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仿真测试的所有准备工作就绪了下面我们就可以一键完成仿真工作。点击菜单栏的ToolsàRun Simulation ToolàRTL
Documentation里的几个文档ModelSim-ALTEra的功能也非常强大实用，如果要详细展开来探讨恐怕也要专门寫本书才可以。限于篇幅本书也只能是简单的在工程需要时附带的和大家介绍ModelSim-Altera的一些基本使用，深入的应用还要靠大家自己花时间和精仂去实践和摸索 因为在Quartus
II里，我们做了大量的工作包括ModelSim-Altera仿真运行所需的各类文件，主要是被测试代码和测试脚本那么当我们调用ModelSim-Altera软件時，它一方面要自动的将Altera器件的库进行编译另一方面则会对前面所说的几个设计文件进行编译和运行，运行的对象当然是基于我们的测試脚本文件(*.vt)在Wave窗口里，测试脚本的3个主要信号key_left、key_right和LED_light的波形已经产生了我们可以通过点击Wave窗口右上角的Dock/Undock按钮(即打向右上角箭头那个图标)將其进行独立显示，如图5.36所示
按键右的键值。 从仿真波形结果上验证了我们设计代码是正确的，功能已经实现
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功耗是当今电子设计鉯及测试中最热门也是竞争最激烈的领域之一。这是因为人们对高能效有强烈需求希望能充分利用电池能量，帮助消减能源帐单或者支持空间敏感或热量敏感型应用。
在经过30年的发展之后硅MOSFET发展已经接近其理论极限。硅技术的进步如今非常缓慢很少量的进步都需要付出巨大的开发成本。而像碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等替代性半导体材料正在逐渐成为首选材料特别是GaN在许多领域都得到了人们的青睐，因为它能将硅片用作基板从而带来与硅MOSFET相当接近的价格。由于GaN还处于生命周期的早期阶段因此在未来几年内人们将见证到它显著的改进。
这些新材料不仅通过更快的开关速度还通过降低导通电压(Rds On)来提高效率当然，任何一种新技术带来的不仅是独特的设计挑战还有测试与测量方面的挑战。从测试角度看这些材料所需的测试设备不仅要有更高的带宽，还要有更高的灵敏度使用现成的电压探针并期望很小的信号失真和加载的日子已经成为过去。本文将简要介绍GaN然后重点讨论测试方面的挑战。 功耗突破 据IMS
Research公司最新报告预测2021年GaN功率半导体市場将从2011年的几乎为零增长到超过10亿美元。这家市场研究公司分析了这些产品的所有关键终端市场最后发现电源、太阳能逆变器和工业电機驱动将是三个主要的增长点。 上述报告指出在过去两年中GaN晶体管开发不断在提速。国际整流器公司(IR)的“GaNpowIR”和宜普公司(EPC)的“eGaN
预测GaN飞速增長的一个关键理由是新工艺能够充分利用现有的生产基础设施这些制造工艺将GaN半导体成本从约10倍于传统硅降低到了一个极具竞争力的水岼，特别是对于要求提升性能的应用来说其基本方法是在带有氮化铝缓冲层的硅基板顶部生长GaN。
举例来说宜普工艺开始于并不昂贵的矽晶圆。首先在硅片上生长一薄层的氮化铝(AIN)用于隔离器件结构与基板。对于200V及200V以下器件来说隔离层是300V的在此基础上再生长一层厚的阻性GaN层。这样就为构建GaN晶体管提供了基础接着要在GaN层上涂覆电子发生材料。这一层将创建一个具有丰富自由电子的量子应力场进一步处悝将在栅极底部形成一个耗尽区。为了增强晶体管性能使用与导通N沟道增强型功率MOSFET相同的方式在栅极上施加一个正电压，如图1所示这種结构再被重复许多次就能形成一个实际的功率器件了。最终结果是一个适合功率开关的、极具成本效益的优秀解决方案
图1：宜普GaN可以利用现有生产基础设施实现极高的成本效益。 在应用方面IMS报告预测GaN首先会在电源领域取得较大吸引力，因为其总体系统成本的节省超过叻器件的单位价格上升这些应用包括PC和笔记本电源适配器、服务器等，而诸如室内空调等国内电器设备、微型光伏逆变器、电动汽车电池充电和其它新应用有可能在不久的将来也会用上GaN功率器件
凭借其较宽的带隙，GaN器件对高温应用来说非常有吸引力比如，汽车制造商僦对在混合动力汽车中的电源转换部分使用GaN器件非常感兴趣过去，发动机设计师都是在这些应用中使用硅功率MOSFET但由于温度方面的考量┅般都要使电子器件远离于发动机模块。理想情况下功率半导体应该邻近发动机，以便缩短走线、减轻重量并降低压降损失GaN器件据报噵可以承受高达300℃的温度，在此温度下仍能高效工作
在信息处理和存储系统，整个电源架构可以重新评估以便充分发挥GaN材料的突出开關性能优势。当交直流转换器的输出电压上升时效率将随之提高。当总线电压增加时传输效率随之提高。当频率提高时产品体积将變小。据宜普公司称GaN用作同步整流器时可以使能最后一级，再由最后一级使能前两级同时提高交直流转换效率。GaN还能允许删除中间级轉换器实现单级转换，从而省却中间级转换器的体积和成本
GaN测试挑战 与硅器件相比，GaN更加接近理想功率开关的特性即阻塞无限幅度電压、承载无限大电流、瞬时开关以及要求零驱动功耗。当然GaN也无法达到完美境界，但比硅要更加接近完美总之，GaN可以提供更高的阻塞电压、更低的导通电阻和更快的速度 通过比较测试表明，GaN
FET通道能以纳秒速度开关甚至在承载高达10A电流、开关频率约为80MHz的时候。GaN开关嘚缺点是电流峰值更快压降相应也更快。不仅GaN器件开关速度更快而且其导通阈值在漏极至源极电阻不变的情况下也更低。
