基于 LabVIEW 的濾波器插入損耗自動測試系統的實現

基于 LabVIEW 的濾波器插入損耗自動測試系統的實現

文/袁文

本文介紹了濾波器插入損耗測試的原理和方法，以及通過LabVIEW平臺的圖形化編程實現自動化測試，實現包括器件信息顯示、數據采集、顯示、分析、存儲等功能。該系統的實現，極大地提高了濾波器插入損耗測試的效率，且對測試的準確度和穩定度都有了較大的改善。減少了因人員操作或讀數產生的誤差而對測試結果引起誤判事件的發生，且該系統能根據測試對象的不同需求隨時改變測量參數。

【關鍵詞】濾波器 LabVIEW 自動測試

1 引言

LabView 軟件是一種圖像化的編程語言和開發環境，使用這種語言編程時，基本上不需要編寫程序代碼，而是“繪制”程序流程圖。它廣泛地被工業屆、學術屆和研究實驗室所接受，被公認為式標準的數據采集和儀器控制軟件。本測試系統軟件根據測試需要主要由自檢、硬件資源配置、項目測試控制、結果報告、結果分析處理、系統資源等功能模塊組成本文結合實際測試經驗和濾波器測試的特點運用 LabVIEW 軟件開發了一套自動測試系統。試驗結果表明，該測試系統具有界面友好、功能完備、可靠性高、可維護性強等優點。

2 測試原理

2.1 插入損耗的定義

濾波器的插入損耗是噪聲源直接傳送到負載的噪聲電壓與插入濾波器后負載上的噪聲電壓之比。

插入損耗是在空載、50Ω系統條件下測試的，結果通常表示為在所關心頻段內的衰減曲線（單位為分貝）。插入損耗計算可由下式計算得出：

 IL=20lg  （dB）

式中：V1 表示沒有濾波器時負載上的噪聲電壓；V2 表示插入濾波器后負載的噪聲電壓。濾波器的插入損耗也可定義為噪聲源直接傳送到負載的噪聲功率與插入濾波器后負載上的功率之差，也可由下式計算得出：

  IL=P1 − P2（dB）。 式中：P1 表示沒有濾波器時負載上的噪聲功率；P2 表示插入濾波器后負載的噪聲功率。

2.2 測試原理

依據 GB7343《10kHz ～ 30MHz 無源無線電干擾濾波器和抑制元件抑制特性的測量方法》，按 CISPR17 在 50/50Ω 條件下，測試設備為頻譜分析儀和信號發生器，則濾波器共模和差模插入損耗的測試原理如圖1所示：

3 系統軟件實現

3.1 編程軟件編程軟件采用美國 NI 公司的 LabVIEW

編 程 平 臺，LabVIEW 是 一 個 基 于 G 語 言(Graphics Language， 圖形化編程語言 ) 的具有革命性的圖形化開發環境 , 它內置信號采集、測量分析與數據顯示功能 , 摒棄了傳統開發工具的復雜性 , 在提供強大功能的同時還保證了系統靈活性。同時對于大多數儀器有自帶驅動，并可利用 VISA 編輯儀器標準命令SCPI，使 LabVIEW 幾乎可與任何程控儀器進行通訊。

3.2 系統設備

根據濾波器的插入損耗測試的原理，在測試軟件編程上首先考慮的是用電腦把測試設備連接起來，能夠通過電腦對設備進行控制，并且能夠從測試設備中讀回測試數據，并進行計算處理，最終把測試數據存儲起來。一般設備都具有多種通訊接口，如 RS232、GPIB 接口等，本系統中信號發生器采用的安捷倫函數發生器 33250A, 頻譜分析儀采用的 R&S 公司的 FSP30，這兩臺設備都具有 GPIB 接口，因為該接口具有傳輸數據穩定，連接方便并且支持多臺設備同時工作等特點。數據存儲采用的是 EXCEL 的形式，具有比較好的通用性，便于后期數據處理和報告的生成。測試軟件的框圖如圖2所示。

3.3 程序執行流程框圖

如圖 3所示。

3.4 軟件前面板的設計

在 LabVIEW 中，前面板就是人機對話界面即測試時人們可以看到的界面，因此前面板的設計一定要利于測試人員的操作。

本系統在前面板設計中，采用的控件有：

存儲路徑、開始和停止按鈕、測試頻率的的輸入、測試值的判限框、測試數據的顯示表格以及測試值的實時顯示框等。同時設置了F12 為測試的快捷鍵，測試人員可以用鼠標點擊測試按鈕或者按下鍵盤的F12 即可開始一次測試。

