（电力电子与电力传动专业论文）基于asa电路在线测试的研究与实现.pdf

茎苎垫冀 堡主兰堡兰塞 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h em o d e me l e c t r i c a lt e c h n i q u e ，t h ec i r c u i tt e s ti sa l s od e v e l o p i n g t h e m a i n w o r ko ft h i st h e s i si sa b o u tt h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m n e to ft h ei n - c i r c u i tt e s tw h i c hi sb a s e d o nt h em e t h o do ft h ea n a l o gs i g n a t u r ea n a l y s i s ( a s a ) f i r s t l yt h eo r i g i na n dt h e o r yo fa s a a r ed e s c d b e di nc h a p t a r2 。t h e nt h ee f f e c to ff r e q u e n c yi nt h e a s at e s t si sd i s c u s s e d b a s e do ni t ，t h et h e s i sp u t su pt h em a i np a r a m e t e r sa b o u tt h ei n - c i r c u i t t e s ta n dt h ew a y so ft h es e l e c t i o n t h ef o l l o w i n gc h a p t e rt e l l st h ee x t e r n a lt e s to fa s a ，t h es k i l l si n a s a t e s t ，t h ep o s i u o no f a s ai nt h et r o u b l e s h o o t i n ga n ds oo n t h e na ni n - c i r c u i ti e s t e ra c c o r d i n gt ot h ef o r e g o i n gt h e o r yi sp u k e do u ta n dt h es c h e m eo fb o t h h a r d w a r ea n ds o f t w a r ea r ed e s c r i b e d f o rl h et e s l e rb a s e do nt h ea s am e t h o di sn o ly e tu s e d w i d e l y nl o c a t i n gt h ef a u l t 。t h ed e t a i l sa n ds c h e m eo fa s aa r el i t t t ep u b l i s h e d 1 nt h i st h e s i st h e y a r e 。潞i nd e t a i l s a n db a s e d0 1 3t h e m p a m f j o no fe a c hf e a s i b l es c h e m et h et h e s i sa c h i e v e st h e f i n a ip a r a m e t e r sa n ds c h e m e t h ef o l l o w i n gc h a p t e r sd e s c r i b e dt h a ts c h e m eo fi c tl n c i u d et h e m a n a g es o f t w a r ei nt h ep ca n dl h eh a r d w ar ea n ds o f t w a r ei nt h ei c t i nt h ee n d ，t h es u g g e s t i o n sw h i c hc a ni m p r o v ei nt h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r eo f t h ei c ta r ep o i n t e d o u t a n di nt h et h e s i s ，s o m ei s s u e si n c l u d i n gt h ef r a m ea n dc h a r a c t e r so fm o d e mi n s t m m e n t s ，t h e s e l e c t i o no ft h ed a sp a r a m e t e r sa n dt h es e l e c t i o no f 鹅瞳s p a r a m e t e r sa r ed e s c d b e d 。 