專利名稱：移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室，特別是涉及一種基于PXI技術(shù)平臺(tái)的移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室，屬于可移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室裝備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電子半導(dǎo)體行業(yè)的實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，通常需要許多種測(cè)量設(shè)備、測(cè)試儀器所組成，包括開關(guān)電源，數(shù)字萬(wàn)用表，歐姆計(jì)，示波器，耐壓測(cè)試儀，邏輯分析儀，失真儀，網(wǎng)絡(luò)分析儀，頻譜儀，任意波形信號(hào)發(fā)生器，功率計(jì)等，幫助科研人員或技術(shù)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、 模擬驗(yàn)證等工作。目前，現(xiàn)有技術(shù)的電子實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)中，所構(gòu)成的設(shè)備、儀器種類繁多，設(shè)備占地面積大。例如，示波器是一種用途十分廣泛的電子測(cè)量?jī)x器，它能把肉眼看不見的電信號(hào)變換成可看得見的圖像展現(xiàn)在人們的眼前，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過(guò)程，利用示波器能觀察各種不同信號(hào)幅度隨時(shí)間變化的波形曲線，還可以用它測(cè)試各種不同的電量，如電壓、電流、頻率、相位差和調(diào)幅度等等。例如，直流電源，幾乎所有的電子實(shí)驗(yàn)室都配置有直流電源，以供研究人員試驗(yàn)使用。再例如，數(shù)字萬(wàn)用表，作為一種多用途電子測(cè)量?jī)x器，一般包含電流計(jì)、電壓表、歐姆計(jì)等功能。上述的電子試驗(yàn)或電子測(cè)量?jī)x器一般都不具備電子記錄數(shù)據(jù)的功能；如果需要記錄數(shù)據(jù)，或分析數(shù)據(jù)，就需要選擇有電腦接口的示波器或數(shù)字萬(wàn)用表來(lái)存儲(chǔ)圖像或測(cè)量數(shù)據(jù)等信息。這樣，才可協(xié)助科研人員或技術(shù)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、模擬驗(yàn)證等工作，給科研人員或技術(shù)人員帶來(lái)諸多不便。在通用電子行業(yè)的普通的實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)中，普遍存在可移動(dòng)性差、適應(yīng)環(huán)境能力低等不足的缺陷；不利于特殊項(xiàng)目的數(shù)據(jù)分析，如對(duì)車間環(huán)境中被測(cè)設(shè)備的參數(shù)分析，風(fēng)能發(fā)電站中參數(shù)采集等。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種基于PXI技術(shù)平臺(tái)的測(cè)試測(cè)量用實(shí)驗(yàn)室裝備，將每種測(cè)量或分析儀器的儀器模塊化的PXI板卡整合在一起，成為一個(gè)整體的移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室，包括，儀器模塊化的PXI板卡、PXI機(jī)箱和計(jì)算機(jī)；所述儀器模塊化PXI板卡固定安裝在設(shè)置有PXI插槽的所述的PXI 機(jī)箱中，所述PXI機(jī)箱通過(guò)Express Card或者PXI-PCI電纜與計(jì)算機(jī)連接。所述的儀器模塊化的PXI板卡具有1至18塊，所述儀器模塊化的PXI板卡的輸入 /輸出接口連接與行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器的輸入/輸出接口連接形式相同；所述PXI板卡包括示波器板卡和萬(wàn)用表板卡。所述PXI板卡還包括有數(shù)字I/O板卡、波形發(fā)生器板卡和電源板卡。所述的示波器板卡，包括，兩個(gè)模擬輸入通道、數(shù)據(jù)采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、波形觸發(fā)電路、板上存儲(chǔ)器電路、時(shí)鐘電路、PCI和PXI接口電路，所述A/D轉(zhuǎn)換電路將待測(cè)波形，通過(guò)所述模擬輸入通道、數(shù)據(jù)采集電路和波形觸發(fā)電路傳送給所述板上存儲(chǔ)器電路，通過(guò)所述PCI和PXI電路輸出到計(jì)算機(jī)。所述的萬(wàn)用表板卡，包括，時(shí)鐘振蕩器、控制邏輯與自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程邏輯電路、計(jì)數(shù)器、鎖存/譯碼/驅(qū)動(dòng)器電路、模擬單元電路、電源電路和蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，所述模擬單元電路，還包括，積分器、比較器、模擬開關(guān)、分壓電阻、分流電阻、標(biāo)準(zhǔn)電阻、AC/DC轉(zhuǎn)換器和量程選擇開關(guān)，待測(cè)物理量通過(guò)所述模擬單元電路輸入和所述控制邏輯與自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程邏輯電路，傳送給所述計(jì)數(shù)器和鎖存/譯碼/驅(qū)動(dòng)器電路，通過(guò)所述PCI和PXI接口電路輸出到計(jì)算機(jī)。