【虹科案例】数字化仪和AWG在车辆测试中的应用（二）

前情回顾

上期虹科大家介绍了虹科模块化数字化仪在车辆测试中的应用，8到16位的通道，高达5GS/s的采样率允许选择与应用相匹配的快速或慢速采样，即使缺少组件，它们也可以进行测试。这期将为大家介绍如何使用信号源进行仿真，及模块化仪器相关应用。

上期回顾：【虹科案例】使用虹科模块化数字化仪进行车辆测试

使用信号源进行仿真

•背景 •

在许多工程项目中，测试可能会因为缺少关键组件或进行物理测试成本太高而被搁置，任意函数发生器 (AWG) 可用于创建几乎任何波形并弥补这些缺失的组件。任意波形发生器是数字信号源，其工作方式与数字化仪非常相似。数字化仪对模拟波形进行采样、数字化，然后将其存储在采集存储器中，而 AWG 则在波形存储器中存储波形的数字描述，选定的波形样本被发送到数模转换器 (DAC)，然后通过适当的滤波和信号调节，以模拟波形的形式输出。

对于仿真，如果您可以访问数字化仪获取的缺失部分的响应波形，或者可以通过分析方式创建该波形，那么也可以使用 AWG 作为替代品。如何使其能够输出一系列波形，每个波形代表被测系统的不同状态？这一般是通过多个发电机和某种开关来完成的，AWG是更加高效的一种方法。

•虹科方案 •

AWG 具有功能齐全的序列模式，例如HK-M4i.66xx-x8 系列，能够在波形之间实时切换，甚至无需重新加载不同波形的时间。AWG 的波形存储器是分段的，测试所需的每个波形都可以存储在其自己的段中。AWG 在计算机控制下根据存储在单独序列存储器中的指令逐步处理波形，可以更新或更改序列存储器的内容，而不会影响输出状态。该序列模式操作允许基于测试结果自适应地改变测试序列，此功能大大减少了测试时间并提高了测试的彻底性。

HK-M4i.66xx系列

例如，AWG 可用于替代 PSI5 传感器，产生一系列可编程输出代码。 PSI5 使用曼彻斯特编码。曼彻斯特码总是在每个位周期的中间放置一个转换。它也可能（取决于要传输的信息）在周期开始时有一个过渡，中间位转换的方向指示数据，周期边界处的转变不携带信息，它们的存在只是为了将信号置于正确的状态以允许中间位转换。有保证的转换允许信号自计时。要生成 PSI5 数据包，需要三个波形段，如图 4 所示。逻辑“1”（段 1）由高到低的转换表示。逻辑“0”（段 0）由低到高的转变表示。最后，基线电平（第 2 段）为 0 伏直流电平。

创建曼彻斯特编码数据包需要三个波形段。

通过使用这些组件定义三个波形段，可以合成数据模式的任何组合。这意味着通过重新排列这三个段的顺序，可以更改数据包的内容。下图显示了 PSI5 数据包的四个示例，每个数据包由三个段组成，但每个都有不同的数据内容。

重新排序序列内存内容产生的四种不同的数据模式，这可以在AWG运行时动态完成。

在此示例中，段的长度设置为 512 个样本，时钟速率为 50 MS/s，因此每个组件 (TBIT) 的持续时间将为 10.24 µs。数据包被持续超过两个位时钟周期的基线信号分隔。AWG 使用 MATLAB 脚本进行控制，该脚本从三个段组装了四种不同的数据模式，用于本次测试。数据包之间的切换无缝地进行，没有间断。

•电源排序 •

另一个值得关注的领域是加电或断电时电源轨的正确排序。嵌入式计算系统通常需要多个电源电压来为微处理器、存储器和其他板载设备供电。大多数微控制器都有规定的电压施加顺序，以防止出现锁定等问题。电源管理 IC (PMIC) 或电源定序器执行许多定序任务，由于大多数处理器使用多个电压，因此具有最多 8 个输入的数字化仪是此类测量的理想仪器。此外，由于加电/断电序列需要毫秒量级，还需要大型采集存储器。

监控 5、3.3 和 1.8 V电源轨以确定正确的加电顺序

上图是电源序列测量的简单示例。监控三个电源轨（5、3.3 和 1.8 伏）。预期电压电平应按所需顺序单调上升。在此示例中，5 伏电源先于其他电源打开，然后是 3.3 伏和 1.8 伏线路。

可以使用光标测量时间延迟，如图所示，其中 5 伏和 3.3 伏总线之间的时间延迟测量为 35.5 us。

这种类型的功率测量可以扩展到测量纹波、调节和瞬态响应。

•机械测量 •

模块化仪器还可以使用合适的传感器进行机械测量。下图显示了对风扇执行的一系列机械测量。

使用转速计、加速度计和麦克风测量风扇的振动和声学特性。

此 SBench 6 屏幕图像显示最左侧网格中的转速计输出。该波形由风扇每转一圈产生一个脉冲。通过测量该信号的频率来读取风扇速度。图左中心信息窗格中的频率读数显示该频率为 27.8 Hz（每秒转数）。将此频率读数乘以 60 得出风扇的转速为 1668 转/分钟 (RPM)。显示频率最小值、最大值和偏差的统计读数显示在频率读数下方。

加速度计输出出现在标有“加速度计输出”的上部中心网格中。已使用模拟通道设置设置自定义垂直刻度，以直接以 g 读取。信号峰峰值和有效 (rms) 幅度的测量结果显示在信息窗格中。信号的时域视图有些难以解释，因此计算该信号的快速傅里叶变换 (FFT) 并显示在右上角的显示网格中。

FFT 显示构成加速度信号的频率分量。FFT 的频域或频谱视图提供了更容易的物理解释，因为它分离了各种频率分量。最左边的峰值出现在 27.8 Hz 处，即风扇电机的旋转频率。其他光谱分量对应于风扇的物理属性。

麦克风输出显示在中心底部网格中，按比例读取声学声压。该数据也已重新调整，以便以压力单位（即帕斯卡）读取。信息窗格中的测量结果显示该信号的峰峰值和有效幅度。与振动信号的情况一样，声学的 FFT 提供了大量的物理洞察力。

总结

模块化仪器非常适合车辆测试和测量应用。它们提供大量分辨率为 8 至 16 位的通道。高达 5 GS/s 的数字化速率允许选择与应用相匹配的快速或慢速采样。任意波形发生器支持模拟场景。即使缺少组件，它们也允许进行测试。PCIe、PXI 或 LXI 配置的选择符合便携式或实验室测试的需求。