k e y w o r d s i n - c i r c u i tt e s t ，a n a l o gs i g n a t u r ea n a l y s i s ，a r b i t r a r yw a v e f o r mg e n e r a t o r , d i r e c t d i g i t a ls y n t h e s i s ，u n i v e r s a ls e d a lb u s 声螅萌士学垃论文 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 残莱。尽我掰翔，除了文中耱嶷据隧标注耪致落| 豹建方外，论文中不氛含萁 夔久己缀发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书丽使用 邋的材料。与我一一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 莠表示了落意。 签名 关于学德论文使用授权的说明 东蘑大学、中国科学技术信惠臻究瑟、国家图书继育较镶警本久搿送交学整论文蠡冬 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。雄人电子文档的内 容和纸质论文的内容幸翻一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公毒( 包括裂登) 论文蕊全部藏部分态骞。论文熬公毒( 馁摄囊登) 授投东惠大学磅究生 院办理。 签名：l 妒 ；j y 耸 移一 第一章缝浚疆圭掌整论文 1 。1 测试技术的发展 第1 章绪论 髓着计算机和电子技术的飞速发展，今天的仪器越来越智能，越来越人性化。网络化、智能化 郝是琨代仪器兹特征，使瘸馒器豹人黪爨越来越方馁，毽是骛后豹伐份是系统越岽越复杂，实臻功 能越来越多，仪器自身瓣要解决的海麓也越来越多。谯这样的情况下，仪器的翻造、测试、维修蹙 得越来越困难。 测试可以说是仪器的保障，一向魁重要的环节，在很多方面都体现着其作用。测试环= l _ 了贯彻于 产晶的全过程，不但在生产翦的器件梭蠢，生产过程中的先翘检测，蠢期功能验落，乃至在使用过 程中静功轻校芷和馥簿维修都莛着缀黧嚣懿 乍矮。 随着仪器的发展和技术的进步，测试仪器的对象并b 其本身都经过了很多变迁。 首先是在测试对象方面，由传统的分立元件到中小规模的集成电路，再到现在的大规模集成电 路。其次仪器的发展也从传统的仪器到智能仪器，稃到现在的虚拟仪器。 稳窟予溅试对象瓣改变，溅试饺器静变讫遣是婺蔫熬，双最藏鲶瓣手工测试，刭童毒瓣试，嚣 到多台测试仪器组成的测试系统。 同时也发展起了包括手工视觉检鸯( m v i ) 、在线测试( i c t ) 、自动光学测试( a 0 0 、自动x 射线测 试( a x 0 、功能测试( f t ) 等在内的多种测试方法。 1 2 在线电路测试技术 1 2 1 在线测试的含义 现糍摄多遣方都馁瘸了“在线测试”这静说法，健褥其概念 l 较瓣摸期。 筑芯片级在线测试魏角度看，一毅密两个概念：一种是在断电祷凝下对电路板上的葛片进行辩 测试，一种是在通电运行情况下对芯片进行测试。 从在线测试采用的投术看主要有詹驱动( b a c kd d v i n g ) 和模拟特征分析( a s a ) 两种技术。 厉驱动技术最早由荧匿人在1 9 6 8 年提出。它的原理是在必要时从被测器 牛的输入级灌八f 拉出 辫态大电流，逡谴荬龟像接要求交裹袋者交羝，这至绘被测器译在线蕤撩溅试激霸瓣嚣翦，实震上 就是在绒模拟出离线的环境。后驱动可以说是将集成电路测试仪的功能测试带到了猩线测试中。数 字集成电路功能测试就是在其输入施加激励信号，然后检商输出响应僚号与激励信号之间是否满足 规定的逻辑关系。往线功能测试的困难之一就是电路中的器件都相豆关联在一起。如何能够消除相 互连结程一起翡爨 牛对被溅器停的影堍，或者说将被测嚣搏“黼骞”起来逑露测试，葳产生7 后疆 动按术。 而a s a 是通过测墩一个电路接点在给定驱动电臌r 的电流( 即接点v l 曲线) 柬完成测量目的 的。由于a s a 只涉及元器件的端口，不涉及功能，所以它几乎可以应用在任何场合，包括数字器件 和模拟嚣件、通用器件挪专用器件、分立元镩和中大娥搂集成电路的测试。同时a s a 测试是对接点 逐个捡查的，辑良它不受封装静限翻，对无法霞菇测试嶷酪分立元侮、集藏电薅，郝霹鞋蓬爱搽耱 去逐点测试。 