所述的數(shù)字I/O板卡，包括，采集存儲(chǔ)器、向量生成引擎電路、觸發(fā)事件控制電路、 向量采集時(shí)序控制邏輯電路、向量生成時(shí)序控制邏輯電路、生成存儲(chǔ)器、測(cè)試管腳電路、采集門限電壓控制電路、生成門限電壓控制電路、時(shí)鐘發(fā)生器電路、數(shù)據(jù)比較模塊電路、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)/控制信號(hào)連接器和PCI接口電路，測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)所述采集存儲(chǔ)器、向量生成引擎電路、觸發(fā)事件控制電路和向量采集時(shí)序控制邏輯電路傳送給所述生成存儲(chǔ)器，測(cè)試管腳電路、采集門限電壓控制電路、生成門限電壓控制電路、時(shí)鐘發(fā)生器電路、數(shù)據(jù)比較模塊電路輸出給所述數(shù)據(jù)比較模塊電路、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)/控制信號(hào)連接器和PCI接口電路，所述數(shù)字I/O 板卡的最大采樣時(shí)鐘頻率為IOOMHz。所述的波形發(fā)生器板卡，包括，包括PCI接口電路、板上存儲(chǔ)器電路、波形發(fā)生引擎電路、觸發(fā)事件控制電路、數(shù)字增益電路、數(shù)字濾波和DAC轉(zhuǎn)換電路、模擬輸出通道電路、 時(shí)鐘發(fā)生器電路和開關(guān)矩陣電路，板上存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的是將要加載到設(shè)備的波形數(shù)據(jù)和生成指令，時(shí)鐘發(fā)生器電路生成采樣時(shí)鐘和參考時(shí)鐘，波形發(fā)生引擎電路通過(guò)所述采樣時(shí)鐘和參考時(shí)鐘，根據(jù)外部觸發(fā)狀態(tài)從板上存儲(chǔ)器檢索波形數(shù)據(jù)后輸出，輸出的波形，經(jīng)過(guò)數(shù)字增益電路和數(shù)字濾波等處理后，傳送到DAC轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)過(guò)濾波放大后輸出到控制連接器的面板上，同時(shí)，數(shù)字波形也可通過(guò)控制連接器面板輸出。所述的電源板卡，包括，外部電源、隔離電路、整流濾波電路、采樣電路、基準(zhǔn)電源電路、A/D、D/A轉(zhuǎn)換電路、FPGA電路、PWM占空比控制電路和接口電路，所述外部電源經(jīng)過(guò)達(dá)林頓管隔離電路進(jìn)行隔離后，再經(jīng)過(guò)整流濾波電路，通過(guò)FPGA電路來(lái)調(diào)節(jié)所述電源板卡的輸出電壓的范圍，電源板卡的輸出電壓，通過(guò)A/D通道，對(duì)所述電源板卡的輸出電壓、電流狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣監(jiān)視，并將采樣數(shù)據(jù)傳送給FPGA電路，通過(guò)FPGA電路實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換后， 再經(jīng)過(guò)PWM占空比控制電路控制所述電源板卡輸出電壓的連續(xù)變化。所述儀器模塊化的PXI板卡的PCI接口芯片為PCI9054。本實(shí)用新型的有益效果是，基于PXI技術(shù)平臺(tái)，數(shù)種電子測(cè)量和分析儀器以儀器模塊化的PXI板卡整合在一起，通過(guò)計(jì)算機(jī)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電子測(cè)量和分析儀器的控制，從而， 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析等功能，節(jié)約時(shí)間，使用方便；提高了通用實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)的小型化和可移動(dòng)性，提高適應(yīng)環(huán)境的能力；界面簡(jiǎn)約，易于操作。