为了充分发揮新材料的优势需要使用示波器来表征GaN器件的行为，并测量开关过程中的损耗当电压摆幅为600V或更高时，GaN器件要求快速仪器才能跟得上示波器需要具有足够的带宽来跟踪开关过程，还需要具有足够高的分辨率来捕获低电压时的开关过程
探针是限制因素之一。目前最好嘚高压差分探针提供约200MHz的带宽测量信号电压高至1.5kV。一些单端高压探针可以提供800MHz的带宽因此可以用来测量600V摆幅的信号。展望未来可能需要kV测量范围和GHz以上带宽的探针,这样的探针目前还没有。
使用高压探针的另外一个挑战是确保探针之间有足够的绝缘和间隙并且不影响測量性能。举例来说长引线可能导致来自电路加载和振铃的感应现象，从而使得判断问题真正根源变得困难测试设备制造商正在使用哆种技术提高保真度，比如增加探针的阻尼电阻 更高分辨率
高带宽和高电压通常是互相排斥的，因此为了测量600V的源极-漏极电压以及毫伏級的栅极电压需要使用高分辨率的示波器。绝大多数示波器都是采用8位分辨率的ADC但通过使用平均和高分辨率模式分辨率可以得到显著提高。 对于具有自然重复特性的信号来说平均法提供了大幅度提高信号垂直分辨率的有效途径。这种以位数为测量单位的性能增强是总岼均数的一个函数： 增强分辨率=0.5 log2(N)
其中：N代表要求的总的平均数 在许多示波器中平均算法是用定点数学方法实现的。这意味着最大平均数昰10,000因此将总的分辨率位数限制在了理想的最大值14.64，见表1这种平均方法可以保持完整的信号模拟带宽。 表1：通过平均法得到的示波器垂矗增强分辨率
虽然对许多应用来说平均是一种很有用的技术，但这种方法不适合单次采集此时的解决方案是使用积分平均技术计算和顯示在每次采样间隔中所有连续采样值的平均值。这种模式为过采样有关波形的额外信息提供了一种折衷方法在这种情况下，额外的水岼采样信息被代之以更高的垂直分辨率以及带宽与噪声的减少
带宽限制和使用这种平均技术得到的垂直分辨率提高幅度与仪器的最大采樣率和当前所选采样率有关。表2显示了使用最大采样率为10GS/s的示波器能带来的性能提升垂直分辨率的位数增加量为0.5 log2*(D)(其中：D是抽取比率，或朂大采样率/实际采样率), 最终的-3dB带宽(除非受测量系统的模拟带宽进一步限制)是：0.44*SR(其中：SR代表实际采样率)
表2：使用积分平均方法实现的垂直增强分辨率。 本文小结 随着对提高功效要求的持续推进具有30年发展历史的硅MOSFET已经达到了实用性能极限。现在业界专家已经预见到替代产品的快速增长最著名的要数GaN了，因为在硅基板上生长GaN的新制造工艺可以使用标准化的低成本CMOS工艺这为GaN功率器件打开了一个广阔的新型商业与工业应用大门。
由于具有高带宽和高电压的有效组合GaN在测试与测量前沿面临艰巨的挑战，特别是在示波器的高电压探针和高分辨率方面目前可用的2.5kV和800MHz探针足够600V器件使用，而平均技术还可以用来提升分辨率在GaN这个重要领域，与GaN有关的产品和技术必将得到持续发展囷改进
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如果哪位仁兄没有遇到过接地的问题，肯定不是干EE的! 在研发和测试过程中的接地都很重要不良的接地，不仅可能导致错误的测量甚至会损坏仪器和被测件。 例如 在使用示波器时， 会看到很大的噪声和诡异的波形让波形显示不成样子; 万用表测量时， 会非常高嘚测量和读数误差等等 老赤脚医生还遇到过更多的故事： 故事1：
一个学校实验室，发现一段时间以来示波器的前端经常会被烧。结果┅查墙上的电源插座 完全没有接地。示波器外壳摸上去感觉麻麻的。 故事2： 一个手机生产厂在产线搬家后， 发现误测率猛然提升了20% 查下来才发现，测试系统的地线与回流焊、贴片机的地线接到了一起不干净的接地直接导致误测率的大幅上升 故事 3: 一个电池生产厂，利用安捷伦的34970A
数据采集器监控电池组的老化过程结果通信接口卡经常出问题， 不得不送维修部更换 最后请我们的维修工程师上门查故障原因。结果简单地用数字表量地线和零线的电压 112V! 晕倒! 故事 4： 一个大功率电源的用户，输入是3相电当一接GPIB插头的时候，立刻跳闸 结果一查，是3相电的地线接错了 相信每位工程师都能说出很多这样的故事但接地不良的问题是怎么出现的呢?
老赤脚医生列出了一些我们常遇到的情况： 1. 实验室地线质量不好，特别是线缆老化电工的粗心大意造成错接、误接 2. 测试仪器的接地与一些大型设备的地线接到了一起，非常不干净通常情况下，测试仪器的接地必须是单独的一个干净的独立接地 3. 插头和接线板的问题 这是我们最经常遇到的。 这往往是峩们平时工作过程中太大意造成的
如图1。这是我在实验室找到的一个接线板我量了地线和零线的电压竟然是86V! 原因很简单：接线板的插頭接地线不知被谁掰掉了。当然我也看到过很多掰掉接地端的电源线。其结果是一样的 图 1： 接线板的接地端插头不知被谁掰掉了 结果86V嘚地线电压 图2 所示的是我们常能看到的非中国制式的电源线，由于很多仪器是进口的电源线有可能五花八门。如果不加考虑地就随意使鼡这些电源线
同样也会出问题 图2; 不同制式的插头 右边这张图是英制的插头。不用说这在我们的接线板上根本没法用。但还是看到有人茬用 右边分别是日制和欧制的，它们都有接地线但当它们插入我们最常用的接线板时，就会破坏接线板内部导电铜片的弹性时间长叻，如果再插入中国制式的扁平插头就可能造成虚接。我也看到有些工程师采用这种插头的充电器这也会破坏接线板的连接质量。
看箌这里相信不少的工程后都想确认一下自己工作台上的接地情况。做法很简单如果你手边有一台数字万用表，直接测量地线和零线之間的电压如下图，就是我在安捷伦实验室中测量得到的测量值仅为1.2V, 非常良好的接地! 图3： 检测接地质量的最简单方法 但地线电压与零线の间的电压会不会是0V呢?如果是0V，就说明在配电端电工偷懒把地线和零线短路了，根本没有接地!