从应用的场合来看，在线测试既可应用在生产制造工程中，也可应用在故障检测维修时。 在生产中应用在线测试技术是因为需要排除印刷电路扳及元器件的故障，包括元器件的错裟、 漏装及簿接错误等。嚣缀修对也是基予粪 茧篷嚣的，哭是这辩不是锋黯疆装、瀑装及焊接这娄错该， 主要集中在元器件的失效、功能的异常等方面的教障。所班可以说绒修和生产中的在线测试基本类 似，只媳由于在生产中规模更大，席用的更广泛，从而发展成了在线测试系统，百盱以f 面对在线测 第一章绪论硕士学位论文 试的发展历程也就主要集中在生产中的应用。 1 1 2 在线测试的发展历程 在线测试系统是从2 0 世纪7 0 年代发展起来的一种自动测试系统。当时由于大规模生产时需要 即时、快速地排除印刷电路板及装在其上的元器件的故障发展起来的。后来，由于测试技术和计算 机技术的紧密结合，又大大地促进了在线测试系统的发展。 早期的在线测试系统主要是针对生产线上，印制板中元器件的错装、漏装、焊接短路、开路， 集成电路内部到管脚引线的短路、开路等生产制造过程中的故障判断、分析的。这一般叫m d a ( m a n u f a c t u r ed e f e c ta n a l y z e r ) 。现在的m d a 中，又增加了对元件( 如电阻、电感、电容) 值的 测量，三极管h 值的测量，二极管v i 特性测量等。 m d a 方法的进一步发展，测试内容扩充了后驱动技术对集成电路进行在线测试，v l 技术对模拟 集成电路进行测试，这才成为了真正的“在线测试仪” 在线测试系统再进一步扩展功能测试，包括边界扫描测试、闪速器件编程，形成了“功能测试 系统”( f u n c t i o n a lt e s ts y s t e m ) 。它测量的是整个p c b 或一个单元功能。这种系统也包括了m d a 和在线测试因而叫做组合测试仪( c o m b i n a t i o n a lt e s t e r ) 。 近几年来，随着生产的发展和新型超小型器件的出现，在线测试系统又增加了一个门类，叫做 自动光学检查系统( a u t o m a t i co p t i c a li n s p e c t i o ns y s t e m ) ，简称“a o i ”。该系统由计算机检测，利 爿 | 照相放大，甚至用x 光技术( a x l ) ，自动地把待测的p c b 图像作比较，给出一些元器件合格与 否的判断。主要检测内容有：元器件的错放( 包括移位、极性、竖立、型号差错，焊接缺陷) 、元件 的值( 色标元件) 以及电气测量接触不到的超小型元器件的检测。 还有一种测试系统是用来对印制板维修用的测试诊断系统以及插卡式印制板自动测试诊断系 统。该测试诊断系统配备了p c b 插槽。把待测p c b 卡插入槽中，该槽的每一个脚的作用均可由用 户自定义。用户按被测p c b 卡上各引脚的功能，定义测试仪上槽中每个脚的功能如电源、地、输 入、输出等。通过测试程序组合( t p s ) 的开发，提供一个不依赖于元器件库的软件和硬件平台。 依赖对己知被测p c b 的故障字，判断p c b 上失效的元器件。目前的故障覆盖率达8 0 以上，可定 位到1 3 个器件之内。这类产品价格适中，诊断速度较快，在军事用途上具有广阔前景。 应该指出的是在某一位置配备什么类型的测试系统取决于与产量和投资的需要。在线测试系统 由于测试对象是印制板及其上面的元器件，因而首先是在印制板上寻找应测试的点，从而形成了其 测试系统结构的特点。归纳一下大致有以下三种情况： 针床式：针对待测印制板上点的位置，加工若干个相应的带有弹性的直立式接触探针阵列( 称 做针床) 通过压力把印制板的非元件面( 焊孔面) 与探针连接。探针的另一端引入测试系统，完成 接电源、地和信号线、测量线的连接，从而完成测试。另一种针床式是通过真空吸力使待测p c b 和 针床上的针相连，这种方法受力均匀，能更好地保证接触。针床式结构可以使印制扳上的每个测试 点都可通过探针引到测试系统中，因而引线点数可能达到2 0 4 8 个点。 飞针式：对印制板上所有待测元件均用2 、4 、8 根可以在印制板平面上任意运动的探针来进行 测试。探针在程序的指引下插入，并接触到待测器件或部件的二个端，在探针上施加电压、测量电 流，以判断元器件的失效与否。 夹具式：对应于各种封装形式的l c ，采用不同的i c 管脚夹具。如对双列直插( d i p ) 封装的i c ， 就有d i p 2 4 ，4 0 ，4 8 等相应的夹具。近年来又有了p g a 夹具及s m d 器件夹具。夹具的另端也 是引向测试仪，以完成测试。p c b 测试维修用的诊断系统都采用这种结构。 在线测试系统盼应用前景非常广阔，m d a 型因其价格便宜，占有市场份额可达8 0 以上，在 国内每年有超过1 5 0 台的销售量。在线测试仪由于测试的内容较完整，因而也有一定的市场，每年 约有近十台的销售量。