圖1是本實(shí)用新型可移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室組成的方框圖；圖2是本實(shí)用新型移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室儀器模塊化PXI板卡示意圖；圖3是本實(shí)用新型移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室示波器模塊化PXI板卡組成示意圖；[0019]圖4是本新型移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室數(shù)字萬(wàn)用表模塊化PXI板卡組成示意圖；圖5是本實(shí)用新型移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室數(shù)字I/O模塊化PXI板卡組成示意圖；圖6是本新型移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室波形發(fā)生器模塊化PXI板卡組成示意圖；圖7是本實(shí)用新型移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室的電源模塊化PXI板卡電原理方框圖；圖8是本實(shí)用新型移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室的電源模塊化PXI板卡電原理圖；圖9是本實(shí)用新型移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室的電源模塊化PXI板卡的FPGA實(shí)現(xiàn)P麗配置原理方框圖；圖10是本實(shí)用新型移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室的電源模塊化PXI板卡的PXI接口電路原理方框圖；圖11是本實(shí)用新型移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室的電源模塊化PXI板卡的局部總線電路的連接方框圖；圖12是本實(shí)用新型移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室的電源模塊化PXI板卡的過(guò)電壓保護(hù)電路原理圖；圖13是本實(shí)用新型移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室的電源模塊化PXI板卡的過(guò)電流保護(hù)電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明為克服通用電子行業(yè)中實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，移動(dòng)性差、適應(yīng)環(huán)境能力低等不足，本實(shí)用新型旨在實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，來(lái)提高通用實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)的移動(dòng)性，提高適應(yīng)環(huán)境的能力。將原有實(shí)驗(yàn)室中的多種儀器設(shè)備模塊化，即獨(dú)立為小型的PXI板卡，如示波器模塊化PXI板卡、數(shù)字萬(wàn)用表模塊化PXI板卡、數(shù)字I/O模塊化PXI板卡、波形發(fā)生器模塊化 PXI板卡和電源模塊化PXI板卡等。左側(cè)是板卡的輸入/輸出端子。這些模塊化板卡的輸入/輸出接口都和行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器通用，完全兼容。而這些模塊化板卡的右側(cè)則是通用連接器插頭，實(shí)現(xiàn)與平臺(tái)的通信，這些模塊化PXI板卡都以一種通用的協(xié)議來(lái)設(shè)計(jì)，此處的通信協(xié)議是PXI。然后，將上述模塊化的板卡安裝在相同協(xié)議的通用PXI移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)上，然后平臺(tái)通過(guò)Express Card或者PXI-PCI電纜與計(jì)算機(jī)連接，再配套使用移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室控制軟件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、指令的雙向傳輸。此實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)與筆記本或臺(tái)式電腦相通信，可實(shí)現(xiàn)每種測(cè)量或分析儀器的控制，從而，實(shí)現(xiàn)通用的測(cè)試、測(cè)量功能。便于對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)，以及，數(shù)據(jù)分析等。控制軟件基于Lab VIEW編寫的移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室套件，每種測(cè)量或分析儀器類型的PXI板卡都有獨(dú)立的控制軟件，可以根據(jù)測(cè)量需求選擇一個(gè)或多個(gè)不相同類型的模塊化PXI板卡，完成對(duì)模塊化PXI板卡測(cè)試信息的收集以及測(cè)量指令的發(fā)送。圖1是本實(shí)用新型可移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室組成的方框圖；圖2是本實(shí)用新型移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室儀器模塊化PXI板卡示意圖；如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室，包括，儀器模塊化的PXI板卡、PXI機(jī)箱和計(jì)算機(jī)；所述儀器模塊化PXI板卡固定安裝在設(shè)置有PXI插槽的所述的PXI機(jī)箱中，所述PXI機(jī)箱通過(guò)Express Card或者PXI-PCI電纜與計(jì)算機(jī)連接。