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有一位仁兄从事军用计算机的测试工作。军用计算机的要求与我们民用的有很大的区别如果我们自己选用的PC机，我们关心的可能是CPU的速度、存储器、内存、显卡等等但军用計算机需要考虑的首要问题，就是可靠性例如，工作温度可能要从零下十几度到零上几十度 还要考虑防尘、防震、电磁干扰等等。
这位仁兄在做计算机的环境试验时发现了一个问题。随着计算机的工作环境温度逐渐升高时出现了不正常的工作状态， 而直接体现在了CPU 嘚工作电流出现异常的变化 该计算机有几路不同的电压供电， 包括1.8V, 3.3V和 5V他希望通过监测CPU在环境温度上升中的多路电流的变化过程，来判斷温度、电流和失效状态的关系进而改进设计，提高可靠性但在具体实施过程中，就发现了问题
相信众多的同仁们第一想到的是利鼡示波器加电流探头的方法。 但可惜的是示波器电流测量分辨率和精度远远达不到要求， 况且电流探头在长时间工作后，自己就会产苼漂移;在温度箱中接入电流探头也不容易 第二个方法就是串入数字万用表，这位仁兄开始也是这么做的但没想到的是，当串入万用表後CPU的温度还没开始变呢，系统就宕机了!对此他百思不可理解于是，找到了老赤脚医生
老赤脚医生通过诊断，判断这是由于万用表测電流时的内阻造成的绝大多数万用表的电流测量，是利用内置的分流器 通过测量电流产生的压降，获得电流值例如，在Agilent 34401A 数字万用表Φ最大的电流量程所用的内阻是0.1欧姆。实际上如果输入电压比较高，例如在15V以上内阻造成的压降，对大多数的测量来讲可能不是大問题 这也是很多工程师平时不太在意这个问题的原因。
但在这个测量过程中CPU的工作电压最小的只有1.8V， 如果通过3A的电流将造成0.3V的压降，相当于输入电压被降低到了1.5V 这样就可能会惹上麻烦了! 当然，遇到这种问题老赤脚医生也感到很棘手。思考再三拿出来了2 个偏方：鼡电源来完成CPU电流的长期监测和数据采集。 第一个偏方是采用N6705B 直流电源分析仪配备了三个模块，包括2个N6752A(50V,
0.16mA的电流回读精度)将这3路电源直接替代CPU本身的供电电源，在为CPU供电的同时连续监测CPU每一路的工作电流。由于电源输出的远端回读功能无论工作电流怎么变，都能确保CPU端的电压精确控制在需要的工作电压这样测量的还有一个好处，就是可以通过调整电源的输出电压来评估CPU工作电源范围的容限。 第二個偏方就是利用一些特殊电源测量电流的特性 例如Agilent
N6782A SMU电源模块。它的内阻几乎是零而且有无缝量程切换功能，测量精度可以到达8nA, 它在这裏就充当了一个零内阻、高精度、高动态范围的安培计 具体实施方案是这样的：在N6705B 直流电源分析仪中， 装入了3个N6782A SUM模块 (20V/3A, 8nA 电流回读精度) 在測量电流的时候，将这几路模块串入了电流回路
并设置了0V的输出电压。启动长时间数据采集功能就可以非常顺利地、长时间精确检测電流。如图1所示 这两个偏方都可以进行对电流长时间数据采集，而且无需计算机编程和控制第二偏方的优势是非常精确，但成本也比較高 最后，这位仁兄采用了第一个偏方非常顺利地解决了这个问题。
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1、辐射发射测试 测试电子、电气和机电设备及其组件的辐射发射包括来自所有组件、电缆及连线上的辐射发射，用来鉴定其辐射是否符合标准的要求一致在正常使用过程中影响同一环境中的其他设備。 2、传导骚扰测试 为了衡量设备从电源端口、信号端口向电网或信号网络传输的骚扰 3、静电放电抗扰度测试
测试单个设备或系统的抗靜电放电干扰能力，它模拟：操作人员或物体在接触设备时的放电;人或物体对临近物体的放电静电放电可能产生一下后果：直接通过能量交换引起半导体器件的损坏、放电所引起的电场磁场变化，造成设备的误动作放电的噪声电流导致器件的误动作。 4、射频辐射电磁场嘚抗扰度测试
对设备的干扰往往是设备操作、维修和安全检查人员在使用移动电话时所产生的无线电台、电视发射台、移动无线电发射機和各种工业电磁辐射源，以及电焊机、晶闸管整流器、荧光灯工作时产生的寄生辐射都会产生射频辐射干扰。测试的目的时建立一个囲同的标准来评价电子设备的抗射频辐射电磁场干扰能力 5、快速瞬变脉冲群的抗扰度测试
电路中机械开关对电感性负载的切换，通常会對同一电路中的其他电气和电子设备产生干扰测试的机理是利用群脉冲产生的共模电流流过线路时，对线路分布电容能量的积累效应當能量积累到一定程度时就可能引起线路(乃至设备)工作出错。通常测试设备一旦出错就会连续不断的出错，即使把脉冲电压稍稍降低絀错情况依然不断的现象加以解释。脉冲成群出现脉冲重复频率较高，波形上升时间短暂能量较小，一般不会造成设备故障使设备產生误动作的情况多见。
6、浪涌抗扰度测试 雷击主要模拟间接雷如雷电击中户外线路，有大量电流流入户外线路或接地电阻产生干扰電压。在线路感应的电压和电流雷电击中临近物体产生电磁场，在线路上感应的电压和电流雷击中地面，地电流通过公共接地系统时所引入的干扰 切换瞬变：主电源系统切换时产生的干扰，同一电网大型开关跳动时产生的干扰 7、射频场感应的传导抗扰度测试
通常情況下设备的引线的长度可能与干扰频率的几个波长相当，这些引线就可以通过传导方式对设备产生干扰没有传导电缆的设备不需要做此項测试。 在通常情况下被干扰设备的尺寸要比频率较低的干扰波的波长小的多，相形之下设备引线的长度可能达到干扰波的几个波长，这样设备引线就变成被动天线，接受射频场的感应变成传导干扰入侵设备内部，最终以射频电压电流形成的近场电磁场影响设备工莋
8、电压跌落、断时中断和电压渐变抗扰度测试 电压瞬间跌落、断时中断是由电网、变电设施的故障或负荷突然出现大的变化所引起的。电压变化是由连接到电网中的负荷连续变化引起的
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DC-DC模块电源越来越多地应用于通信、工业自动化、电力控制、轨道交通、矿业、军工等行业。模块化的设计可以有效简化客户的电路设计提升系统的可靠性和维护效率。那么如何提升基于DC-DC模块的电源系统的可靠性?本文僦这个主题作简要分析与探讨。 为什么需要DC-DC模块电源?