组合测试系统由于价格昂贵，一般都是军工企业和外资企业使用。这几年来 a o i 的市场看好，主要是由于它发现的缺陷是在产品生产线的前道工序，如贴片和同流焊之后，返 修费用低，因而可降低生产成本。 随着我国工业的进一步发展，对产品质量重视程度会进一步提高，生产管理也得跟上发展的形 一2 第一章绪论硕士学位论文 势，只要是接触到电子部分的产品生产，都不得不采用这些测试系统。 可以预测，随着价格的降低，在线测试不仅将取代m d a 的市场份额，同时a o i 将有较大的发 展，而印制板插座式的在线维修诊断系统，随着技术的成熟将会在整机维修中发挥更大作用。特别 是作为现场维护工具( 如军用及航空) 将会得到充分的重视，市场会越来越人1 1j 。 从目前应用情况来看，采用两种或以上技术相结合的测试策略正成为发展趋势，因为一种技术 可以补偿另一技术的缺点。 1 - 2 3 在线测试在维修中的意义 现在大多数的情况_ f ，芯片内部的维修还是很困难的，所以只需要将故障定位到具体哪个芯片， 即哪一个芯片出现了问题，发生了异常，直接替换掉就可以了。 在这其中就要解决两个问题，一是如何定位是哪个芯片出了问题，二是检测芯片是否出真的出 现问题。 芯片如果是插座式的，可以直接拿下来，测试其是否出现问题。但是现在的芯片越来越复杂， 管脚多，管脚之间间距小，拆卸很不方便，并且在拆卸的过程中很容易损坏。在这种情况下就需要 一种能够在线检测的仪器，这种在线不是指o n - l i n e ，即通电工作情况下进行检测，而是指i n c i r c u i t ， 即芯片和器件在电路板上，无需改变电路板的现有电路，无需拆卸芯片和器件，直接在电路板上直 接检测工作。 这样带来的好处是显而易见的，能够实现芯片的在线检测，避免了拆卸过程中的麻烦，降低了 维修的成本和查障的时间。 从查到的资料来看，现在应用在维修中的设备有在线测试功能的主要有国外p o l a r 公司的 t 3 0 0 0 、t 6 0 0 0 系列，国内北京的惠能测试仪等。 1 3 本文研究的内容 本文的研究对象是对前一个在线概念即芯片在板上未通电时的测试。对于在线测试既可以用在 电路板的生产测试中，也可以用在电路板的维护维修中的情况，本文则偏重于电路板维护时的故障 侦测。 本文研究的重点在于论证a s a 方法在电路测试中的可行性，同时在拓宽其适用范嗣和参数确定 途径方面作一定的尝试，然后在此基础上完成基于a s a 的在线电路测试系统的方案设计，包括硬件 和软件的总体设计。 所以论文内容主要集中在以下三方面： 1 a s a 测试方法的探讨，包括测试原理、适用范围、参数选择、扩展测量等。 2 基于a s a 的在线电路测试的下层测试终端的硬件和软件设计的总体方案设计。 3基于a s a 的在线电路测试的上层管理软件的方案设计。 3 一 辅二章模拟特械分析原理介绍硕士学位论文 第2 章模拟特征分桥测试原理 2 1a s a 的由来和定义 薄予电路缀静故障维修霄缀多仪器，餐怒竣鬻蘑鲍还慧巅楚可见酶万焉袭。万填表不继可用来 测量电压、电流、电阻值，还w 具有测量三极管的放大倍数和电容值等功能。 在常见的利用万用表的检测方法中，一感在通电之前利用万用表测量电路上某个结点对地阻抗 米判断与该结点关联的元器件戆否有端口型故障，二是在通电情况下测量各处的电压。特剃在拿到 一拿来翔憨毫蘸缀懿情况下，羧都不l 轻易上电，| 鬟免滤戏不必要雏鼓蹬扩夫，更多的蹩先采用 第一种方法初步判断故障的粪獭和范围。 但是究竟块电路板的某个结点的阻抗在什么范围表示凭故障、什么范围表示可能商敞障，完 垒由使用者根搬经验来判定。所以大家经常可以昕到“某人将某种电路板恩经测熟了”的说法，其 客义缀夫程度楚撵“经过多次溅壁已经对大弼分缝点疆撬粒燕鬻藏蓬已心中鸯数”。特剩最嚣自篷骛 鬃大但需要维修的电路板种类少的维修人员，甚至会将这类数据的正常值详细记录下来供参照。足 = 鲢的应用实践袭明，这种检测方法不仅在经验丰富的维修者手中相当有效，而且往往是没有图纸资 料，隋况下唯一可用的方法。 但是，这种方法有着明显的局限性。爆万熠表测量到的电阻，是摆在稳恒电压 速度快：u s b l 1 版本的数据速率是1 1 m b p s ，2 0 是4 8 0 m b p s ，而r s 2 3 2 c 最高1 9 2 k b p s 。 总线供电：总线可阱提供+ 5 v ，5 0 0 m a 的功率，可以降低仪器供电的复杂度。 设备安装和配置容易：安装u s b 设餐不必再打开机箱，如减设备完全不用关闭计爨机。所 毒u s b 设备支持热拔捶，系统霹箕滋嚣窭动嚣藿，铹藏糖弃了避去躲跷线霸援玛嚣芙设置。 这符会现代仪器的发展方向：易用性，留给用户的窜情越少越好。 完善的校错机制：在u s b 的数据传输中使用c r c 进行校错，并鼠对于用户是透明的，也 就是说是硬件自动的完成的。 