现了部分通用仪器之间的互换，缩短了程序开发时间，提高了系统的运行性能。如图2所示。
针对于此，IEEE推出ATLAS 2版本，它整合了VISA，IVI和面向对象技术，给ATLAS语言注入了新的活力。总体来讲，面向信号的语言和面向仪器的语言各有优势，面向仪器的语言具有直观，易用的特点；而面向信号的语言编写的测试程序具有较好的可重用性和仪器可互换性。
2 航天嵌入式电子系统测试需求
航天嵌入式电子系统测试主要是针对航天专用的三模冗余或两模冗余嵌入式电子计算机，这些系统在出厂前必须进行全面的测试，测试主要可分为内部测试和外部测试，内部测试主要是指那些无需借助外部测试仪器，而可以直接通过嵌入式系统内部执行测试程序所进行的测试，如CPU测试、ROM测试、RAM测试、端口测试等；外部测试则是指需要外部测试仪器配合所进行的测试，如开关量测试、串口测试、计数器测试、AD/DA测试等。
航天嵌入式电子系统测试的传统方法为：根据测试需求分别设计内部测试程序和外部测试仪器及测试程序；嵌入式电子系统和外部测试系统分别上电初始化后，外部测试系统向嵌入式电子系统上传测试程序（嵌入式系统本身的ROM内固化有1个RTOS）；嵌入式系统加载测试程序后向外部测试系统发握手信号，并等待外部激励；外部测试系统向嵌入式系统发送激励信号，嵌入式系统接收激励并做出响应，如此循环下去。
为提高测试系统可重用性和测试的准确性，开展了面向航天嵌入式电子系统的测试技术研究，并对一些测试模块（软件）进行了标准化工作，如CPU测试、ROM测试、RAM测试、AD/DA测试等；同时还采用标准的基于PXI的测试仪器，以达到仪器可重用，系统可配置的目的。
3 面向航天嵌入式电子系统的测试语言
面向航天嵌入式电子系统的测试语言不但要解决外部测试问题还要解决内部测试问题，这里在融合面向信号测试语言与面向仪器测试的各自优势的基础上，通过系统建模的方法，定义了适用于航天嵌入式电子系统测试应用的测试语言，以达到测试系统的可重用及可配置的目的。
系统建模包括3个方面：信号建模，UUT（Unit Under Test，被测对象）建模和测试仪器建模3个方面。信号建模主要针对航天嵌入式电子系统所常见的接口信号类型及特点，定义出一组常见信号，用户可以通过参数设定，达到描述UUT或测试仪器接口信号特征的目的；UUT建模主要是通过对UUT外部接口，内部组件参数及体系结构的描述，达到内部测试测试程序的自动装配，UUT建模同时支持黑盒建模（仅描述其外部接口）和灰盒建模（同时描述其内部体系结构及组件参数）；测试仪器建模则通过描述测试仪器的本质信号特征及关键接口特征，并最终映射实际仪器（所建立的测试仪器模型与实际仪器可能存在一对多或多对一的对应关系），达到测试程序可重用，仪器可更换的目的。
因此，本文所描述的面向航天嵌入式系统的测试语言主要包括5个部分：
信号描述及定义通过定义一组航天嵌入式电子系统常见的基本信号，如数字信号（包括开关量和脉冲量）、模拟量（DC，AC）等。用户可通过配置信号参数设定信号；
被测对象描述通过描述被测对象的接口关系，并建立状态机功能模型，仿真被测对象的功能模型，并自动生成内部测试程序。在未建立状态机功能模型时，系统可以将被测对象作为一个黑盒考虑，此时不生成被测对象内部测试程序；
测试仪器描述通过描述测试仪器，达到建立测试需求模型，并最终与1个或多个实际测试仪器相映射，测试仪器本身相当于一个信号描述集合，通过定义虚拟测试仪器，提高了测试仪器的可互换性和测试程序的可重用性。这样既保留了面向仪器测试语言的直观性和易用性，也提高了程序的可重用性；
