數(shù)字化儀和AWG在車輛測試中的應(yīng)用（二）

上期虹科大家介紹了虹科模塊化數(shù)字化儀在車輛測試中的應(yīng)用，8到16位的通道，高達(dá)5GS/s的采樣率允許選擇與應(yīng)用相匹配的快速或慢速采樣，即使缺少組件，它們也可以進(jìn)行測試。這期將為大家介紹如何使用信號源進(jìn)行仿真，及模塊化儀器相關(guān)應(yīng)用。

使用信號源進(jìn)行仿真

?背景?

在許多工程項(xiàng)目中，測試可能會因?yàn)槿鄙訇P(guān)鍵組件或進(jìn)行物理測試成本太高而被擱置，任意函數(shù)發(fā)生器 (AWG) 可用于創(chuàng)建幾乎任何波形并彌補(bǔ)這些缺失的組件。任意波形發(fā)生器是數(shù)字信號源，其工作方式與數(shù)字化儀非常相似。數(shù)字化儀對模擬波形進(jìn)行采樣、數(shù)字化，然后將其存儲在采集存儲器中，而 AWG 則在波形存儲器中存儲波形的數(shù)字描述，選定的波形樣本被發(fā)送到數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)，然后通過適當(dāng)?shù)臑V波和信號調(diào)節(jié)，以模擬波形的形式輸出。

對于仿真，如果您可以訪問數(shù)字化儀獲取的缺失部分的響應(yīng)波形，或者可以通過分析方式創(chuàng)建該波形，那么也可以使用 AWG 作為替代品。如何使其能夠輸出一系列波形，每個波形代表被測系統(tǒng)的不同狀態(tài)？這一般是通過多個發(fā)電機(jī)和某種開關(guān)來完成的，AWG是更加高效的一種方法。

?虹科方案?

AWG 具有功能齊全的序列模式，例如HK-M4i.66xx-x8 系列，能夠在波形之間實(shí)時切換，甚至無需重新加載不同波形的時間。AWG 的波形存儲器是分段的，測試所需的每個波形都可以存儲在其自己的段中。AWG 在計算機(jī)控制下根據(jù)存儲在單獨(dú)序列存儲器中的指令逐步處理波形，可以更新或更改序列存儲器的內(nèi)容，而不會影響輸出狀態(tài)。該序列模式操作允許基于測試結(jié)果自適應(yīng)地改變測試序列，此功能大大減少了測試時間并提高了測試的徹底性。

HK-M4i.66xx系列

例如，AWG 可用于替代 PSI5 傳感器，產(chǎn)生一系列可編程輸出代碼。 PSI5 使用曼徹斯特編碼。曼徹斯特碼總是在每個位周期的中間放置一個轉(zhuǎn)換。它也可能（取決于要傳輸?shù)?a target="_blank">信息）在周期開始時有一個過渡，中間位轉(zhuǎn)換的方向指示數(shù)據(jù)，周期邊界處的轉(zhuǎn)變不攜帶信息，它們的存在只是為了將信號置于正確的狀態(tài)以允許中間位轉(zhuǎn)換。有保證的轉(zhuǎn)換允許信號自計時。要生成 PSI5 數(shù)據(jù)包，需要三個波形段，如圖 4 所示。邏輯“1”（段 1）由高到低的轉(zhuǎn)換表示。邏輯“0”（段 0）由低到高的轉(zhuǎn)變表示。最后，基線電平（第 2 段）為 0 伏直流電平。

創(chuàng)建曼徹斯特編碼數(shù)據(jù)包需要三個波形段。

通過使用這些組件定義三個波形段，可以合成數(shù)據(jù)模式的任何組合。這意味著通過重新排列這三個段的順序，可以更改數(shù)據(jù)包的內(nèi)容。下圖顯示了 PSI5 數(shù)據(jù)包的四個示例，每個數(shù)據(jù)包由三個段組成，但每個都有不同的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

重新排序序列內(nèi)存內(nèi)容產(chǎn)生的四種不同的數(shù)據(jù)模式，這可以在AWG運(yùn)行時動態(tài)完成。

在此示例中，段的長度設(shè)置為 512 個樣本，時鐘速率為 50 MS/s，因此每個組件 (TBIT) 的持續(xù)時間將為 10.24 μs。數(shù)據(jù)包被持續(xù)超過兩個位時鐘周期的基線信號分隔。AWG 使用 MATLAB 腳本進(jìn)行控制，該腳本從三個段組裝了四種不同的數(shù)據(jù)模式，用于本次測試。數(shù)據(jù)包之間的切換無縫地進(jìn)行，沒有間斷。

電源排序

?電源排序?