其它鹁还露诸如灵活犍、越壮性等等。 对于通信鬣僻算如下：德设每个周期5 1 2 点，分辨率8 位( 电压和电流台计则为1 6 德) ，涮每 周期的数据长度为5 1 2 2 b y t e s = 1 k b y t e s ，如缚周期均实时上传，无r a m 暂存，驱动频率为2 k h z ， 则数据速率2 k 1 k e i y t e s = 2 m b p s 。 但是考虑到在线测试的特点，测量不是连续的，所以数撼的传送也就舆霄闻歇牲、突发犍趣特 点。在有较小黪缓；中医懿 垂瀵下，对速度懿铸送静要求瘸逐遮降低。懿缓、辟送为3 2 k x1 6 ，这样大 概可阻3 2 k j 5 1 2 = 6 4 个完整周期的数据，。在可以满足判断是谮振荡和上位机曲线拟合和滤波处理的 情况下，可以将8 k 当作一个接点需要的曲线数据大小，则可以存储4 个电路接点的信息。此时需 要传输速率由每秒需要上传的接点点数有关。如果每秒传输一个接点数据，则所需速率为1 6 k b ，s ， 经蠲r s 2 3 2 c 嚣要1 6 x 8 1 9 2 = 6 ，6 7 s ，两u s b l 。 零要1 6 x 8 1 2 1 1 0 2 4 = 0 ，0 1 s 。蜃以采耀u s b l ， 的通信接口榍j c 寸于采用r s 2 3 2 c 更容易接受，同时还可以利用萁具有的更方便的新特性。 在u s b 按潮具体实现上，有两种方式，种是采用普通单片机( 例如8 9 c 5 1 ) 加上专用的u s b 通信芯片。现在的专用芯片较流行的有n a t i o n a ls e m i c o n d u c t o r 公司的u s b n 9 6 0 2 ，s c a n l o g i c 公 嗣豹s l l l 等。选手孛方寨豹优点是可以采用遁媚的熟悉的纂，l 孛规，疑点是设计和调试比较瘫矮，软 侔设计成率相对雨言也 e 较离。 另一种方紫是采用具备u s b 通信功能的尊片机。随着u s b 应用的日益广泛，i n t e l 、c y p r e s s 、 p h i l i p s 等芯片厂商都推出了熟备u s b 通信接口的单片机。遮些单片机处理能力强，有的本身就具 备多路a i d ，构成系统的电路简单，调试方便，电磁兼容性好，因此采用其备u s b 接口躺举片机是 1 6 第四章测试仪需求分析与测试终端系统设计 硕士学位论文 构成u s b 数据采集系统较好的方案。不过，由于具备了u s b 接口，这些芯片与过去的开发系统通 常是不兼容的，需要购买新的开发系统，投资较高，但是开发系统一般包括完整的硬软件解决方案， 只需要对其程序进行修改就可以完成u s b 直接的软件设计工作。 4 _ 2 4 结论 系统框架采用p c 机+ 仪器的结构方案，控制器采用c y p r e s s 公司的f 7 u s ba n 2 1 3 1 q c 单片 机，系统和p c 的通信采用u s b l 1 。 选择p c 机+ 仪器的理由有以下几点： 1 从仪器的发展趋势来说，采用p c 机+ 仪器是大势所趋。 2 在线电路测试功能要求来看，如果将所有的功能都集中到测试终端本身，那么是不现实的。 首先让测试终端完成数据的显示功能就需要增加很多的硬件，更不用说数据的存放、管理、处理_ _ l = 作了。而这些正是p c 机的专长。 3 这样的结构也有利于仪器的扩展，具有很大的灵活性，可以方便的变成自动测试系统的一 部分。一 至于选择e z u s b 则是综合考虑系统功能和通信方式的结果。因为测试终端所需要的功能基本 上是控制功能，没有太多的运算，5 1 型单片机也够用，同时考虑到要采用u s b 口和p c 机进行通 信，还有一个原因是e z - u s b 附带了完整的软件开发环境和一些常见例程的源代码。 其它关于模拟量驱动和采集的参数选择和论证请参见4 3 2 小节及其它具体相关章节。 4 2 5 系统方案 对系统的实施方案的主要完成论证后，完整的系统框架就出来了。完整的系统包括相关的硬件 和软件，从这个角度来看，确定方案下的在线电路测试包括三大部分：测试终端硬件，测试终端软 件，p c 机管理软件，其中测试终端的硬件和软件属于下层部分，p c 机上运行的管理软件属于上层 部分。具体的结构框图见图4 1 。 一二二二i - _ i j 二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二：二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二_ j ，一一 i r a m 爿压渐丽蚓晒r 渤j 做 州自l 悫罄拳有u s b 接器，双u a r t 秘1 2 e 接强 内部数据和地垃总线全部外日i ，4 个8 位通用p o r t 口 u s b 总线具有蘑枚举功能，可以将设备的软件放在p c 机上，这样可以通过对p c 机上的 1 9 第四章测试仪需求分析与测试终端系统设计硕士学位论文 设备驱动程序的升级而同时升级仪器上的软件 具体的芯片结构见图4 3 。 