连接关系描述连接关系描述定义了UUT与测试仪器之间的连接关系，连接关系描述还可以包含适配器描述，使得测试系统的层次性更加明显，也更有用；
测试策略描述测试测量是测试语言中的最重要的部分，通过一系列的测试动作：apply，measure，verify等，控制测试仪器完成测试过程。测试策略描述语句选择提取ATLAS关键测试语句：单信号语句、多信号语句、总线操作语句、定时和事件相关语句，并对其进行了一定的改进，使之更直观，且更易于实现到图形化语言的转换。测试语言的具体格式如下：
每一个TEST_ITEM（也即测试策略描述）对应于测试框架中一个测试细则，测试细则是图形化的测试执行界面的一个子界面。
测试语言经编译/解释后生成测试框架配置文件和测试文档，用户通过加载测试框架配置文件，设置执行次数和选择测试项目，系统即开始进行测试，测试界面主要分两部分：测试总览和测试细则，其中测试总览主要采用文本框的形式显示当前的测试记录，包括当前正在进行的测试项目和捕获的错误信息等；测试细则是由一个或多个图形化的详细测试分项构成。
4 结 语
通过研究国内外测试语言发展现状，结合面向信号测试语言和面向仪器测试语言的优势，采用软件工程的思想，建立了基于虚拟仪器的面向航天嵌入式电子系统的测试语言模型，为以后的进一步研究奠定了基础。基于虚拟仪器的测试语言还处于研究的初级阶段，仍有不完善的地方，需要进一步改进。
高过载条件下测试电路需要达到高速测试要求，本文从研究电容、电阻、二极管以及电感等电子元器件的测试方法入手，在高过载下电子元器件测试过程中，设计与之相配套的测试电路，以此保证测试电路能够符合特定要求，为高过载下引信系统运行的稳定性与可靠性提供文献参考。
【关键词】高过载 电子元器件 测试方法
我国电子元件的平均每年的生产总量占全球的39%左右，但是我国电子元器件检验技术的发展并不成熟。而检测电子元器件是维修电器的一个基本内容。一般而言，采取的是从电阻器、电容器、二极管、电感器变压器这四个方面进行检测的方法。电子元器件检测朝着自动化方向的不断发展，使得研究高过载下电子元器件测试方法成为了热点话题。
1 研究高过载下电子元器件测试方法的必要性
在检测电子元器件的过程中，一般利用LCR数字电桥以及UT708新型数字万用表进行检测。LCR数字电桥的测试精度较高，但是它的测试频率却偏低，每秒平均10个。UT708新型数字万用表的测试频率比数字电桥还低，每秒平均3个，难以满足高过载下高速测试的要求。此外，一般情况下，利用本万用表只能有一个测试通道，无法同时对多组数据信息进行实时监视。虽然本万用表配备了相应的计算机接口，然而其数据信息的传输速度很慢，且不利于数据信息的记录。因此探究在强应力场环境下，电子元器件参数的动态监检测方式是十分有必要的，以此才能够达到不同试验情况下与不同环境下的各种要求。
2 高过载下电子元器件测试方法研究
2.1 选择试验方法
文中探讨的高过载是指由机械冲击产生的高过载。笔者将标准锤击机作为本试验设备。因为标准锤击机与加速传感设备具备较强的重复性能，所以能够用作恒定应力的试验设备。利用锤击机产生高过载，然后发生惯性力，以此进行试验。标准锤击机上的棘轮中，有三十个齿，且每个齿的转角为12度。在实验中，锤击机的转动齿数多，锤击过程中的产生惯性加速度也就更大。用棘轮上的齿数，来控制锤击机模拟的具体惯性力。通常情况下，击锤的碰撞时间大约为150μs，占实际时间的几十分之至几百分之一。 在高过载试验条件下，电子元器件的具体特征参数多会出现不同程度的变化，过载水平地不断增加，特征参数也会不断地发生改变，当冲击结束后，待测参数将会恢复为初始值。