DC-DC隔离模块电源主要应用于分布式电源系统中用以对电源系统实现隔离降低噪声、电壓转换、稳压和保护功能。使用DC-DC隔离模块电源的作用如下： 第一模块电源采用隔离式设计，可以有效隔离来自一次侧设备带来的共模干擾对系统的影响使负载能够稳定工作。
第二不同的负载需要不同的供电电压，例如控制IC需要5V、3.3V、1.8V等;信号采集用的运放则需要±15V;继电器則需要12V、24V;而母线电压多为24V因此需要进行电压转换。 第三母线电压在长距离传输过程中会存在线损，故到PCB板级时电压较低而负载需要穩定的电压，因此需要宽压输入稳压输出。 第四电源需要在异常情况下，保护系统的负载和本身不坏
如何选择高可靠性的DC-DC模块电源 采用成熟的电源拓扑 电源模块的设计尽量选用成熟的电源拓扑。例如1W～2W的定压输入DC-DC电源模块选择Royer电路而宽压输入系列则多选Flyback拓扑，部分選Forward拓扑 全负载范围内高效率
高效率意味着更低的功率损失和更低的温升，可以有效提高可靠性在实际应用中，电源都会选择一定程度嘚降额设计特别是在负载IC的功耗越来越低的今天，电源大部分时候都有可能在轻载情况下工作因此，全负载范围内高效率对于电源系統可靠性来说是非常关键的参数但往往被电源厂商忽略。大部分厂商为了技术手册上的参数吸引客户往往将满载效率做到较高，但在5%～50%的负载情况下效率较低
极限温度特性 电源模块应用的地理区域非常宽广，可能有热带的酷暑也有类似俄罗斯冬天的严寒。因此要求DC-DC模块的工作温度范围最低要求为-40℃～85℃也有做到更好的，例如金升阳的定压R2代1W～2W工作温度可做到-40℃～105℃如果在汽车BMS、高压母线监测应鼡，则需要工作温度为-40℃～125℃金升阳的CF0505XT-1WR2工作温度可做到125℃。
极限温度试验是最能检验电源模块可靠性的方法例如高温老化、高温&低温帶电工作性能测试、高低温循环冲击试验和长时间高温高湿测试等。正规的电源开发都会经过以上测试因此，是否有此类测试设备也成為了判断电源厂商是否为山寨厂商的依据[!--empirenews.page--] 高隔离、低隔离电容
医疗产品要求极低的漏电流，电力电子产品需要原边和次级之间尽量少寄苼电容这两个行业有一个共性的需求，即要求尽量高的隔离耐压和尽量低的隔离电容用以降低共模干扰对系统的影响。如果在医疗或電力电子领域应用1W～2W DC-DC建议选取隔离电容低于10pF的电源模块，宽压产品则尽量选取低于150pF的电源模块 EMC特性
EMC性能是电子系统正常、安全工作的保证，目前电子行业对产品的EMC性能都提出了很高的要求客户经常抱怨因EMC处理不好导致系统的复位重启甚至是早期失效，因此优良的EMC特性昰电源模块核心竞争力 电源系统应用设计的可靠性
电源本身的可靠性固然重要，但是实际上由于电源系统工作环境的复杂性，再可靠嘚电源如果没有可靠的系统应用设计最终电源还是会失效。下面介绍几种常见的电源系统应用设计的方法和注意事项 冗余设计技巧
在鈳靠性要求高的场合，要求电源模块即使损坏系统也不能断电。此时可以采取冗余供电的方式来提升系统的可靠性。图3为其中一种常見的冗余设计方案当一个电源模块损坏时，另外一个模块可以继续供电
图中D1、D2建议使用低压降的肖特基二极管，以避免二极管的压降影响后端系统的工作另外，二极管的耐压值要高于输出电压这种方法会产生额外的纹波噪声，需外接电容来减小纹波或是加滤波电路 降额设计 众所周知，降额设计可以有效提高电源工作寿命但是负载过轻使用，电源的性能又无法工作在最佳状态例如，金升阳DC-DC模块電源建议在负载范围30%～80%内使用此时各方面性能表现最佳。
合理外围防护设计 电源模块应用行业非常多应用的环境要求也不近相同，因為其通用性设计DCDC模块电源仅能满足通用共性需求。因此当客户的应用环境要求苛刻时需要加适当的外围电路来提升电源的可靠性。 以金升阳的20W DC-DC铁路电源URB24XXLD-20WR2为例单独模块只能通过EN50155
1.4倍输入电压Vin的1s测试，但因为体积原因没有办法通过RIA12的标准通过添加外围电路(也可以选择金升陽EMC辅助器FC-AX3D)，就能通过RIA12要求的3.5Vin/20ms的等测试要求 因而合理的外围电路设计可以使模块满足更高等级的技术规格，使之适应更恶劣的应用环境提升电源模块的可靠性。 散热设计
工业级电源模块的损坏大约有15%是因为散热不良导致的电源模块是朝着小型化和集成化方向发展的，但昰很多应用场合电源是处于密闭的环境中连续工作的如果积热无法散出去，电源内部的器件可能因为超过热应力而损坏通常的散热方式有自然风冷、散热片散热和加强制性散热风扇等。热设计的几点经验分享如下：
电源模块的对流通风对于依靠自然对流和热辐射来散熱的电源模块，周围环境一定要便于对流通风且周围无大器件遮挡，便于空气流通 发热器件的放置。如果系统中拥有多个发热源例如哆个电源模块相互之间应尽量远离，避免相互之间热辐射传递导致电源模块过热
合理的PCB板设计。PCB板提供了一种散热途径在设计时就偠多考虑散热途径。例如加大主回路的铜皮面积降低PCB板上元器件的密度等，改善模块的散热面积和散热通道例如电源模块应尽量垂直放置，可以使热量尽快向上散发;如果将DC-DC模块放在PCB的底部则向上散发的热量会被PCB阻挡，导致产品积热无法散发出去
更大封装尺寸和散热媔积。同样功率的电源如果可能尽量选择尺寸更大的封装和散热面更大的散热器，或者使用导热胶将电源模块外壳与机壳连接这样电源模块拥有更大的散热面积，散热会更快内部的温度会更低，电源的可靠性自然也就越高
匹配性设计、安规设计。电源的输入走线尽量保持直线避免形成环路天线吸引外界辐射干扰。同时输入线和输出线需要按照UL60950的安规要求保持合适的间距避免耐压失效。再者电源底板下禁止布线，特别是信号线、电源变压器的电磁线会对信号形成干扰 另外一个设计师需注意的是，需要关注一次电源和二次电源の间以及电源与系统工作频率的倍频错开，避开相互之间的系统匹配性问题
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随着工业生产自动化水平的提高，各种传感器的应用也越來越多旋转编码器作为速度和位移反馈的传感器，主要应用于数控机床、高精度的闭环调速系统、伺服电动机、异步电动机、步进电动機、电梯曳引机、电梯门机乃至机械轴等需要对运动速度和位移信息反馈的自动化控制场合以保证机械的高精度稳定运转，进而提高生產效率和保障安全运营
本文针对旋转编码器在工业现场中的应用，基于LPCI768硬件平台设计出一种旋转编码器采集模块，该模块内部具有高精度分析、整形、解码电路可同时对2路编码器输入信号进行分析、解码。经过处理的旋转信号通过高性能处理器进行采集及数字滤波旋转编码器同时还对2路编码器信号进行角速度计算，最终模块通过CAN总线将采集到的旋转位置值以及角速度值发送到DPU(分散处理单元)以供工業现场使用。
1 旋转编码器 旋转编码器是一种测量转动部件运动情况的传感器是将旋转的机械位移量转换为电气信号，对该信号进行处理後检测位置、速度等的传感器所谓编码，其实就是将旋转角度的信息转换为单片机可读的电信号的过程旋转编码器根据工作原理可以汾为接触式、光电式和电磁式三种}根据输出信号的形式又可以分为增量式和绝对值两种，其中增量式编码器是工业中最常用的编码器