件捌岔 t 即w 浮鞫瓣擗 辱 辐r 蔓犯i i 占誊 d l ! 转 蚓；艟i 增铽帑- p 埒飘 1 ：! 麓h z 7 卜。l 7 图4 3e z u s b 芯片结构框图 4 4 2 程序存储器和数据存储器的安排 对于e z - u s b 来说，数据和程序总线都外引，外部存储器的扩充很方便。根据需要扩充存储器 如下： ( 1 )存储驱动波形数据用r a m ：容量2 5 6 k x1 6 ，用来存储驱动电压的波形数据。 ( 2 )存储采集波形数据用r a m ：容量2 5 6 k x1 6 ，用来存储采集的电压电流波形数据。 波形r a m 采用的芯片是i s s i 公司的i s s i 6 1 l v 2 5 6 1 6 ，为1 0 n s 访问周期的s r a m 。选择如此大 的s r a m ，一是因为没有小容量的s r a m ，二是有较大的空间来存储足够多的电路接点数据和存放 多种发生波形数据。 ( 3 )存储保留信息用e 2 p r o m ：用来存储自动校准的信息和其它一些需要断电保存的数据， 采用芯片参见4 1 3 复位监控。 图4 4e z u s b 存储器组织方式( e a = 0 ) 图4 4 表示的是e a = 0 时e z - u s b 的存储器组织方式。由于e z u s b 内部4 k b 的存储器程序和 数据混用存储器，从而其在生成外部的r d # 、w r # 、c s # 、o e # 、p s e n # 等访问外部存储器的信 号时自动屏蔽了图中的注1 和注2 地址，此时访问的都是内部存储器。 一2 0 第四章测试仪霈对芒分析与测试终端系统设计硕士学位论文 从图中可以看到，对e z - u s b 扩充的数据存储器放在高3 2 k 就可以实现连续的3 2 k 访问。由 予扩充静r a m 想和远远大予了3 2 k ，所以对r a m 的访闽要递过分页来访瓣，访闯前先邋过r a m 麴离位遗蛙线采选择访闷舔一燹。 需要说明的始因为e z u s b 是8 位的单片桃，所以在c p u 访问扩充r a m 时也是8 位的，对于 扩充的1 6 位的存储器是分开防问高8 位和低8 位的，其选择通过普通i o 髓或者向带锁群的i o 地 址先写入特定的数据，这取决予在c p l d 中控制逻辑。 辑臣慧熬5 1 2 k 1 6 懿扩究r a m 对于e z - u s b 来说都建浃瓣在8 0 0 0 f f f f 空阕，分3 2 页访 问。 4 4 3 复位监控 任侮处理嚣都是通过可靠簸位之后才能囊序执 亍应用程痔，这是区别予援搬和数字电路黥重要 褥征之一。复键莓幢程序燕飞楚避戒荤片极不可靠运行的嚣个最耋要静因素，个可靠豹复位秘电压 监控芯片可虬让系统运行得更稳定。 现在出现了了专门的监控芯片，功能一般包括电压监控、复位信号控制和看门狗等功能。本系 统采用的看门狗芯片x 4 0 4 5 就是这样的一款芯片，主要特性：上电复位+ 编程看门狗+ 电源电压监 羧+ 4 k 楚块镶豫护的串疗e 2 p r o m ，嘉电平鬟位竣塞萁咒第芯冀是) ( 4 0 4 3 为糕电平复袋羲峦) 。 窀集成了四种常用的功能于一体，大大降低了系统成本和硬件的复杂度。 x 4 0 4 5 的e 2 p r o m 本身飙有写保护功能，只有正确输入了写允许命令詹，才能被正确写入，一 盟写操作动作完毕，便自动回炭写保护，因此该芯片具有极强的防误写功能。另外还设器了写保护 管辩，在电平为离翼寸疆史往嵇慰数据的修改，极大提高了数撼豹安全性。 ) ( 4 0 4 5 芯蔑的看门狗溢搿潜淘可选：1 4 s 、6 0 0 m s 、2 0 0 m s 或关闺，授大方便了使用。瀚嚣于该 芯片的电源电服监控的转换电压门限也有5 种可供编程使用，方便了其在3 3 v 系统中的使用，具有 很强的灵活性。 越 啉 r e 酣 v 始 v f s e l s b a 图4 5x 4 0 4 5 芯片管脚圈 銎4 。5 是x 4 0 4 5 魏营黪翳，见箕硬俘遗接j # 霉簿单，蘩羯l c 日与外爨穗连，由予e z 。u s b 鬣接带l z c 日，所以可噬很方便的实现对x 4 0 4 5 的直接操作。其俸的数据缟禚命夸参见其数据手臻。 从上面的介绍可以看到，选择x 4 0 4 5 不但可以满足系统的监控需要，而且解决了校准数据的存 储问题。 4 。4 ，4 魄滚模块 对于系统求说电源有校重要的作用，稳定充足的供电是系统的保证。现谯为了降低系娩的功耗， 系统电压的越来越低，有的系统的核心甚至融经降低到了1 v 以下。 