所述的儀器模塊化的PXI板卡具有1至18塊，所述儀器模塊化的PXI板卡的輸入/輸出接口連接與行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器的輸入/輸出接口連接形式相同。所述PXI板卡包括示波器板卡、萬(wàn)用表板卡、數(shù)字I/O板卡、波形發(fā)生器板卡和電源板卡。儀器模塊化的PXI板卡的 PCI 接口芯片 PCI9054。圖3是本實(shí)用新型移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室示波器模塊化PXI板卡組成示意圖；如圖3所示， 示波器板卡，包括，兩個(gè)模擬輸入通道、數(shù)據(jù)采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、波形觸發(fā)電路、板上存儲(chǔ)器電路、時(shí)鐘電路、PCI和PXI接口電路，所述A/D轉(zhuǎn)換電路將待測(cè)波形，通過(guò)所述模擬輸入通道、數(shù)據(jù)采集電路和波形觸發(fā)電路傳送給所述板上存儲(chǔ)器電路，通過(guò)所述PCI和PXI 電路輸出到計(jì)算機(jī)；該板卡有兩個(gè)模擬輸入通道，輸入的模擬信號(hào)要經(jīng)過(guò)波形觸發(fā)、數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換等操作，將數(shù)字化的數(shù)據(jù)保存在板上寄存器，在經(jīng)過(guò)PCI到PXI的轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)PXI協(xié)議與平臺(tái)的PXI的背板進(jìn)行通信，并通過(guò)PC顯示器顯示采集數(shù)據(jù)波形；同時(shí)配套人性化的用戶圖形界面(GUI)軟件，方便用戶對(duì)采集數(shù)據(jù)的測(cè)量分析處理。圖4是本實(shí)用新型移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室數(shù)字萬(wàn)用表模塊化PXI板卡組成示意圖；如圖4 所示，萬(wàn)用表板卡，包括，時(shí)鐘振蕩器、控制邏輯與自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程邏輯電路、計(jì)數(shù)器、鎖存/ 譯碼/驅(qū)動(dòng)器電路、模擬單元電路、電源電路和蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，所述模擬單元電路，還包括，積分器、比較器、模擬開關(guān)、分壓電阻、分流電阻、標(biāo)準(zhǔn)電阻、AC/DC轉(zhuǎn)換器和量程選擇開關(guān)，待測(cè)物理量通過(guò)所述模擬單元電路輸入和所述控制邏輯與自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程邏輯電路，傳送給所述計(jì)數(shù)器和鎖存/譯碼/驅(qū)動(dòng)器電路，通過(guò)所述PCI和PXI接口電路輸出到計(jì)算機(jī)。 本數(shù)字萬(wàn)用表模塊化PXI板卡的內(nèi)部主要包括，時(shí)鐘振蕩器、控制邏輯與自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程邏輯、計(jì)數(shù)器、鎖存/譯碼/驅(qū)動(dòng)器、模擬部分(積分器、比較器、模擬開關(guān)等)、電源部分、蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路；外圍元器件主要包括石英晶體。LCD、蜂鳴器、分壓電阻、分流電阻、標(biāo)準(zhǔn)電阻、 AC/DC轉(zhuǎn)換器、量程選擇開關(guān)、電源等；同時(shí)配套人性化的用戶圖形界面(GUI)軟件，方便用戶對(duì)采集數(shù)據(jù)的測(cè)量分析保存。圖5是本實(shí)用新型移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室數(shù)字I/O模塊化PXI板卡組成示意圖；如圖5所示，數(shù)字I/O板卡，包括，PCI接口電路、采集存儲(chǔ)器、向量生成引擎電路、觸發(fā)事件控制電路、向量采集時(shí)序控制邏輯電路、向量生成時(shí)序控制邏輯電路、生成存儲(chǔ)器、測(cè)試管腳電路、 采集門限電壓控制電路、生成門限電壓控制電路、時(shí)鐘發(fā)生器電路、數(shù)據(jù)比較模塊電路、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)/控制信號(hào)連接器和PCI接口電路，測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)所述采集存儲(chǔ)器、向量生成引擎電路、觸發(fā)事件控制電路和向量采集時(shí)序控制邏輯電路傳送給所述生成存儲(chǔ)器，測(cè)試管腳電路、采集門限電壓控制電路、生成門限電壓控制電路、時(shí)鐘發(fā)生器電路、數(shù)據(jù)比較模塊電路輸出給所述數(shù)據(jù)比較模塊電路、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)/控制信號(hào)連接器和PCI接口電路，所述數(shù)字I/O 板卡的最大采樣時(shí)鐘頻率為100MHZ。