圖4為本系統的前面。

3.5 軟件各功能的實現

3.5.1 測試設備的控制

本系統統一采用的 GPIB 接口進行計算機與設備之間的通信。首先安裝好函數發生器 33250A 和頻譜分析儀 FSP30 生產廠家提供的儀器驅動程序，如果沒有驅動程序的可以根據設備的編程手冊中相關指令代碼通過LabVIEW 的 visa 寫和讀等操作也可以實現相關功能。配置好打開設備的 GPIB 通信功能，并配置好設備的 GPIB 地址。在軟件中設置好對應的設備地址，以確保通信正常。

3.5.2 測試流程設計

采用 while 循環配合事件結構組成測試開始和停止觸發器。以控制測試程序的開始和停止。整個測試過程采用的是順序結構，依次把設置的測試頻率送入測試流程，等所有頻率測試完成后把從頻譜分析儀中讀出的數據采用數組的方式顯示在前面表格中，同時存儲在對應路徑的 excel 表格中。這其中還增加了一個測試指示燈，當測試開始時指示燈亮，測試完成后燈滅，這樣測試人員可以很直觀的監視測試的狀態。

當測試開始時，首先順序結構從前面板設置的第一個頻率值讀入，然后把該值傳給33250A 的頻率輸入接口，同時指示燈亮表示測試開始。這是有幾個常量（輸入波形、幅度單位、幅度、輸出使能等）會自動的傳入33250A 此時可以觀察到 33250A 的屏幕已經顯示了我們設置的第一個頻率點的值并且信號輸出。接下來，程序進入順序結構的后面幀，在這里對頻譜分析儀的相關參數（中心頻率、參考電平等）進行設置，由于前面信號源的信號已經輸出，在這時可以在頻譜分析儀上顯示了當前信號的頻率和幅度，在程序中需要打開頻譜分析儀的光標并讀出當前信號的頻率和幅度，然后把讀出的值顯示在前面板上，并且存入數組的第一位。這時順序結構返回讀取第二個頻率值，繼續前面的測試，以此類推，待所有頻率測試完成后，數組中的數據輸出到前面的顯示表格中同時輸出到存儲的excel表格中，這時順序結構執行完成，輸出一個指令給測試指示燈使其滅掉，表示一次完整的測試完成。

圖5是部分程序流程框圖

3.6 設計的關鍵點

(1) 由于濾波器插入損耗的測試是由信號發生器輸出信號到頻譜分析儀進行顯示讀數，因此需要兩臺設備配合一定順序完成所有頻率的測試。先由信號發生器輸出一個頻率的信號，然后從頻譜分析儀上讀出該信號經過濾波器后的幅度值，改變信號發生器輸出信號的頻率，對應的也需要改變頻譜分析儀的設置。在程序設計時必須考慮數據傳輸和設備響應的時間差，因此在軟件設計中一定要考慮到時序問題，否則很有可能信號發生器一個頻率信號已經輸出后，頻譜分析儀還未配置完成，以致系統讀回的值為錯誤的，導致測試失敗。因此在程序流程中適當增加一些延時來保證計算機控制和實際操作一致。

(2) 在測試結果保存功能中需要把每一測試頻率點的值與器件編號等信息結合起來，在測試報告中就能很直觀的表示出來，因此在軟件設計時在適當的位置增加相應的數組元素并保存在表格中。

4 結束語

本系統經過不斷地調試，目前已經運行了近一年的時間，測試了不同種類的近萬只的濾波器，系統運行穩定可靠。實際應用證明該系統具有測試效率高，測試數據準確等特點。并且可以基于該系統推廣應用至其他器件的測試中，具有較好的實用價值。

參考文獻

[1] 楊樂平 , 李海淘等 . LabVIEW 基礎教程高級程序設計［M］. 清華大學出版社 ,2003.

作者簡介

袁文（1982-），男，大學本科學歷，學士學位。現為貴州航天計量測試技術研究所工程師。目前主要從事微波器件及特殊器件測試技術研究。

作者單位

貴州航天計量測試技術研究所  貴州省貴陽市 550009