另一個值得關(guān)注的領(lǐng)域是加電或斷電時電源軌的正確排序。嵌入式計算系統(tǒng)通常需要多個電源電壓來為微處理器、存儲器和其他板載設(shè)備供電。大多數(shù)微控制器都有規(guī)定的電壓施加順序，以防止出現(xiàn)鎖定等問題。電源管理 IC (PMIC) 或電源定序器執(zhí)行許多定序任務(wù)，由于大多數(shù)處理器使用多個電壓，因此具有最多 8 個輸入的數(shù)字化儀是此類測量的理想儀器。此外，由于加電/斷電序列需要毫秒量級，還需要大型采集存儲器。

監(jiān)控 5、3.3 和 1.8 V電源軌以確定正確的加電順序

上圖是電源序列測量的簡單示例。監(jiān)控三個電源軌（5、3.3 和 1.8 伏）。預(yù)期電壓電平應(yīng)按所需順序單調(diào)上升。在此示例中，5 伏電源先于其他電源打開，然后是 3.3 伏和 1.8 伏線路。

可以使用光標(biāo)測量時間延遲，如圖所示，其中 5 伏和 3.3 伏總線之間的時間延遲測量為 35.5 us。

這種類型的功率測量可以擴(kuò)展到測量紋波、調(diào)節(jié)和瞬態(tài)響應(yīng)。

機(jī)械測量

?機(jī)械測量?

模塊化儀器還可以使用合適的傳感器進(jìn)行機(jī)械測量。下圖顯示了對風(fēng)扇執(zhí)行的一系列機(jī)械測量。

使用轉(zhuǎn)速計、加速度計和麥克風(fēng)測量風(fēng)扇的振動和聲學(xué)特性。

此 SBench 6 屏幕圖像顯示最左側(cè)網(wǎng)格中的轉(zhuǎn)速計輸出。該波形由風(fēng)扇每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個脈沖。通過測量該信號的頻率來讀取風(fēng)扇速度。圖左中心信息窗格中的頻率讀數(shù)顯示該頻率為 27.8 Hz（每秒轉(zhuǎn)數(shù)）。將此頻率讀數(shù)乘以 60 得出風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速為 1668 轉(zhuǎn)/分鐘 (RPM)。顯示頻率最小值、最大值和偏差的統(tǒng)計讀數(shù)顯示在頻率讀數(shù)下方。

加速度計輸出出現(xiàn)在標(biāo)有“加速度計輸出”的上部中心網(wǎng)格中。已使用模擬通道設(shè)置設(shè)置自定義垂直刻度，以直接以 g 讀取。信號峰峰值和有效 (rms) 幅度的測量結(jié)果顯示在信息窗格中。信號的時域視圖有些難以解釋，因此計算該信號的快速傅里葉變換 (FFT) 并顯示在右上角的顯示網(wǎng)格中。

FFT 顯示構(gòu)成加速度信號的頻率分量。FFT 的頻域或頻譜視圖提供了更容易的物理解釋，因?yàn)樗蛛x了各種頻率分量。最左邊的峰值出現(xiàn)在 27.8 Hz 處，即風(fēng)扇電機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率。其他光譜分量對應(yīng)于風(fēng)扇的物理屬性。

麥克風(fēng)輸出顯示在中心底部網(wǎng)格中，按比例讀取聲學(xué)聲壓。該數(shù)據(jù)也已重新調(diào)整，以便以壓力單位（即帕斯卡）讀取。信息窗格中的測量結(jié)果顯示該信號的峰峰值和有效幅度。與振動信號的情況一樣，聲學(xué)的 FFT 提供了大量的物理洞察力。

模塊化儀器非常適合車輛測試和測量應(yīng)用。它們提供大量分辨率為 8 至 16 位的通道。高達(dá) 5 GS/s 的數(shù)字化速率允許選擇與應(yīng)用相匹配的快速或慢速采樣。任意波形發(fā)生器支持模擬場景。即使缺少組件，它們也允許進(jìn)行測試。PCIe、PXI 或 LXI 配置的選擇符合便攜式或?qū)嶒?yàn)室測試的需求。