該數(shù)字I / 0板卡最多可達(dá)32個(gè)數(shù)字通道，可以作為電腦/外圍設(shè)備接口，圖形發(fā)生器，邏輯分析儀，或刺激響應(yīng)測(cè)試儀等使用。最大采樣時(shí)鐘頻率可達(dá)到IOOMHz。圖6是本實(shí)用新型移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室波形發(fā)生器模塊化PXI板卡組成示意圖；如圖6 所示，波形發(fā)生器板卡，包括，包括PCI接口電路、板上存儲(chǔ)器電路、波形發(fā)生引擎電路、觸發(fā)事件控制電路、數(shù)字增益電路、數(shù)字濾波和DAC轉(zhuǎn)換電路、模擬輸出通道電路、時(shí)鐘發(fā)生器電路和開關(guān)矩陣電路，板上存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的是將要加載到設(shè)備的波形數(shù)據(jù)和生成指令，時(shí)鐘發(fā)生器電路生成采樣時(shí)鐘和參考時(shí)鐘，波形發(fā)生引擎電路通過(guò)所述采樣時(shí)鐘和參考時(shí)鐘，根據(jù)外部觸發(fā)狀態(tài)從板上存儲(chǔ)器檢索波形數(shù)據(jù)后輸出，輸出的波形，經(jīng)過(guò)數(shù)字增益電路和數(shù)字濾波等處理后，傳送到DAC轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)過(guò)濾波放大后輸出到控制連接器的面板上，同時(shí)，數(shù)字波形也可通過(guò)控制連接器面板輸出。下面著重對(duì)本實(shí)用新型移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室的電源模塊化PXI板卡進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明圖7是本實(shí)用新型移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室的電源模塊化PXI板卡原理方框圖；如圖7所示， 電源板卡，包括，外部電源、隔離電路、整流濾波電路、采樣電路、基準(zhǔn)電源電路、A/D、D/A轉(zhuǎn)換電路、FPGA電路、PWM占空比控制電路和接口電路，所述外部電源經(jīng)過(guò)達(dá)林頓管隔離電路進(jìn)行隔離后，再經(jīng)過(guò)整流濾波電路，通過(guò)FPGA電路來(lái)調(diào)節(jié)所述電源板卡的輸出電壓的范圍，電源板卡的輸出電壓，通過(guò)A/D通道，對(duì)所述電源板卡的輸出電壓、電流狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣監(jiān)視，并將采樣數(shù)據(jù)傳送給FPGA電路，通過(guò)FPGA電路實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)過(guò)PWM占空比控制電路控制所述電源板卡輸出電壓的連續(xù)變化。電源模塊化PXI板卡是一款可編程、 靈活、高功率且適合高精度直流測(cè)試應(yīng)用的PXI模塊，其相互隔離的SMU通道，可提供包含 4線遙感的四象限士20V輸出，每個(gè)輸出通道都有一個(gè)穩(wěn)壓開關(guān)和一個(gè)線性穩(wěn)壓部分，通過(guò)線性穩(wěn)壓虎賁提供恒定電壓模式與固定電流模式，使電壓和電流控制回路一起工作。在恒流模式中，電源模塊化PXI板卡作為一個(gè)精確的電流源使用。外部電源作為輸入源，經(jīng)過(guò)升壓達(dá)林頓管隔離、整流濾波后，利用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電源的輸出電壓的范圍，輸出的電壓， 經(jīng)過(guò)A/D通道實(shí)時(shí)監(jiān)視電源的電壓電流輸出采樣，并將采樣數(shù)據(jù)傳遞給FPGA，利用FPGA實(shí)現(xiàn)的D/A轉(zhuǎn)換，通過(guò)輸出調(diào)節(jié)PWM占空比控制輸出電壓的連續(xù)變化，同時(shí)，該電源具有過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù)電路。圖8是本實(shí)用新型移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室的電源模塊化PXI板卡電原理圖；如圖8所示，電源模塊化PXI板卡的輸入電路220V/50HZ的市電經(jīng)變壓器后輸入30V交流，再經(jīng)全波整流和電解電容E2、E3濾波后送入開關(guān)電路。E2、E3取2200 μ F，其并聯(lián)使用降低了濾波電容的 ESR紋波幅度值。開關(guān)電路電中采用串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源，脈沖寬度調(diào)制器為SG35M，功率開關(guān)器件為2Ν6277，電路設(shè)有過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路，當(dāng)電源輸出過(guò)壓、過(guò)流時(shí)，自動(dòng)切斷電路的直流輸入，從而達(dá)到保護(hù)電路的目的。開關(guān)電路的工作頻率為f=l/C9 · Rll=I/(0. 