2.2 设计测试电路
2.2.1 设计电阻测试电路
（1）运放测电阻阻值的利用。测试原理公式如下：
Uo=-Ui （1）
在本公式中：Ui为基准电压，Rx为待测电阻，R1是基准电阻，Uo为输出电压。在明确基准电压Ui和基准电阻R1的基础上，输出电压Uo与Rx是存在一定的联系，所以将待测电阻Rx更换为与之相符的输出电压Uo，然后利用下述公式进行换算，就能够得出待测电阻Rx的实际阻值。
Uo=-Ui ，Rx=-R1
此实验结果显示，该测试电路适用于高速测试以及高温测试环境。
（2）利用RC振荡法测试电阻值。此测试原理为：在电路中，当待测电阻和电容形成一个完整的RC振荡回路时，电容的放电与充电均要通过被测电阻。因此放电时间与充电时间是相等，且振荡集成电路自带2个恒流源，并以控制电容充电的实际电流作为恒值，由此，在电容两侧的电压将会出现线性变化。通过实验证明，本测试电路达到了高速测试要求。
2.2.2 电容测试电路
（1）RC振荡方法对电容充电特性与放电特性的测试。测试原理：笔者利用电路形成RC多谐振荡设备，在电容中的电压为Vcc的情况下，电路内将会出现1个短路通道，且电容放电；当电容电压为Vcc时，电路中的短路通道将会被关闭，电容充电，同时还将会输出波信号，而方波高电信号在幅值上和Vcc相等，可以利用此方波信号进行定时。试验中，取电容端压是以分析放电、充电时间来反映实际的容值，由于其只对电容单向进行放电、充电，因此适用于无极性电容以及有极性电容的测试。然而，此测试法的缺点在于：难以保证充电时间与放电时间的一致，振荡频率在20kHz以下，电容端压值为非线性。经过实测与仿真后，证明本测试法操作简单，符合高速测试要求。
（2）改进RC振荡法。利用改进后的RC振荡法对电容进行测试。测试原理是：运用集成函数发生设备，在本电路中，电容与电阻构成一个完整的RC振荡回路，而电容放电、充电经过电压后，放电与充电相同，发生设备自带的2个恒流源，将其中的控制充电、放电电流作为一个恒值，由此，在电阻两侧电压呈三角波形状。当振荡频率为100kHz的情况下，三角波的线性度是0.1%。通过实验证明，本测试电路符合高速测试要求。
2.3 二级管的测试电路
此测试原理是：在电路中，利用LF353和ICL8038形成交变信号电源，并将该信号加在由待测二极管与一线性的基准电阻形成的分压网络上，采集二极管两侧的电压，大约是0.5V。该测试结果证明，本测试电路符合了高速测试要求。
2.4 电感参数测试电路
在本电路中，明确某一电阻以及待测电感的串联电阻，利用本信号发生器所引发的正弦波试验信号，以及待测电感两端的电压，然后经过电感与电压这两者进行转换，最后从示波器中输出导纳，并获得待测电感的实际感抗。
3 结论
综上，对实验结果进行研究分析后得出，将笔者所阐述的测试电路用于高过载试验中，待测二极管、电感参数、电阻以及电容等电子元器件参数，与实际数值相比误差偏小，测试结果有效。因此本文所阐述的4种测试电路满足了高过载实验条件下的高速测试要求。
摘 要：为达到较高精度测量光学玻璃折射率的要求，研制了基于直角照准法、最小偏向角法和三最小最小偏向角法的光学玻璃折射率的测量设备。文中介绍了该测量设备的电子学系统控制和测量的设计方案，并对关键元器件的选用进行了分析。结果表明：电子学系统控制和测量设计方案可满足高精度光学玻璃折射率的测量精度要求。
关键词：光学玻璃 折射率 电子学系统 控制和测量
伴随光学精密仪器的高速发展，对光学玻璃的折射率的测量精度要求越来越高，光学玻璃折射率的数据精度对保证光学系统像质起着非常关键的作用。新型光学玻璃材料的研发也对光学玻璃折射率提出较高的要求。
