一动态信号测试的需求与发展.doc

一?动态信号测试的需求与发展 　　目前，测试领域已进入现代动态测试时代。现代动态测试技术就是利用现代传感器、微电子、计算机、信号分析与处理、现代通信等技术研究大动态范围信号的采集、变换、传输和实时处理技术。它不再是简单的比较测试，而是包括信号采集、信号变换与传输、信号的处理与分析、信号的记录与显示的综合技术。它给传统的测量学科带来了一系列的观念、方法和技术等方面的变革。与传统的测试技术相比，具有如下特点：　　(1)传统的测试任务仅以测量系统的输出量来估计被测量，从信息论的观点来讲，仅是对信息的复现。但动态测试系统测试的是随时间变换的宽动态范围的信号，研究的重点是测试系统的动态响应特性；　　(2)传统的测试重点是研究测量数值的误差，是输出与输入在数值上的对于关系；而动态测试是研究输出信号与输入信号的对应关系，如传递函数、预测与滤波等，要求输出信号波形不失真地复现输入信号波形；　　(3)现代动态测试技术要解决测试系统工作中遇到的具体技术问题，如信息的获取、信号的变换、信号的分析与处理、信号的记录与显示等环节以及它们之间的耦合关系；　　(4)现代动态测试系统是一个多环节的复杂系统，系统的动态特性是关键。　　在我国，由于国内测试硬件技术的发展限制，动态测试技术的发展较慢。10年前，从国外引进的动态测试系统十分昂贵；近10年来，研华公司逐步成长起来，大力发展PC-Based的动态测试硬件平台，逐步打破了这一局面，如其研制的关键任务测试平台：基于CompactPCI技术的MIC3000，打破了我国电信、航天、电力测试系统从国外引进的尴尬局面，开始自主研发相应的测控系统。用于大动态信号测试的DAQ卡，如：MIC-3714、MIC-3712等，在采集动态信号时，采集卡的信噪比(SNR)为68dB、阈值(THD、最低能感应的信号)为-75dB，已广泛应用于我国航天、航空、电力和电信的动态测控系统中。 二?数据采集的主要技术指标 　　动态信号测试系统测试的往往是一些快速瞬态变化的参量，必须进行高速采集。评价一个数据采集的主要技术指标有：系统通过速率、精确度、分辨力、线性误差、共模抑制比、通道串扰抑制比以及系统短期稳定度等。此外，还有一些重要指标：系统控制方式、系统总数据量、系统可靠性、系统功耗以及系统自动增益调节方式等。对于动态信号采集系统而言，在诸多技术指标中，最为重要的是系统的分辨力、精确度与通过速率。其中，系统通过速率是高速数据采集系统区别于一般采集系统的最为关键的一项技术指标。　　(1)系统分辨力：是指数据采集系统可以分辨的输入信号最小变化量，通常用最低有效位值(LSB)、系统满度信号的百分数(%FSR)或系统可分辨的实际电压数值等来表示，有时也习惯用满度信号可以分辨的级数来表示。对于动态信号采集，如选用MIC-3714采集卡，其ADC的位数为12b(bit)，采集系统的分辨力见下表所示。　　(2)系统精确度：系统精确度是指系统工作于额定通过速率下，每个离散采样样本的转换精确度，是系统实际输出值与理论输出值之差，它是系统各种误差的总和，通常表示位满度值的百分数，模数转换器的精确度是一个系统精确度的极限值。对于一个12b分辨力的系统，采用12b的ADC时，数据采集系统中的MUX以及SHA的精确度均应明显优于选用的器件的精确度时，系统的精确度才能得到保证。　　(3)系统通过速率：系统通过速率通常又称为系统速度、传输速率、采集速率以及数据吞吐率等，是指系统每个通道每秒钟可稳定采集、处理的样本数。对于一个包括模拟量输入、模拟量输出的采集系统，通过速率则指系统每个通道可采集、处理与输出的样本数。时间域上，与通过速率相对应的技术指标是通过周期，它是通过速率的倒数。通过周期又常称为系统响应时间，或系统采集周期，它表征了系统从样本输入到输出所需的时间，即系统每采集一个有效数据所占用的时间。对于大动态信号采集系统而言，系统通过速率是最重要的技术指标。　　(4)系统动态范围：对于数据采集系统，动态范围是指系统可数字化的最大信号与可分辨的最小信号的比值，通常以对数值表示，即系统动态范围＝20lg(ADC·a级级)。系统的分辨力每增加1b，ADC转换分级数便增加一倍，分级误差也因而降低一倍，系统的动态范围相应扩展6dB。 三?高速数据采集与存储技术?? 　　在动态测试系统中，最为关键的是信号的高速采集、高速转换和传输、高速记录(存储)。为便于叙述与分析，以研华的MIC-3714为例加以说明。 1.?高速信号采集技术 　　a. ADC的定时与控制　　在动态信号采集系统中，定时与控制电路是紧密联系在一起的，定时电路包括定时与计数两个方面，定时电路主要为高速ADC、高速缓存提供时钟信号，计数包括采样计数、缓存计数(地址指针)以及触发后的缓存计数，