01X10 - 6X5. IX 103) ^ 20kHz輸出電路由電感Ll和電解電容E5、E8組成濾波電路，R5為模擬負(fù)載。輸出濾波電容的選擇十分重要，為了滿足最小輸出紋波和輸出電流要求，電容的ESRmax=AVout/ Δ lout, AVout為紋波幅度，Δ Iout為電流設(shè)計(jì)要求的1/4，為此，Ε8選用⑶觀型四端電容，可以滿足5Α電流輸出，紋波小于10mV。圖9是本實(shí)用新型移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室的電源模塊化PXI板卡的FPGA實(shí)現(xiàn)P麗配置原理方框圖；如圖9所示，電源模塊化PXI板卡中，通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn)對(duì)PWM調(diào)節(jié)，其中，d[7:0] 矢量用于為上級(jí)AD采樣電路提供的電壓電流采樣數(shù)據(jù)，提供調(diào)節(jié)占空比的控制信號(hào)，CS為計(jì)算機(jī)提供的控制信號(hào)，CLK為本地晶振頻率，Qout[3:0]矢量為四路信號(hào)輸出。本電源模塊化PXI板卡，可得到脈沖周期固定(用軟件設(shè)置分頻器可改變PWM開關(guān)頻率，但一旦設(shè)置完畢，則其脈沖周期將固定)、占空比決定于控制信號(hào)、分辨力為1/256的PWM信號(hào)，通過(guò)脈寬鎖存器模塊，可實(shí)現(xiàn)對(duì)來(lái)自計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)Data[7:0]的鎖存，Data[7:0]的向量值用于決定PWM信號(hào)的占空比。CLK本地晶振在經(jīng)分頻模塊分頻后，可為PWM控制電路中的計(jì)數(shù)器模塊和延時(shí)模塊提供內(nèi)部時(shí)鐘，計(jì)數(shù)器在每個(gè)脈沖的上升沿到來(lái)時(shí)加1，當(dāng)計(jì)數(shù)器的數(shù)值為OOH或由OFra溢出時(shí)，它將跳到OOH時(shí)，C端輸出高電平至觸發(fā)器模塊的置位端，輸出一直保持高電平；當(dāng)鎖存器的值與計(jì)數(shù)器中的計(jì)數(shù)值相同時(shí)，信號(hào)將通過(guò)比較器模塊比較并輸出高電平至觸發(fā)器模塊的復(fù)位端，以使17模塊輸出低電平，當(dāng)計(jì)數(shù)器再次溢出時(shí)，又重復(fù)上述過(guò)程。經(jīng)過(guò)RS觸發(fā)器，可得到兩路相位相反的脈寬調(diào)制波，并可實(shí)現(xiàn)互鎖。延時(shí)模塊，可防止橋路同側(cè)對(duì)管的導(dǎo)通，脈沖輸出緩沖器用于輸出四路滿足設(shè)計(jì)要求的信號(hào)，CS為該模塊的控制信號(hào)，用于控制信號(hào)的輸出。本電源模塊化PXI板卡中的FPGA芯片均采用 Xilinx 的 Virtex-5 系列芯片 XCF08P。圖10是本實(shí)用新型移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室的電源模塊化PXI板卡的PXI接口電路原理方框圖；如圖10所示，本電源模塊化PXI板卡的PXI接口電路采用專用的PCI接口芯片PCI9054來(lái)實(shí)現(xiàn)PXI接口設(shè)計(jì)。PCI90M是由美國(guó)PLX公司生產(chǎn)的先進(jìn)的PCI I/O Accelerator ；符合PCI2. 2協(xié)議，采用了先進(jìn)的數(shù)據(jù)流水線結(jié)構(gòu)技術(shù)；局部總線提供了 M、C、 J三種工作模式以適應(yīng)不同的局部處理器；具有可選的串行EEPROM接口，本地總線時(shí)鐘可和PCI時(shí)鐘異步。PCI9054內(nèi)部有6種可編程的FIFO，以實(shí)現(xiàn)零等待突發(fā)傳輸及本地總線與 PCI總線之間的異步操作；本地時(shí)鐘可以達(dá)到50MHz，且與PCI時(shí)鐘異步。它支持突發(fā)以及DMA傳輸，能在主模式和從模式、DMA模式下工作，是應(yīng)用非常廣泛的一款PCI接口芯片。 數(shù)據(jù)總線和地址總線是復(fù)用的，分別為AD0-AD31 ;控制總線主要包括C/BEW:3]#、FRAME#、 IRDY#、DEVSEL#、TRDY#、ST0P#、IDSEL#、L0CK#、PAR#、PEER#、SERR#、REQ#、GNT# 等，在硬件連接時(shí)只要將PXI接口和PCI90M對(duì)應(yīng)的這些端口相連即可。與串行EEPROM對(duì)應(yīng)的端口為 CS、SK、DI、D0，在電路中DI和DO是物理連接的，EEPROM的EEDI/EED0引腳的配置要注意 當(dāng)不安裝EEPROM時(shí)，該引腳一定要下拉，用IkQ的下拉電阻即可，此時(shí)啟動(dòng)后90M會(huì)按默認(rèn)值進(jìn)行配置；當(dāng)安裝空白的EEPROM時(shí)，該引腳需要上拉；當(dāng)安裝燒錄好的EEPROM時(shí)，該引腳需要上拉。圖11是本實(shí)用新型移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室的電源模塊化PXI板卡的局部總線電路的連接方框圖；如圖11所示，電源模塊化PXI板卡的局部總線電路中PCI90M的局部總線分別與 FPGA和功能模塊相連。