很多人对光学材料折射率的测量提出了多种有价值的测量方法[1-2]，主要有测角法和干涉测量法。文章介绍了基于测角法中使用的直角照准法、最小偏向角法和三最小偏向角法测量光学玻璃折射率的测试仪中的电子学控制和测量设计方案。
1 电子学方案
高精度光学玻璃折射率测试仪主要由底座、测角系统、传动机构和微调机构、自准光管、平行光管、载物台和光源箱组成。
1.1 系统
电子学部分是以单片机为前台机，系统机为后台机对位敏传感器（PSD）和轴角编码器进行数据采集，以步进机为执行机构，系统机进行数据运算的光电瞄准实时控制系统。
1.2 关键元器件的选用
1.2.1 轴角编码器
示值分辨率0.05″；精度0.5″；转速≤90°/S；显示箱：XXX°XX′XX″XX，按BCD码以度（百、十、个）分（十、个）秒（十、个）小数秒（后1、2位）顺序连续发送。其内容高4位（D7-D4）为标识位码（0-8），后4位（D3-D0）为BCD数据码。传输速度15?s1/字节-20?s1/字节。
1.2.2 位敏传感器
采用位敏传感器（PSD）作瞄准探测器是本系统的重要特点。它反应快、灵敏度高、精度高。与CCD不同，属于非离散性器件，适配电路也比较简单。PSD是具有横向光电效应的PIN光电位置传感器，I1、I2的输出和光点位置有关，经适配电路处理有：
式中：X：光点偏离中心位置座标；L：PSD光敏面长；I1、I2：PSD两端输出电流。
设计中选用滨松（HAMAMATSU）线阵PSD S3931，其主要技术指标如下：
上述PSD 0.2 ?m的位置分辨率，相当于度盘角度0.075″。6 mm的探测范围，折合角度为37.5′。
1.2.3 步进机和驱动器
步进机和精密微调机构相连，采用四相步进机和驱动器。整步模式下步进角可达0.9°，对应轴角0.2″，谱线在PSD上移动0.5 ?。
1.2.4 A/D转换器
AD转换器的位数
=
取14位AD，转换时间小于步进周期的10倍，以便多次平均。取100?s。本设计采用了12位逐次比较型AD转控器AD574。在接近PSD中心时，精瞄将位置信号切换到放大8倍，从而达到15位AD的跟踪精度。
1.2.5 瞄准时间
当步进脉冲取600 Hz/S时，从边缘到中心整步6000步，粗瞄所需时间为：（6000/600）=10s。
1.3 单片机测控系统设计
单片机是该系统的前位机，承担PSD和轴角编码器的角度数据采集，步进机的驱动控制，键盘和LCD显示的人机交互和数据予处理（例PSD的多次采集平均，加减除运算等）以及和系统机的串行通讯。
1.4 显示
采用240×64中小屏幕有背光的点阵液晶显示器，可进行汉字显示，并用电子游标模拟出谱线在PSD上的粗略和精确位置。给出角度数码和PSD上谱线位置偏移码。
1.5 系统机
系统机不附加接口板，它通过RS232串行口与前台机（单片机系统）相连。在0帧（监控0）联机状态下（联机2）它的功能和前台机一样，通过键盘对系统进行遥控，PSD和轴角码进行实时CRT显示。在1帧（监控1）联机状态下，接收前台机某模式下的逐项参数（角度值），进行运算，给出折射率的精确值。还可输入当时的温度、气压值、对折射率进行修正。
1.6 软件设计
前台机的逐程序由8051汇编语言编写，系统机的程序由C语言编写，采用模块化结构。包括程序清单和功能、全部程序列表、软件框图（主程序和监控0程序框图、调整和显示子程序框图、电机调整（跟瞄）子程序框图）、PSD值采样A/D转换防干扰平均值法子程序（INTO中断服务程序-读AD、给出模式1（直角照准法）测试流程框图、给出模式1叠代法解方程模块）。
