前言
本文主要描述一套用于自激勵鎖相放大器自動化測試的 PXI 系統(tǒng)，采用的機箱是60-102B-001，多路復(fù)用模塊 40-630-022-D/16/2，以及其他的連接器配件 40-970-068-2m-MM和 40-966-068-F。截至2019年3月，該系統(tǒng)投入運行 30 個月，狀態(tài)良好。
測試背景
用戶提供了如下的初始需求：
圖1 客戶需求
如圖1所示，為鎖相放大器自帶激勵系統(tǒng)，提供正弦波信號給功率放大器，功率放大器連接到多路復(fù)用器，多路復(fù)用器的每個通道連接一個線圈（例如共24個通道）作為激勵系統(tǒng)，對應(yīng)激勵線圈分別有一個檢測線圈，如圖所示，每個檢測線圈連接另一個多路復(fù)用器的通道，之后信號進入信號調(diào)理模塊。
具體技術(shù)要點：
激勵線圈連接的多路復(fù)用器需要通道1A以下的電流，檢測線圈的多路復(fù)用器通過的電流相對而言小一些；
激勵線圈連接的多路復(fù)用器和檢測線圈連接的多路復(fù)用器必須保證通道的一致性，如激勵是通道1，檢測部分也是通道1，以下類推；
通道要求，其中一個模塊16或24個通道（僅激勵部分），另一個模塊128或接近的通道；
要點分析：
關(guān)于以上的方案，需要注意的是，線圈屬于電感性負載，如果是通過機械繼電器傳送驅(qū)動電流，必須保證繼電器觸點額定電流遠高于線圈的穩(wěn)態(tài)電流，才能避免瞬時大電流損壞觸點。初級線圈側(cè)建議選擇40-650-002(16通道雙線5A，專用于驅(qū)動電感性或電容性負載，http://www.pickeringtest.com/en-cn/product/16-channel-power-multiplexer--2-pole )，檢測線圈側(cè)建議選擇40-611-002(79通道雙線2A，http://www.pickeringtest.com/en-cn/product/2a-multiplexer-79-channel-2-pole )。需要根據(jù)所需通道數(shù)確定產(chǎn)品數(shù)量，同時選擇配套的電纜組件。
為了確保通道的一致性，選用雙刀單擲的開關(guān)是非常合適的，一個指令就可以實現(xiàn)對應(yīng)通道的激勵端和檢測端的同步導(dǎo)通，最大限度地減少采用兩個獨立的開關(guān)閉合時可能存在的時差引起的波形不同步的風(fēng)險。
客戶疑慮
針對以上的備選方案，客戶提出了一些疑問，以下是相關(guān)疑問的解釋。
1、復(fù)用器每秒可切換通道個數(shù)？
40-650-002的操作時間為10ms(從斷開到閉合或從閉合到斷開)，40-650-002的操作時間為6ms。這個數(shù)值指的是繼電器器件的動作時間。如果采用Windows操作系統(tǒng)，掃描速度會受到工作模式設(shè)定、編程方法和對其它動作的等待時間(如波形測量等)影響，合理的估計為每秒掃描10~20個通道。但如果采用特殊的工作模式，每秒可掃描數(shù)百個通道，實際應(yīng)用價值不大。
2、正弦波通過復(fù)用器信號會有變化么，還是很好的正弦波嗎，會因為開關(guān)的開合有干擾噪聲么？
如果是圖中1KHz左右的正弦波，在繼電器穩(wěn)定閉合的狀態(tài)下對波形幾乎沒有影響。但在開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的過程中(前述10ms或6ms)，由于金屬觸點的特性，會有一個接觸電阻波動的過程，因此在此期間的測量數(shù)據(jù)沒有意義。開關(guān)通道間的干擾可忽略。
3、復(fù)用器要和信號調(diào)理的鎖相放大器連接使用，根據(jù)客戶的方案圖，需要復(fù)用器和鎖相同步，客戶可以自己編程用Labview程序控制復(fù)用器和鎖相么？
所有Pickering的開關(guān)產(chǎn)品都提供Labview驅(qū)動。
4、這里標(biāo)紅的隔離開關(guān)的作用主要只是隔離作用而已嗎？
圖2 隔離開關(guān)示意圖
隔離開關(guān)最重要的作用是當(dāng)多個模塊公共端并聯(lián)使用時，最大程度減少信號帶寬損失。
特別需要說明的是，關(guān)于切換通道的問題，我們的解釋是：
這不是只由開關(guān)卡硬件決定的，影響最大的是操作系統(tǒng)。如果只是讓開關(guān)在那一通一斷，別的什么都不做，每個通斷循環(huán)是1ms，寫數(shù)據(jù)的時間100多us，所以1秒大概能切七八百個通道，但是什么用都沒有，注意NI有的卡用1秒直接除以2倍動作時間得到1秒的切換次數(shù)，這算法是錯的。實際有效的應(yīng)用如果是在windows系統(tǒng)里也就10次以內(nèi)。
方案改進與最終方案
經(jīng)過與用戶的進一步溝通，用戶覺得40-650-002，這個型號是不錯的，但是經(jīng)過具體測量評估，實際電流并沒有達到1A以上；前期可能用不到79個通道的40-611-002，16個或者是24個就夠了，后期才會用128個通道的；信號的帶寬可能也就幾百K，最多是1-2MHz ，需要模塊和配件。我們選擇了16通道，雙刀單擲的40-630-022-D/16/2（2組1:16多路復(fù)用，電壓：150VDC/100VAC，電流：1.0A），以及線纜40-970-068-2m-MM和接線端子40-966-068-F。機箱這一部分，按照以上的模塊以及用戶現(xiàn)有的模塊是PCI模塊的，已經(jīng)安裝在工控機上，所以選擇了7槽60-102B-001。
圖3 多路復(fù)用模塊40-630-022-D/16/2
圖4 線纜40-970-068-2m-MM
圖5 接線端子40-966-068-F
圖6 整體效果圖
針對于這個用戶的需求，就目前的情況，機箱我們可以更換為17年發(fā)布的更加經(jīng)濟、集成度更高的2槽機箱60-104-001。成本上將減少1萬元左右。裸機尺寸從28.017.7x30.3cm縮小到16.5x5.8x30.8cm，重量從5.8kg減少到1.3kg。
圖7 2槽LXI/USB機箱60-104-001
總結(jié)
本方案主要是借助模塊化的多路復(fù)用模塊，實現(xiàn)了鎖相放大器測試的自動化，大大減少了測試時間、人力成本，提高了測試效益。在臺式設(shè)備測試通道有限與日益增長的自動化測試需求的矛盾中，借助Pickering的開關(guān)系統(tǒng)實現(xiàn)海量連接，將會給測試帶來前所未有的便利。