由于在功能模塊中用到的是FIFO緩存器，所以，不需要局部地址總線，只需將數(shù)據(jù)總線分別連接到兩塊FIFO中，局部總線的控制信號(hào)和FIFO的控制信號(hào)連接到FPGA中，通過(guò)FPGA來(lái)控制FIFO的讀寫。為了靈活地改變數(shù)據(jù)的傳輸速率，在FPGA中調(diào)用鎖相環(huán)來(lái)給FIFO分配讀寫時(shí)鐘。為了配合外部電路的速度和匹配要求，在這里應(yīng)用了 ISE的庫(kù)生成了 PLLO^hase Locked Loop)。PLL具有低的時(shí)鐘偏移，應(yīng)用靈活，通過(guò)調(diào)整比例關(guān)系就可以得到所需要的時(shí)鐘頻率。通過(guò)設(shè)置寄存器DMAM0DE的第7位可以使能或禁止外部等待輸入控制信號(hào)READY#，以使PCI90M工作于外部等待或內(nèi)部等待狀態(tài)。當(dāng)READY# 被禁止時(shí)，則在每次傳輸?shù)牡刂泛蛿?shù)據(jù)間插入等待狀態(tài)，其數(shù)目由內(nèi)部的等待狀態(tài)計(jì)數(shù)器決定；若READYiHi能，則READY#信號(hào)的持續(xù)時(shí)鐘周期決定了附加的等待狀態(tài)。本設(shè)計(jì)采用 C模式READY#使能方式。根據(jù)PCI90M的時(shí)序圖，每次數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，首先發(fā)出地址選通信號(hào) ADS#，當(dāng)總線準(zhǔn)備好則使READY#信號(hào)有效，開始數(shù)據(jù)傳輸；否則總線處于等待狀態(tài)。數(shù)據(jù)一旦開始傳輸，局部總線控制器將判斷傳輸結(jié)束標(biāo)志信號(hào)BLAST#，若BLAST#為高電平，則發(fā)出有效的READY#信號(hào)，數(shù)據(jù)持續(xù)傳輸，否則，在發(fā)出最后一個(gè)READY#信號(hào)后結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸。 狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換的具體過(guò)程如表1。表1 狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換過(guò)程
權(quán)利要求1.一種移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室，其特征在于，包括，儀器模塊化的PXI板卡、PXI機(jī)箱和計(jì)算機(jī)； 所述儀器模塊化PXI板卡固定安裝在設(shè)置有PXI插槽的所述的PXI機(jī)箱中，所述PXI機(jī)箱通過(guò)Express Card或者PXI-PCI電纜與計(jì)算機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室，其特征在于，所述的儀器模塊化的PXI板卡具有1至18塊，所述儀器模塊化的PXI板卡的輸入/輸出接口連接與行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器的輸入/輸出接口連接形式相同；所述PXI板卡包括示波器板卡和萬(wàn)用表板卡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室，其特征在于，所述PXI板卡還包括有數(shù)字I/O 板卡、波形發(fā)生器板卡和電源板卡。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室，其特征在于，所述的示波器板卡，包括，兩個(gè)模擬輸入通道、數(shù)據(jù)采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、波形觸發(fā)電路、板上存儲(chǔ)器電路、時(shí)鐘電路、 PCI和PXI接口電路，所述A/D轉(zhuǎn)換電路將待測(cè)波形，通過(guò)所述模擬輸入通道、數(shù)據(jù)采集電路和波形觸發(fā)電路傳送給所述板上存儲(chǔ)器電路，通過(guò)所述PCI和PXI電路輸出到計(jì)算機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室，其特征在于，所述的萬(wàn)用表板卡，包括，時(shí)鐘振蕩器、控制邏輯與自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程邏輯電路、計(jì)數(shù)器、鎖存/譯碼/驅(qū)動(dòng)器電路、模擬單元電路、電源電路和蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，所述模擬單元電路，還包括，積分器、比較器、模擬開關(guān)、分壓電阻、分流電阻、標(biāo)準(zhǔn)電阻、AC/DC轉(zhuǎn)換器和量程選擇開關(guān)，待測(cè)物理量通過(guò)所述模擬單元電路輸入和所述控制邏輯與自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程邏輯電路，傳送給所述計(jì)數(shù)器和鎖存/譯碼/驅(qū)動(dòng)器電路，通過(guò)所述PCI和PXI接口電路輸出到計(jì)算機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室，其特征在于，所述的數(shù)字I/O板