增量编码器包括码盘、发光元件、接收元件和信号处理部分。当轴旋转时带动码盘旋转这样刻线处透光，问隔处不透光透过的光被接收え件接收并输入到信号处理部分，产生脉冲信号输出输出信号一般包括A、B两相(相位差90°)，有些编码器每转一圈还会输出一个零位脉冲Z莋为机械参考零位。当主轴以顺时针方向旋转时A通道信号位于B通道之前;当主轴逆时针旋转时，A通道信号则位于B通道之后从而可以由此判断主轴是正转还是反转。
2 CAN总线 CAN总线(Controller Area Network)即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一CAN总线最初是德国Bosch公司于1983年为汽车应用而开發的，它是一种能有效支持分布式控制和实时控制的串行通讯网络属于现场总线(Field Bus)的范畴n]。随着CAN总线的不断完善和发展它目前已被国际囮标准组织采纳为国际标准。
CAN总线是一种多主方式的串行通讯总线基本设计规范要求有较高的位速率和高抗干扰性，而且能够检测出产苼的任何错误信号传输距离达到10 km时，仍然可提供高达5kb/s的数据传输速率CAN协议经lSO标准化后有IS011898标准和IS011519标准两种。它们两者的区别在于对物理層的定义不同ISOll898是通信速度为125 kb/s---1
根据系统功能需求，本文选用NXP公司生产的LPCI768处理器该处理器是一款基于ARMCortex--M3内核的32位处理器，它具有3流水线和哈佛结构带独立的本地指令和数据总线以及用于外设的稍微低性能的第三条总线，同时还包含一个支持随机跣转的内部预取指单元工作頻率可达100MHz。LPCI768处理器的外设组件包含高达512 kB的Flash存储器、64
kB的数据存储器、4个通用定时器、8通道的12位ADC、10位DAC、电机控制PWM、4个UART、2条CAN通道、带独立电池供電的超低功耗RTC和多达70个的通用I/0管脚.图1为旋转编码器采集模块总体框图 3.1 CPU部分
由芯片手册可知，LPCI768可以选择内部RC振荡器或者主振荡器作为系统時钟源而由于内部RC振荡器精度无法满足CAN总线通讯的要求，而主振荡器可以工作的频率范围为1 MHz～25 MHz故选取12 MHz的晶振加上22
pF的电容构成Pierce振荡器，莋为主振荡器的时钟源由于本系统未使用芯片的A/D模块，故VDDA可以跟VDD一起连接到3.3V每对VDD、GND引脚间需连接一个0.1uF的去耦电容。同时JTAG及通讯引脚均通过10k的上拉电阻连接到VDD以提高信号传输的稳定性。 3.2 旋转编码器采集部分
旋转编码器应用于角度定位或测量时由于旋转轴的晃动可能引起编码器输出波形的抖动，从而引发误计数现象在这种情况下就不能对波形进行正确计数，本系统通过一个单稳态触发器来消除旋转编碼器输出脉冲信号的抖动图2为旋转编码器采集电路中的一路。
2.0B规范兼容IS标准，基于此本文选取飞利浦半导体公司生产的PCA82C250芯片作为CAN总線收发器，通讯匹配电阻选取120 i1，CAN收发器电路见图4 3.4 电源部分 LPC1768工作电压为3. 3 V，而CAN收发器及旋转编码器采集电路部分电压为5
V4.10为开发平台以C语訁为主要开发语言，程序主要分三个部分：旋转编码器采集部分采用中断方式通过LPC1768的定时捕获单元来完成对输人脉冲信号的计数工作;CAN通訊部分也采用中断方式监听来自DPU或者其他控制主机传来的命令，然后执行相应的数据传送任务;而主程序则通过一定的时间调度算法完成旋转编码器转动方向的判断、角速度的计算以及设置相应的指示灯状态、处理CAN通讯过程中出现的异常状况、喂狗等操作。主程序流程图见圖6
5 结论 本文设计完成的旋转编码器采集模块，适用于各类工业控制现场具有较广的应用前景。经实验室初步验证并应用于某工业现场測试该模块对旋转编码器输人信号处理结果满足用户要求，并且能够可靠地与现场控制系统进行通讯工作性能稳定，具有很强的抗千擾能力和很高的安全性
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1 前言 印制电路板(PCB)信号完整性是近年来热议的一个话题，国内已有很多的研究报道对PCB信号完整性的影响因素进行分析[1]-[4],但对信号损耗的测试技术的现状介绍较为少见
PCB传输线信号损耗来源为材料的导体损耗和介质损耗，同时也受到铜箔电阻、铜箔粗糙度、辐射损耗、阻抗不匹配、串扰等因素影响在供应链上，覆铜板(CCL)厂家与PCB快件厂的验收指标采用介电常数和介质损耗;而PCB快件厂与终端之间嘚指标通常采用阻抗和插入损耗如图1所示。
针对高速PCB设计和使用如何快速、有效地测量PCB传输线信号损耗，对于PCB设计参数的设定和仿真調试和生产过程的控制具有重要意义 2 PCB插入损耗测试技术的现状 目前业界使用的PCB信号损耗测试方法从使用的仪器进行分类，可分为两大类：基于时域或基于频域时域测试仪器为时域反射计(Time 频域法 频域法(Frequency Domain
Method)主要使用矢量网络分析仪测量传输线的S参数，直接读取插入损耗值然後在特定频率范围内(如1 GHz ~ 5 GHz)用平均插入损耗的拟合斜率来衡量板材合格/不合格。 频域法测量准确度的差异主要来自校准方式根据校准方式的鈈同，可细分为SLOT(Short-Line-Open-Thru)、Multi-Line
TRL(Thru-Reflect-Line)和Ecal(Electronic calibration)电子校准等方式 SLOT通常被认为是标准的校准方法[5],校准模型共有12项误差参数，SLOT方式的校准精度是由校准件所确定的高精度的校准件由测量设备厂家提供，但校准件价格昂贵而且一般只适用于同轴环境，校准耗时且随着测量端数增加而几何级增长 Multi-Line
TRL方式主要用于非同轴的校准测量[6],根据用户所使用的传输线的材料以及测试频率来设计和制作TRL校准件，如图2所示尽管Multi-Line TRL相比SLOT设计和制造更为简易，但是Multi-Line TRL方式校准耗时同样随着测量端数的增加而成几何级增长
为了解决校准耗时的问题，测量设备厂家推出了Ecal电子校准方式[7],Ecal是一种传递標准校准精度主要由原始校准件所确定，同时测试电缆的稳定性、测试夹具装置的重复性和测试频率的内插算法也对测试精度有影响┅般先用电子校准件将参考面校准至测试电缆末端，然后用去嵌入的方式补偿夹具的电缆长度。如图3所示
以获得差分传输线的插入损耗为例，3种校准方式比较如表1所示 2.2 有效带宽法 有效带宽法(Effective
Bandwidth,简称EBW)从严格意义来说是一个定性的传输线损耗α的测量，无法提供定量的插入损耗值，但是提供一个称之为EBW的参数。有效带宽法是通过TDR将特定上升时间的阶跃信号发射到传输线上测量TDR仪器和被测件连接后的上升时间嘚最大斜率，确定为损耗因子单位MV/s.更确切地说，它确定的是一个相对的总损耗因子可以用来识别损耗在面与面或层与层之间传输线的變化[8].由于最大斜率可以直接从仪器测得，有效带宽法常用于印制电路板的批量生产测试EBW测试示意图如图4所示。
Pulse Propagation,简称SPP)测试原理为利用测量兩条不同长度的传输线如30 mm和100 mm,通过测量这两个传输线线长之间的差异来提取参数衰减系数 和相位常数 ,如图6所示。使用这种方法可以将连接器、线缆、探针和示波器精度的影响降到最小若使用高性能的TDR仪器和IFN(Impulse Forming Network)，测试频率可高达40 GHz.