2 结语
该文介绍了高精度光学玻璃折射率测试仪电子学设计方案，并对关键元器件的选用进行了分析，通过实际应用表明，电子学方案可满足高精度光学材料折射率测试仪的指标要求。
摘要：介绍了一种汽车空调电子调速器老化测试系统的设计。采用三菱Q00JCPU为主控器，MT4414T触摸屏作为人机界面。用户可直接在触摸屏上设置工作主电压、信号类型、5段老化参数；同时具有风机工作电流、风机转速、产品温度等参数的显示和历史趋势查看功能。并集成了烟感报警、声光报警器等报警装置，实现无人化安全监控。系统最终实现了电子调速器功能和性能的在线老化测试，可自动检测出产品的隐藏缺陷，为产品质量改进提供了决策依据。目前该系统已经应用于汽车空调电子调速器的产品老化测试中。
关键词：电子调速器 风机 老化
随着社会经济和科学技术的快速发展，汽车已经成为人们生活中的主要消费品之一，并逐渐影响和改变人们的生活。汽车空调电子调速器作为汽车空调的重要组成部分，市场需求也逐年扩大。目前市场上电子元器件的质量良莠不齐，真假难辨，严重影响了电子整机产品的质量。汽车电子因其工作环境的特殊性，本身比一般电子产品要求高，如何保证汽车空调电子调速器的质量能满足客户的要求，显得十分迫切。设计一种专门针对汽车空调电子调速器的老化测试系统可有效降低产品的故障率。电子整机产品的老化，是指接通电源在室温或高低温情况下进行连续若几个小时甚至几十个小时的正常工作，然后再检测产品的性能是否符合要求。在产品出厂前及时发现有异常的产品，送往检修部门检修。这种异常产品往往是由于元器件质量或生产工艺比如虚焊等造成的，一般检测工序不容易发现。同时在产品开发阶段，对样品进行老化测试，还可以全面了解产品的性能，对后期进行批量生产提供依据[1]。
1 硬件设计
汽车空调电子调速器老化测试系统主要由以下单元模块组成：PLC主控单元、人机界面单元、稳压电源单元、信号发生单元、风机转速检测单元、电压/电流采样单元、温度检测单元、报警单元等。另外还包括工作电压为12V/24V的大小功率风机若干个，基本可满足各型号电子调速器要求，所有模块和风机都安装固定在一个铝合金工作台上。系统主要结构框图见图1。
1.1 PLC主控单元
PLC主控单元负责系统各单元的协调控制，执行用户设定的各项操作。Q00JCPU是三菱MELSEC-Q系列PLC中的基本型CPU，是以小规模系统为对象的，最适合于简单而又紧凑的控制系统。所支持的最大I/O点数为1024点，可以使用梯形图、语句表、ST（结构化文本，类高级语言）、SFC、FB等5种编程语言对基本型QCPU进行编程。Q00J为CPU、电源和主基板（带32点输入输出）一体机，同时内置串行通讯功能RS-232和RS485接口能与使用MC通讯协议的外部设备进行通讯[2]。系统中使用其RS-232接口与上海步科的MT4500触摸屏通信。RS-485接口与电源单元的数控直流稳压电源通信，用于设定当前电源输出。另外在0#插槽上额外配置了一个QJ71C24N通信模块连接信号发生单元。
1.2 人机界面单元
人机界面选用的是上海步科生产的MT4414T触摸屏，7寸TFT、65536显示彩色、800*480分辨率、4线精密电阻网络等，并具有COM0和COM2两个串口，支持RS-485和RS-232通信接口[3]。可直接与三菱Q00JCPU的RS-232接口连接进行通信数据交换。使用的通信协议是 MC协议，使用兼容3C帧，4格式。波特率 57600，数据位8，停止位1，奇校验。
1.3 稳压电源单元