卡，包括，采集存儲(chǔ)器、向量生成引擎電路、觸發(fā)事件控制電路、向量采集時(shí)序控制邏輯電路、向量生成時(shí)序控制邏輯電路、生成存儲(chǔ)器、測(cè)試管腳電路、采集門限電壓控制電路、生成門限電壓控制電路、時(shí)鐘發(fā)生器電路、數(shù)據(jù)比較模塊電路、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)/控制信號(hào)連接器和PCI接口電路，測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)所述采集存儲(chǔ)器、向量生成引擎電路、觸發(fā)事件控制電路和向量采集時(shí)序控制邏輯電路傳送給所述生成存儲(chǔ)器，測(cè)試管腳電路、采集門限電壓控制電路、生成門限電壓控制電路、時(shí)鐘發(fā)生器電路、數(shù)據(jù)比較模塊電路輸出給所述數(shù)據(jù)比較模塊電路、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)/控制信號(hào)連接器和PCI接口電路，所述數(shù)字I/O板卡的最大采樣時(shí)鐘頻率為IOOMHz。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室，其特征在于，所述的波形發(fā)生器板卡，包括， 包括PCI接口電路、板上存儲(chǔ)器電路、波形發(fā)生引擎電路、觸發(fā)事件控制電路、數(shù)字增益電路、數(shù)字濾波和DAC轉(zhuǎn)換電路、模擬輸出通道電路、時(shí)鐘發(fā)生器電路和開關(guān)矩陣電路，板上存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的是將要加載到設(shè)備的波形數(shù)據(jù)和生成指令，時(shí)鐘發(fā)生器電路生成采樣時(shí)鐘和參考時(shí)鐘，波形發(fā)生引擎電路通過(guò)所述采樣時(shí)鐘和參考時(shí)鐘，根據(jù)外部觸發(fā)狀態(tài)從板上存儲(chǔ)器檢索波形數(shù)據(jù)后輸出，輸出的波形，經(jīng)過(guò)數(shù)字增益電路和數(shù)字濾波等處理后，傳送到 DAC轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)過(guò)濾波放大后輸出到控制連接器的面板上，同時(shí)，數(shù)字波形也可通過(guò)控制連接器面板輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室，其特征在于，所述的電源板卡，包括，外部電源、隔離電路、整流濾波電路、采樣電路、基準(zhǔn)電源電路、A/D、D/A轉(zhuǎn)換電路、FPGA電路、PWM 占空比控制電路和接口電路，所述外部電源經(jīng)過(guò)達(dá)林頓管隔離電路進(jìn)行隔離后，再經(jīng)過(guò)整流濾波電路，通過(guò)FPGA電路來(lái)調(diào)節(jié)所述電源板卡的輸出電壓的范圍，電源板卡的輸出電壓，通過(guò)A/D通道，對(duì)所述電源板卡的輸出電壓、電流狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣監(jiān)視，并將采樣數(shù)據(jù)傳送給FPGA電路，通過(guò)FPGA電路實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)過(guò)PWM占空比控制電路控制所述電源板卡輸出電壓的連續(xù)變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求3至8任一權(quán)利要求的移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室，其特征在于，所述儀器模塊化的 PXI板卡的PCI接口芯片為PCI90M。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室，包括，儀器模塊化的PXI板卡、PXI機(jī)箱和計(jì)算機(jī)；所述儀器模塊化PXI板卡固定安裝在設(shè)置有PXI插槽的所述的PXI機(jī)箱中，所述PXI機(jī)箱通過(guò)ExpressCard或者PXI-PCI電纜與計(jì)算機(jī)連接。有益效果是，基于PXI技術(shù)平臺(tái)，數(shù)種電子測(cè)量和分析儀器以儀器模塊化的PXI板卡整合在一起，通過(guò)計(jì)算機(jī)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電子測(cè)量和分析儀器的控制，從而，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析等功能，節(jié)約時(shí)間，使用方便；提高了通用實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)的小型化和可移動(dòng)性，提高適應(yīng)環(huán)境的能力；界面簡(jiǎn)約，易于操作。
文檔編號(hào)G01R13/02GK202033439SQ201120114049
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月18日
發(fā)明者周憲, 張彌, 趙春蓮, 黃瑞 申請(qǐng)人:天津渤海易安泰電子半導(dǎo)體測(cè)試有限公司