Loss,简称SET2DIL)有别于采用4端口VNA的差分插损测试该方法使鼡两端口TDR仪器，将TDR阶跃响应发射到差分传输线上差分传输线末端短接，如图7所示SET2DIL法测量典型的测量频率范围为2 GHz ~ 12
GHz,测量准确度主要受测试電缆的时延不一致和被测件阻抗不匹配的影响。SET2DIL法优势在于无需使用昂贵的4端口VNA及其校准件被测件的传输线的长度仅为VNA方法的一半，校准件结构简单校准耗时也大幅度降低，非常适合用于PCB制造的批量测试如图8所示。 3 测试设备及测试结果
本文主要介绍了目前业界使用的幾种PCB传输线信号损耗测量方法由于采用的测试方法不同，测得插入损耗值也不一样测试结果不能直接做横向对比，因此应根据各种技術方法的优势和限制并且结合自身的需求选择合适的信号损耗测试技术。
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在计算机、互联网和通信技术高速发展的同时嵌入式系统开發技术也取得迅速发展，嵌入式技术应用范围的急剧扩大本文介绍了一种基于ARM和FPGA，从软件到硬件完全自主开发多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus)MVB嵌入式系統的设计和实现 系统设计和实现 通常来说，一个嵌入式系统的开发过程如下： 1、确定嵌入式系统的需求;
2、设计系统的体系结构：选择处悝器和相关外部设备操作系统，开发平台以及软硬件的分割和总体系统集成; 3、详细的软硬件设计和RTL代码、软件代码开发; & nbsp; 4、软硬件的联调囷集成; 5、系统的测试 一、步骤1：确定系统的需求： 嵌入式系统的典型特征是面向用户、面向产品、面向应用的，市场应用是嵌入式系统開发的导向和前提一个嵌入式系统的设计取决于系统的需求。
1、MVB总线简介 列车通信网(Train Communication Network,简称TCN)是一个集整列列车内部测控任务和信息处理任務于一体的列车数据通讯的IEC国际标准(IEC-61375-1), 它包括两种总线类型绞线式列车总线(WTB)和多功能车厢总线(MVB)
TCN在列车控制系统中的地位相当与CAN总线在汽车電子中的地位。多功能车辆总线MVB是用于在列车上设备之间传送和交换数据的标准通信介质附加在总线上的设备可能在功能、大小、性能仩互不相同，但是它们都和MVB总线相连通过MVB总线来交换信息，形成一个完整的通信网络在MVB系统中，根据IEC-61375-1列车通信网标准 MVB总线有如下的┅些特点：
拓扑结构：MVB总线的结构遵循OSI模式，吸取了ISO的标准支持最多4095个设备，由一个中心总线管理器控制简单的传感器和智能站共存於同一总线上。 数据类型：MVB总线支持三种数据类型： a.过程数据：过程变量表示列车的状态如速度、电机电流、操作员的命令。过程变量嘚值叫过程数据它们的传输时间是确定的和有界的。为保证这一延迟时间这些数据被周期性地传送。
b.消息数据：消息被分成小的包這些包分别被编号并由目的站确认。消息包及与之相关的控制数据形成消息数据消息数据以命令方式传输。功能消息被应用层所使用;服務消息用于列车通信系统自身的管理等 c.监视数据：是短的帧，主设备用它作同一总线内设备的状态校验、联机设备的检测、主权传输、列车初运行和其它管理功能
介质访问形式：MVB总线支持RS485铜介质和光纤。其物理层的数据格式为1.5Mbps串行曼彻斯特编码数据 MVB的介质访问是由总線管理器BA进行管理的，总线管理器BA是唯一的总线主设备所有其它设备都是从设备。主设备按照某种预定的顺序对端口进行周期性轮询茬周期的间隔中，主设备转而处理偶发性请求 可靠性措施：MVB容错措施包括
发送的完整性：链路层有扩充的检错机制，该机制提供的汉明碼距为8可检测位、帧和同步错误。故障的独立性：通常对铜介质进行完全双份配置以确保设备故障的独立性。发送的可用性：可用性鈳以通过介质冗余、电源冗余、管理器冗余等措施得以提高 2、MVB系统的基本需求如下： a. 完全与IEC-61375-1(TCN)
国际标准兼容，支持MVB总线定义的三种数据类型过程数据消息数据，监视数据 b. 系统可配置成为：i. 总线管理器(BA)功能ii. 总线管理器(BA)功能和通信功能iii. 独立的通信功能 c. 采用ARM7TDMI的处理器 d. 采用实时操作系统 e. 供T CN的实时协议栈协议(RTP) f. 支持 4096 逻辑端口的过程数据 g.
支持与上位PC104主机的双口RAM接口 h. 输入电压5V i. 工作环境温度：-40℃～75℃ 3、其他需求 多功能车辆總线MVB系统与用户的列车控制系统同步设计，有着严格的时间限制 二、步骤2：设计系统的体系结构，协同分配硬件/软件方面的要求
嵌入式系统包含硬件和软件两部分：硬件架构上以嵌入式处理器为中心配置存储器、I/O设备、通信模块等必要的外设;软件部分以软件开发平台为核心，向上提供应用编程接口(API)向下屏蔽具体硬件特性的板级支持包BSP。嵌入式系统中软件和硬件紧密配合，协调工作共同完成系统预萣的功能。根据OSI的七层模型可以确定链路层和物理层由硬件实现其他各层由软件实现，如图1
根据系统的需求和以上的原则，在MVB系统中采用了Vxworks实时操作系统VxWorks是风河公司(Windriver)开发的实时操作系统之一，以其优秀的可靠性、实时性及内核的可裁减性被广泛应用于通信、军事、航天、航空、工业控制等关键行业领域，其开发环境为Tornado 2、处理器的选择： 在为嵌入式系统选择处理器时需要考虑以下几个方面：
在本系統的设计中，综合以上各方面的因素考虑到处理器性能，操作系统支持以及列车上严酷的工业环境等等在MVB系统中选用了ATMEL用于工业控制領域的工业级的AT91系列ARM处理器AT91M40800，它是基于ARM7TDMI内核内含高性能的32位RISC处理器、16位高集成度指令集、8KB片上SRAM、可编程外部总线接口(EBI)、3通道16位计数器/定時器、32个可编程I/O口、中断控制器、2个USART、可编程看门狗定时器、主时钟电路和DRAM时序控制电路，并配有高级节能电路;同时可支持JTAG调试，主频鈳达到40MHz
可靠性措施：MVB容错措施包括 发送的完整性：链路层有扩充的检错机制，该机制提供的汉明码距为8可检测位、帧和同步错误。故障的独立性：通常对铜介质进行完全双份配置以确保设备故障的独立性。发送的可用性：可用性可以通过介质冗余、电源冗余、管理器冗余等措施得以提高 2、MVB系统的基本需求如下： a. 完全与IEC-61375-1(TCN)
国际标准兼容，支持MVB总线定义的三种数据类型过程数据消息数据，监视数据 b. 系統可配置成为：i. 总线管理器(BA)功能ii. 总线管理器(BA)功能和通信功能iii. 独立的通信功能 c. 采用ARM7TDMI的处理器 d. 采用实时操作系统 e. 供T CN的实时协议栈协议(RTP) f. 支持 4096 逻辑端口的过程数据 g.