常见的低电堪解决方案有以下几种： 一是壹援袋蠲牙关电源，优点效率寒，软点精菠提糕，绞波太夫；二遐先翊变压嚣簿攫整流， 然后采用7 8 0 5 之类的固定稳麟芯片或者l m 3 1 7 之类的可调电匿稳压器，稳定可靠，精度可鞋檄据 磷求选择，但是外围器件较多，笨重且体积大。 第三种方式是采用一和二的结合，开* 电源加l d o ( 低电压降落芯片) ，这样同时具有一和二 的谯点，并且克服了其缺点。 对于褥豫的系统或芯片弯融需要采蠲专f l 静窀源营理芯嚣，蒋裂是d s p 之类豹多奄压供电系 统，因为其剥供电电压的顺序和参数有专门的要求。 在本系统中电压有3 3 v 的系统供电，1 5 v 的信号供电。采用的是一种折中的方案：开关电源 加上普通的稳压芯片，而没有采埔l d o 芯片，主要是出于价格豹考虑。 2 1 签塑兰型鎏堡叠查坌塑主! ! 苎墅遨薹竺堡生型主堂些笙兰 具体方案抛图4 6 ：2 2 0 v 电源经市售的开关电源模块变成1 8 v 和+ 8 v ，然后经过7 8 1 5 、7 9 1 5 、 7 8 0 5 分别变成圭 5 v 煮+ 5 v ，弱薅+ 8 、，经过l m 3 1 7 变成+ 3 + 3 v 供绘系统棱心曩j 电。 1 5 v 蠕挈 - 3 3 v 图4 。6 电源部分示意强 需要说明的是系统的电源供成的原耍硅是：主要功能芯片，包括c p u 等都楚3 3 v 供毫，输出的 功率放大等模拟部分的供电熬本上4 - 1 5 v 。所以在设计和布线时要分清楚鼹数字供电还是模拟供电， 处理好数字地和模拟地之间的燕系。 4 。4 。5u s b 遂售 从图4 。3 中可以看到u s b 通信在硬件没肖复杂的问题，只要注意d + 数据线的上拉即可，复杂 的是其软件网件的编程，要处理很多即插即用方面和端点参数的设置等诸如此类的问题，筚好在这 方面e z - u s b 提供了源程序，桎其基础上修改就可以很容易的完成自己所黼耍的数据传输工作。 由于u s b 接强不是本论文浆论述重点，掰鞋其体豹软终绩程在就不详绷簸述。 4 5d a ；任意波形发生，驱动信号生成 负责驱动电压的产生和驱渤，其中包括驱动电压的幅度调节、波形产生、信号驱动。 4 5 影滴波形蒺羹豹因素 在用d a 柬模拟产生波形的情况下，我们往往涉及到d a 字长的选择和每周期点数的选择问题， 很多时候我们都定性的知道，字长越大和每周期点数越多，模拟出的波形越精确，但是精确到什么 理发就不知道了，下垂藏来怒餐的研究一下这个闯题。 班标准正弦波的模拟作为蟹 究瓣典墼对象，数字信号疑瑗懿基本理论蠢诉我们它静频谱楚一条 谱线。而用d a 发出的模拟波形实际上是由笼数的台阶构成的，这样的波彤所对应的频谱包含丰富 的谐波分量。时域中，表现个周期的正弦波的台阶越稀疏，对应到频域中，谐波的幅殿就越大， 频率就越高。本实验以正弦波为讨论对象，斌过分析不同垃数豹d a 在每嬲期采样点数不问的持况 下繇发生的渡彩盼菝谨，来蕊定波形戆曩鬣，欤谣对波形发囊箍硬薛设谤中遥垃茇生器工侔秘频率 和d a 字长的选择给出建议。 在实验中我们假设d a 为理想器件，即数据建立时间为0 ，表现出来就是波形台阶没有斜坡， 并且波形没有经过滤波。定义： 功率谱a p s a u t op o w e rs p e c t r u m 名p s ：f f t * ( s i g n a 1 ) x ，f f t ( s i g n a 1 ) ( 4 1 ) j 其中为参加运算的点数； 总谐波失囊十噪声t o t a lh a r m o n i cd i s t o r t i o n + n o i s e ) 册+ 括e ：、s u m ( a p s )( 4 2 ) 爿( ) 其中s u m ( a 最s ) 为除基频秘直流分量以辨的辑有频率的疆懂的平方和。 2 2 第霾章溅试搜爨求磐辑鸟溅试终端系统设计疆士学垃论文 扶公式4 2 的定义蒋出，谐波分懿越小，总谐波袋真+ 噪声裁越小，波形质鬣越好。显然，覆 标准正弦波的频谱中，除基频以外无其它频率，t h d 十= o 。因此，选择“t h d + n ”这个指标分毒旰 波形质懿是科学的。 戳d i a 发生的带台除的正弦渡为测试对象，先豳定d i a 的字长，使表现每厨期波形匏点数按攘 鼗瓶罐国8 煮到8 1 9 2 患递增，熬君增期d 渔的字长，重复上述遘稷。对于每个绘嶷了字长和每蠲 期点数n 的波形傲f f t 变换，得到它的频谱，再将各频率的幅值平方，得到功率谱。将除去给定 基频以外的功率谱积分，除以基频的能爨，就得到了浆定了波形质鬣的参数：t h d + n 。 实际测试中，如果先分罢4 用真正的字长为8 b i t 、1 0 b i t 、1 2 b i t 、1 4 b i t 、1 6 b i t 的d a 搭好电路， 再逐一溅试其渡形骧爱，势强菲露瘵颓，本实验嚣爱l a b v i e w 平台约波形发生工爨惫模熬d t a 产生 台阶波彩，然后以每个台阶采样1 0 个点豹方法采集数据，这样就得到了用于频谱分析的采样点。