为使系统操作更加简单和智能化，风机工作电压直接在触摸屏上设置。使用具有远程控制功能的数字稳压直流电源作为风机主电源，电源电压范围0～30V，最大输出电流50A，自带过流、过热等保护功能。完全可满足当前12V/24V常见功率的汽车空调电子调速器的测试老化需要。数字稳压直流电源与PLC之间采用的是自由通信协议。PLC可对电源进行开/关机、改变电压大小等操，并能实时读取当前输出电压、电流值和电源故障状态指示。
1.4 信号发生单元
产品老化过程中，需要定时间隔调整风机转速控制信号的大小，进而改变风机输出。常规的直流或函数信号发生器已经无法满足要求。系统采用的信号发生器是自制的汽车空调电子调速器专用信号发生器。可支持0～10V分辨率0.1V的直流输出；频率10～1000Hz，占空比0～100%的PWM输出；LIN-BUS总线输出；并且支持RS-485远程通信控制。PLC可通过QJ71C24N通信模块对其进行远程控制。
1.5 风机转速检测单元
在Q00JCPU的1#插槽上增配了一个脉冲I/O模块QD60P8-G，该通用模块可以测量转速检测装置输入脉冲的个数[2]。转速传感器采用的是霍尔型转速传感器SC12-20K，单片集成、高可靠性、温度特性好、响应频率大于20KHz、检测距离4mm、工作电压DC6～36V，三线NPN常开输出。在风机主轴上镶嵌一个直径10mm的永磁铁，将SC12-20K垂直对准永磁铁截面并固定离其4mm处。传感器使用24V供电，并将输出信号接到QD60P8-G的脉冲输入端。
1.6 电压/电流采样单元
Q64AD模拟输入模块，支持4通道模拟量输入。使用其中的3个通道分别检测风机两端电压、工作电流和电子调速器散热铝壳的温度。风机两端工作电压最大不超过主电源电压30V通过50K和10K电阻分压后接到Q64AD的通道1。将风机电源回路电缆穿过一个直流电流变送器LHB-50A，即可检测风机工作电路，变送器采用24V供电，输出4～20mA电流信号，在回路中串联一个250Ω的精密电阻，转换为1～5V电压信号送到Q64AD的2号通道。温度传感器使用的是K型热电偶变送器，温度范围设置为0～200度，输出4～20mA，同样使用24V供电，串接一个250Ω精密电阻后接到Q64AD的通道3。使用时只需将探头抵在电子调速器的散热铝壳上。
2 软件设计
系统软件分为触摸屏端上位机程序和PLC端下位机程序。MT4414T程序使用EV5000_V1.6_CHS开发环境编写，选择连接PLC型号为Mitsubishi Q00J，站号1、RS-232方式、波特率 57600，数据位8，停止位1，奇校验；上位机界面设计见图2。
本界面为系统用户操作界面，可直接在界面上设定主电压、信号类型、五段参数值、循环次数等；同时显示风机电流、风机转速、产品温度等参数，并绘制出风机电压、风机电流、风机转速、产品温度四个参数的历史趋势。主电压设置范围，0～30V；信号类型可选择DC、PWM、LIN-BUS三种目前主流的信号类型。当出现风机短路、烟感报警现象时，报警指示显示“故障”。
PLC端下位机程序在GX Developer Version 8开发环境下编写。程序主要分为下面几个模块程序。通信模块程序，包括PLC与触摸屏、数控直流稳压电源、信号发生器之间通信；风机电压检测模块、风机电流检测模块、风机转速检测模块、故障报警模块。
3 结语
本方案设计的汽车空调电子调速器检测老化系统已经形成产品，在汽车空调配件企业的产品老化车间使用，有效的检验了产品的性能和可靠性，大大降低了产品的出产故障率，提高了产品的市场竞争力。本文提出的电子调速器检测老化系统设计方案对其他电子产品老化检测具有一定的参考意义。