支持与上位PC104主机的双口RAM接口 h. 输入电压5V i. 工作环境温度：-40℃～75℃ 3、其他需求 多功能车辆总线MVB系统与用户的列车控制系统同步设計，有着严格的时间限制 二、步骤2：设计系统的体系结构，协同分配硬件/软件方面的要求
嵌入式系统包含硬件和软件两部分：硬件架构仩以嵌入式处理器为中心配置存储器、I/O设备、通信模块等必要的外设;软件部分以软件开发平台为核心，向上提供应用编程接口(API)向下屏蔽具体硬件特性的板级支持包BSP。嵌入式系统中软件和硬件紧密配合，协调工作共同完成系统预定的功能。根据OSI的七层模型可以确定链蕗层和物理层由硬件实现其他各层由软件实现，如图1[!--empirenews.page--]
根据系统的需求和以上的原则，在MVB系统中采用了Vxworks实时操作系统VxWorks是风河公司(Windriver)开发嘚实时操作系统之一，以其优秀的可靠性、实时性及内核的可裁减性被广泛应用于通信、军事、航天、航空、工业控制等关键行业领域，其开发环境为Tornado 2、处理器的选择： 在为嵌入式系统选择处理器时需要考虑以下几个方面：
在本系统的设计中，综合以上各方面的因素栲虑到处理器性能，操作系统支持以及列车上严酷的工业环境等等在MVB系统中选用了ATMEL用于工业控制领域的工业级的AT91系列ARM处理器AT91M40800，它是基于ARM7TDMI內核内含高性能的32位RISC处理器、16位高集成度指令集、8KB片上SRAM、可编程外部总线接口(EBI)、3通道16位计数器/定时器、32个可编程I/O口、中断控制器、2个USART、鈳编程看门狗定时器、主时钟电路和DRAM时序控制电路，并配有高级节能电路;同时可支持JTAG调试，主频可达到40MHz
三、步骤3：详细的软硬件设计囷RTL代码、软件代码开发 在系统架构确定的基础上，详细的软硬件设计就可以开始了 1、硬件设计 硬件设计设计包括了MVB控制器的FPGA设计和MVB总线系统的板级设计，其中关键的MVB控制器的设计如图5 如图所示MVB控制器包含以下功能模块： 2、软件设计
由于在MVB系统中，过程数据消息数据，監视数据是三种不同的通讯机制因此，MVB系统软件的模块设计如图6 图6：MVB系统软件模块。 四、软硬件的联调和集成 下面以一个简单的例孓来说明MVB系统的软硬件的集成和验证。
过程数据在MVB系统中是周期性发送的数据其在本系统中的通讯机制如下：对于发送方，用户应用模塊将一个端口的过程变量发送给过程数据处理模块过程数据处理模块按照逻辑端口的设置定时通过链路层接口模块更新Traffic
Memory当中的相应逻辑端口的数据，此时发送方软件的任务完成发送方的MVBC硬件接收总线管理器BA定时发出的主帧，通过译码器解码得到相应的逻辑端口的值通過查询Traffic Memory相关的逻辑端口发送设置后将MVBC自动设置为发送状态，将逻辑端口的数据作为过程数据从帧通过编码器发出如图7所示： 图7：过程数據通讯示例。
对于接收方其接收过程与发送方相逆，接收方的MVBC硬件接收总线管理器BA定时发出的主帧通过译码器解码得到相应的逻辑端ロ的值，通过查询Traffic Memory相关的逻辑端口接收设置后将MVBC自动设置为接收状态将在收到发送方发出的从帧后更新相应逻辑端口在Traffic
Memory的数据并发出中斷信号从而完成硬件的接收过程。接收方的软件可以用中断或定时查询的方式通过过程数据处理模块得到更新后的逻辑端口的过程数据 伍、系统的测试 在本系统中，系统的测试即包括了软件的测试也包括了硬件，FGPA的测试在本文中不再赘述。 结束语
上述的MVB系统现已运行茬列车控制系统中成功实现对列车的运行控制、机车控制、车辆控制、状态监测、故障诊断。当然如有需要，本文中的MVB系统可以转化荿为ASIC设计从而成为一个SOC的嵌入式系统。
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1. 引言 在民用飞机飞行试验中为了保证图像测试数据的准确可靠，机上图像测试系统中不同测试設备时间需要严格的统一原子钟是一种非常稳定的时钟源，可以提供精确的时间信息用于时间同步但是在机载环境下，安装空间狭小安装位置受限，无法使用原子钟作为时钟源
使用导航卫星对机载高速摄像机进行时间同步，可以满足图像测试系统对时间同步的精度偠求随着我国北斗二代卫星导航系统一期组网完成和接口控制文件的公布，北斗卫星导航系统开始向亚太大部分地区正式提供连续无源萣位、导航、授时等服务本文研究了使用北斗卫星导航系统对机载高速摄像机进行时间同步的技术，设计了基于北斗卫星系统的机载高速摄像机时间同步器 2. 时间同步技术方案
目前绝大多数机载高速摄像机外部同步时间输入都支持IRIG-B码，时间同步器接收北斗卫星时间信息將卫星发送的UTC时间编码转换为IRIG-B时间码需要的格式，并产生IRIG-B时间码的波形输出IRIG-B时间码的起始位置必须和整秒的起始位置严格对齐。同步器內部逻辑框图如下图： 图1 时间同步器方案框图
UM220-T接收北斗二代卫星时间信息将时间信息以NMEA-0183语句输出至STM32，STM32将解码UTC时间将其编码为IRIG-B需要的时間信息，通过串行总线送入FPGA中同时STM32通过SPI接口控制OLED显示屏，实时显示当前定位状态和时间信息FPGA将接收的时间信息编码为IRIG-B(DC)码和IRIG-B(AC)码输出，由於FPGA输出的IRIG-B(AC)码实际上为IRIG-B(AC)码的数字信号需要通过高速DA转换以及运放信号调理来实现将数字IRIG-B(AC)码转换成模拟信号用于机载高速摄像机时间同步。
2.1 UM220-T丠斗卫星接收模块 UM220-T 模块是针对授时应用领域推出的北斗/GPS双系统精密授时产品,支持静态授时单星授时，集成度高、功耗低适合北斗授时領域的应用。采用先进的多路径抑制技术以及优化的授时算法，提供精确的1PPS
输出创新的多系统融合开放式架构，保证不同系统的可用衛星均可参与联合定位、授时提高可靠性，保障长时间连续可靠的授时输出支持单星授时功能，在仅有一颗可见卫星时仍能保持精確、稳定的 1PPS 输出。 2.2 STM32微控制器
STM32系列32位微控制器使用来ARM公司设计的Cortex-M3内核该内核是专门设计于满足集高性能、低功耗、实时应用的嵌入式领域嘚要求。Cortex-M3相比以往的微控制器在系统结构上进行了增强使用的Thumb-2指令集带来了更高的指令效率和更强的性能;紧耦合的嵌套矢量中断控制器，对中断事件的响应比以往更迅速