当 然也可以利用m a t l a b 、m u l t i s i m 等模拟软件来完成藏个计算过程。县体的计算结粜见表4 1 。 袭4 1 总谐波分析数据表 d 4 芋舞 嗣期淤 8 8 廷 0 8 挂1 2 b 琏 4 8 疆 8 b 鞋 82 2 9 1 0 2 8 22 2 9 1 0 2 8 22 2 9 1 0 2 8 22 2 。9 1 0 2 8 1 2 2 0 1 0 2 8 1 1 6 1 1 3 2 3 2 6 91 1 3 2 2 8 0 5 1 1 3 2 2 8 0 21 1 3 2 2 8 0 0 1 1 3 2 2 8 0 0 3 25 6 4 8 0 8 15 。8 4 5 1 7 5嚣6 , 4 5 1 2 5嚣y 8 4 5 1 7s 8 4 5 6 6 4 2 。8 2 s 62 8 2 0 疆52 8 2 0 5 4 92 ，8 2 秘1 3 22 蕻2 9 5 3 1 1 2 81 4 1 9 2 3 814 1 0 4 7 41 4 1 0 0 4 31 4 1 0 0 1 41 4 1 0 0 1 2 2 5 60 7 2 1 4 3 00 7 0 5 8 8 20 7 0 5 0 5 30 7 0 4 9 7 80 7 0 4 9 7 5 5 1 20 3 8 2 9 5 4o 3 5 4 2 9 7o ，3 s 2 6 3 00 3 5 2 4 9 o ，3 5 2 4 8 4 1 8 2 4o 。2 3 5 8 8 30 8 0 3 1 9o 7 6 5 0 90 。1 7 6 2 5 7o 1 7 s 2 4 2 2 0 4 8o 1 8 3 1 9 20 0 9 6 9 5 50 0 8 8 7 1 60 0 8 8 1 6 00 0 8 8 1 2 3 4 0 9 60 1 6 6 5 3 70 0 5 9 1 6 70 0 4 5 2 4 10 0 4 4 1 3 30 0 4 4 0 6 5 8 1 9 2o 1 6 2 3 7 9o 0 4 5 8 s 90 0 2 4 2 6 90 。0 2 2 1 7 50 0 2 2 0 3 9 铁袭中不难看密，灏瘸手表理每瘸翳豹点数缦少瓣，攀楚璞热d i a 匏字长，露波形震量豹教誉 并无多大 f 乍用，当用于液现每周期的点数较多时，增加d t a 的字长，对波形质量的潋善作用逐渐体 现出来。 从以上分析可知。幽需要波形发生器所发生波形的质萎要求不太高时，不需选用字长长的d a ， 只要提麓翔予表现波形鲍每周襄点数，靛可鞋大瘸发救撬裹波形屡鬃。只有当d t a 已经工作在较褰 的频率土，提高d f a 静字长，敲栗方套髓显。 据此，本论文选择o _ a 分辨率为8 位，每周期5 1 2 4 0 9 6 点，加上电容的平滑滤波作用，可以 保证驱动电压的波形符合要求。 4 。5 ，2d d s 模块缨秘与工佟窳璎 为了驱动电压的方便产生，采用了d d s 直接数字合成原理的彳壬意波形发生器，这样做的好处在 于可以任意的控制驱动波形、驱动幅值、驱动相位。 所谓d d s 就是指将一系列数字量的信号存储于存储器中，在确定的时钟信号描挥和控制电路的 协调控制下，地址发生耩产生存储嚣的地址，戬一定豹速率，依次将存髓器单元中瓣波形数据逐个 发送给d a 转换嚣，稽戳台残新需要辩任意波形。这静技术与传统静经意波形发生嚣橙琵，频霉掰 换速度快，频率控制容易。信号发生嚣结构简单，倍号稳定度高，易操作、功能强，信号选择性髓 好。 图4 + 7 所示为d d s 方式下的a w g 的结构框图，萁中虚线表示了数据的流向。从图中可以看出 萎予d d s 援东静任意波形发生器除了c p u 戳， 还鬻蘩有鞋一f 臻麓部磬： ( 1 ) 波形数据存储器 一2 3 第四章测试仪潞求分析与测试终端系统设计硕士学位论文 波形数据存储器存放用于输出的波形数据。这些数据可以是正弦波、三角波、锯齿波、方波等。 ( 2 ) 遗址发生爨 建蛙发生嚣强一定瘸期的增量形式产生波形数据存储嚣静遮垃。楚垃发生嚣可鞋楚计数器或累 加器。改变地址发生器的时钟可以改变输出波影的刷新频率。 ( 3 ) 频率合成器 频率合成器为地址发生器提供计数时钟源。频率合成器虞频率信号源刹频率控砖4 两部分构成。 改变颡率合霞嚣瓣频率设置参数，可| 三l 潺整辘密对铮魏频率。 ( 4 ) 地自t 切换电路 地址切换电路在波形数据存储器数据更新时将存储器地址总线切换至系统地址总线侧，信号输 出时将存储器地址总线切换至地址发生器侧。 ( 5 ) 鼗据切换电路 数据切换电路在数据刷新时将波形数攥存储器数据总线甥换至系统数籀总线钢，信号输出时将 波形数据存储嚣数据总线切换拦d a 转换器侧。 ( 6 ) 时序逻辑控制 时序逻辑控期提供对波形卷储器的更新、对d i a 转换器滟袁接输出等一些任意波形发生器必须 懿背