基于PXIe总线的工业电缆网信号完整性测试平台研制

作     者：孙谋迅 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨智明

授予年度：2021年

学科分类：0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 08[工学] 

主      题：工业电缆网 信号完整性 PXIe 同步采集 多线程 传输线理论 

摘      要：电缆网是工业系统各子模块间用于信号传递和输送动力的主要载体,其可靠性对于整个系统的正常运行具有重要的意义。传统的工业电缆网测试主要集中在导通、绝缘等基本功能的测试,而对于信号反射、串扰、电磁干扰以及高频信号衰减等因素引起的信号完整性问题研究不充分,造成信号传输出现错误时无法及时确定故障原因。针对以上问题,本课题研制了基于PXIe总线的信号完整性测试平台,对电缆网络工作过程中不同位置的信号特性进行测试和仿真,从而实现电缆网内部信号传输完整性指标的定量评估,为系统可靠性设计提供依据。本文首先对于信号完整性测试平台进行需求分析,制定了软硬件设计方案。系统硬件平台以PXIe总线模块化仪器作为测控核心,主要仪器包括嵌入式控制器、远程控制器、数字化仪、定时同步模块及磁盘阵列等;平台采用多PXIe机箱级联的形式,利用远程控制器及定时同步模块进行控制,实现了分布式多通道数据同步采集和处理。平台软件设计分为两部分,首先是基于Labwindows/CVI软件对测试平台的总控软件进行开发,利用NI TClk同步技术和多线程技术实现多机箱多通道高速同步采集功能,并采用常规的波形时频域测试方法及眼图评估算法对信号完整性指标进行评测;其次,构建基于信号传输线理论的电缆网信号传输特性仿真模型并开发相应的仿真软件,该模型结合了信号时域反射数学模型和基于傅里叶变换的信号幅度仿真模型,用于对电缆不同位置、不同负载等状态下的信号传输特性进行仿真。最后,本文对信号完整性测试平台软硬件功能和技术指标进行测试,包括数字化仪测量误差、通道间同步采集偏差、数据读写速率及仿真软件准确性等测试内容。测试结果表明,系统可实现96通道数据的高速同步采集及存储功能,实现对信号完整性相关参数的测试;信号传输仿真模型测量多分支电缆网络负载不匹配状态的结果与实测结果基本一致,验证了本文提出仿真模型的准确性;最终将测试平台与真实箭上电缆网络对接,完成了软硬件系统联调,实现了对箭上电缆网内部不同点处的信号的测试和信号完整性指标的评估。