ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА НА ОСНОВЕ ПРИБОРОВ ФИРМЫ KEYSIGHT ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ИЗМЕРЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАДИОСИСТЕМ НА КРИСТАЛЛЕ

Проблема автоматизации измерений является актуальной уже на протяжении многих лет. Наиболее активный этап ее развития начался в 1970–е годы и был связан с началом широкого использования микроэлектронных устройств, внедрением цифровой аппаратуры и средств измерений, микропроцессоров и микро-ЭВМ.

Под термином «автоматизация» понимается совокупность методических, технических и программных средств, обеспечивающих проведение процесса измерения без непосредственного участия человека. Автоматизация является одним из основных направлений научно-технического прогресса [1, c. 15].

Увеличение объемов выпуска от единичных образцов к малой серии и серии влечет за собой большие затраты временных и трудовых ресурсов для проверки микросхем. Для снижения таких затрат требуется использовать автоматизацию измерений. Также можно выделить и другие цели автоматизации.

Цели автоматизации:

1. Научные:

1.1. Повышение эффективности и качества научных результатов за счет более полного исследования моделей.

1.2. Повышение точности и достоверности результатов исследований за счет оптимизации эксперимента.

1.3. Получение качественно новых научных результатов, невозможных без ЭВМ.

2. Технические:

2.1. Повышение качества продукции за счет повторяемости операций, увеличения числа измерений и получения более полных данных о свойствах изделий.

2.2. Повышение надежности изделий за счет получения более полных данных о процессах старения и их предшественниках.

3. Экономические:

3.1.  Экономия трудовых ресурсов за счет замены труда человека трудом машины.

3.2. Сокращение затрат в промышленности за счет уменьшения трудоемкости работ.

3.3. Повышение производительности труда на основе оптимального распределения работ между человеком и машиной и ликвидации неполной загрузки при эпизодическом обслуживании объекта.

4. Социальные:

4.1. Повышение интеллектуального потенциала за счет поручения рутинных операций машине.

4.2. Ликвидация случаев занятости персонала операций в нежелательных условиях.

4.3. Освобождение человека от тяжелого физического труда и использование сэкономленного времени для удовлетворения духовных потребностей.

Процесс контроля и возможности его автоматизации

Процесс контроля сводится к проверке соответствия объекта установленным техническим требованиям. Сущность контроля (ГОСТ 16504 – 81) заключается в проведении двух основных операций: получение информации о фактическом состоянии объекта, о признаках и показателях его свойств (первичная информация); сопоставление первичной информации с заранее установленными требованиями, нормами, критериями (вторичная информация).[2, c. 134].

Электрические параметры микросхем, для измерения которых создается ИИС:

• ток потребления в спящем режиме;
• ток потребления в режиме передачи;
• шаг перестройки частоты внутри поддиапазона рабочих частот;
• время переключения рабочей частоты внутри поддиапазона рабочих частот;
• время переключения режимов приема и передачи без изменения рабочей частоты;
• граничные значения установки мощности выходного сигнала;
• шаг перестройки мощности выходного сигнала;
• максимальный уровень входного сигнала;
• избирательность по соседнему каналу внутри поддиапазона частот;
• чувствительность;
• уровень восприимчивости по интермодуляции.

Для проведения автоматизации необходимо обеспечить связь между измерительными приборами, ЭВМ и объектом измерений для управления управление и контролем над процессом [3, с. 45]. Типовая схема автоматизированных измерений представлена на рисунке 1.

Тестовая плата представляет собой плату, созданную специально для конкретного наименования микросхемы приемопередатчика так, чтобы была возможность одновременно подключить все приборы, необходимые для измерений. На сокращения расходов на изготовление тестовой платы для каждой микросхемы и дальнейшей пайки на плату устанавливается контактирующие устройство прижимного типа.

Оно обеспечивает возможность быстрой смены микросхемы без пайки. Контактирующее устройство обеспечивает достаточный уровень контакта микросхемы с платой даже для требовательных к чувствительности систем.

Рисунок 1. Типовая схема автоматизированных измерений микросхем

Оно обеспечивает возможность быстрой смены микросхемы без пайки. Контактирующее устройство обеспечивает достаточный уровень контакта микросхемы с платой даже для требовательных к чувствительности систем. При записи результатов измерений потери полезного сигнала в контактирующем устройстве учитываются согласно технической документации на данные устройства.

Персональный компьютер управляет всеми компонентами ИИС и обеспечивает контроль результатов измерений. Для создания программного обеспечения для управления измерительным оборудованием используется среда разработки MatLab. Также используются специализированные драйверы для USB – адаптера и измерительных приборов.

Для обеспечения связи между персональным компьютером и тестовой платой с микросхемой необходимо использовать USB – адаптер. Он переводит данные с компьютера в понятный для микросхемы сигнал.

Камера тепла и холода представляет собой установку для проведения климатических испытаний. Возможный предел температурных режимов от -55 градусов до +225 градусов по Цельсию.

Измерительный стенд представляет собой приборы фирмы Keysight, в состав данного стенда входят:

• шлюз и маршрутизатор для связи ПК с остальными приборами;
• источник питания обеспечивает необходимое питание для платы с напряжением в пределах от 0 В до 5 В и ограничением по току 100 мА;
• мультиметр обеспечивает измерение тока, потребляемого тестовой платой;
• генератор аналоговых сигналов подает на плату опорный сигнал с необходимой частотой и мощностью;
• генератор векторных сигналов необходим для проведения измерений на избирательность по соседнему и побочному каналу, а также для измерения уровня восприимчивости по интермодуляции;
• генератор сигналов с включенной опцией BER теста выдает полезный сигнал, и позволяет проводить измерения чувствительности приемника;
• анализатор спектра необходим для измерения параметров передатчиков, например выходная мощность сигнал;
• цифровой осциллограф позволяет измерять время переключения режимов работы и частотной перестройки микросхемы.
• согласующее устройство первого типа

Все измерения проводятся в соответствии с ГОСТ18683.1, ГОСТ Р 51903-2002 и ГОСТ 12252-86.

После проведения предварительных испытаний данной автоматизированной системы было подсчитано, что время измерений уменьшилось, как минимум, в 4 раза. А трудовые затраты сводятся к нажатию кнопки запуска измерений, контролем за измерениями и их результатами, и смене микросхемы в контактирующем устройстве. Возможно добавление роботизированного манипулятора для автоматической смены микросхемы.

Список литературы:

1. Батоврин В.К. Автоматизация измерений и испытаний: учеб.пособие / В.К. Батоврин, А.С. Бессонов, В.В. Мошкин. – М.: МФТИ, 2011. – 128 с. – Комплект УМК, МФТИ.
2. Бесекерский В.А. Теория систем автоматического управления: учеб.пособие / В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. – 4-е изд., перераб. и доп. – СПб.: Профессия, 2013. – 752 с.
3. Тарасова Г.И., Филиппов А.В., Каковкина А.С. Система управления инерционным объектом при учете влияния распределенных параметров //Наука, техника и образование, 2017, №4 (34), С.44–47.