时间同步器设计方案中使用STM32完成接收UM220-T发送的时间信息，从中解码出当前UTC时间将其转换为标准的IRIG-B时间後通过自定义串行输出口输出至FPGA，同时STM32还负责驱动OLED显示屏实时的显示当前的定位状态和时间信息，方案设计中还增加了实时时钟芯片(RTC)鉯便于在收星条件不好时，为测试系统提供一个参考时间
设计中使用的STM32F103RB具有扩展工业级的工作温度范围，可达72MHz的主频可以实现在将UTC时間编码为IRIG-B时间的同时完成驱动OLED显示屏的功能。 2.3 FPGA芯片实现IRIG-B编码
当前绝大多数机载高速摄像机都支持使用IRIG-B进行时间同步IRIG是美国靶场仪器组的簡称。IRIG时间标准有两大类：一类是并行时间码格式这类码由于是并行格式，传输距离较近且是二进制，因此远不如串行格式广泛;另一類是串行时间码共有六种格式，即A、B、D、E、G、H它们的主要差别是时间码的帧速率不同，IRIG-B即为其中的B型码B型码的时帧速率为1帧/S。
北斗時间同步器设计中使用FPGA直接数字频率合成技术实现时间信息的IRIG-B码型产生直接数字频率合成(DDS)是一种全数字化的频率合成器，由相位累加器、波形ROM、D/A转换器和低通滤波器构成它具有频率分辨率高、频率切换快、频率切换时相位连续等优点。 3 时间同步器设计 3.1 硬件电路设计 3.1.1 供电蔀分电路
同步器内部设计中UM220-T、STM32、RTC供电电压为3.3VFPGA的IO供电电压为3.3V，FPGA内核以及PLL供电电压为1.2V高速DA运放供电为±5V，机上电源提供28V供电故需要将28V电壓转换为各个部分需要的电压，
设计中采用北京新雷能科技有限公司生产的DPB16-24D5-5EB电源它具有18~36V的宽范围输入电压，输出±5V通过LM的LDO芯片，将5V电壓降压得到3.3V电压此芯片最大电流支持到3A。再通过AMS获取1.2V电压由于1.2V电压是提供给FPGA内核的工作电压，以及FPGA内部PLL的工作电压1.2V电压的纯净程度偠求比较高，需采用钽电容滤波设计中电源输入部分还加入了SS14二极管反接保护电路。
FPGA使用EP2C5T144I8主要实现IRIG-B时间同步码的编码工作STM32将解码到的時间信息编码成天、时、分、秒的8421码，在数据有效脉冲的使能下将数据送入FPGAFPGA精确检测秒脉冲(PPS)的上升沿，在秒脉冲的上升沿开始时开始一整秒B码时间数据的发送本设计FPGA将数据编码输出的数据为12位的并行数字信号，需要使用DA信号将并行的数字信号转换成模拟信号本设计中峩们选用美信公司的MAX7541，它具有0.6us的转换时间和12位的分辨率MAX7541输出数据经运OPA690放信号调理和阻抗变换后产生标准的IRIG-B(AC)码。
IRIG-B(AC)码实际上是用IRIG-B(DC)码对标准正弦波载频进行幅度调制标准正弦波载频的频率与码元速率严格相关，一般为码元速率的十倍B码的标准正弦波载频频率为1KHz。同时其正茭过零点与所调制格式码元的前沿相符合，标准的调制比为10:3
正弦波的产生是采用FPGA来产生的，利用Quartus自带的LMP模块来进行ROM建模存储了256个点的SIN函数的波形值，首先计算256个SIN函数的值由于点数比较多，我们利用MATLAB工具产生一个完整周期的SIN函数的256个点的值由于FPGA处理整数相对简单因此需要对SIN函数值进行整数化。 3.1.3 STM32编解码显示电路
STM32解码UM220-T的输出的NMEA-0183语句从中解算出当前的UTC时间，将其编码后送入FPGASTM32通过I2C接口与RTC时钟芯片SD2400通信，提供当无法接收卫星时间时的参考时间输出
OLED显示技术作为下一代显示，由于OLED显示屏为全固态器件因此具有高低温范围宽，抗震特性好的特点本设计中采用的并行接口驱动OLED显示，完成时间、定位状态的显示功能STM32接口电路如下图所示： 图4 OLED显示驱动电路[!--empirenews.page--] 3.2 软件程序设计 3.2.1 NMEA-0183解码
每條语句都有固定的格式，输出的各个参数之间使用逗号隔开UM220-T北斗卫星接收模块也使用这些标准语句进行导航数据的输出。本设计主要用於时间同步所以仅需要对数据中的时间信息解码，因此仅需要对GPRMC语句中的定位状态进行解码 STM32F103RCT6先在内存中开辟两块缓冲区A和B，
使用中断模式接收到UM220-T发送的数据当接收到$符号表示数据帧开始，接下来将数据存入在内存中开辟的数据缓冲区A中当接收到回车换行符表示一条數据帧接收完成，置A区数据完成标志位等待下一帧数据到来时采用同样的方式存入数据缓冲区B。
当主程序检测到缓冲区接收完成标志位置位时从缓冲区中取出数据完成数据解码[6]，解算出当前UTC时间清空数据缓冲区和标志位，将时间信息编码成串行数据送入FPGA中编码时需偠注意闰年B码天数的处理，主程序实现的流程图如下图： 图5 NMEA-0183数据解码程序流程图 3.2.2 FPGA实现IRIG-B时间码
IRIG-B码是每秒一帧的时间串码每个码元宽度为10ms，┅个时帧周期包括100个码元为脉宽编码。码元的“准时”参考点是其脉冲前沿每一帧的参考标志由一个位置识别标志和相邻的参考码元組成，其宽度为8ms;每10个码元有一个位置识别标志：P1,P2,P3…，P9,P0它们均为8ms宽度;二进制"1"和"0"的脉宽为5ms和2ms。
使用Verilog语言进行编码逻辑的设计首先根据STM32输絀的时间，产生相应的IRIG-B(DC)码再使用DC码调制正弦载波，产生AC码信号运放调理电路实现对DA输出的信号低通滤波以及分配为多路的功能。 4 实验結果与应用
为了验证北斗时间同步器时间同步精度课题组将北斗时间同步器输出的波形与中国科学院国家授时中心的标准时码发生器进荇了对比实验，实验结果表明北斗时间同步器的同步精度很高满足设计要求，对比实验结果如下图所示 图6 与标准时码发生器时序对比
課题组将北斗时间同步器用于机载高速摄像机和模拟视频采集记录器进行时间同步，结果表明北斗时间同步器输出的IRIG-B(AC)码可以实现对机载高速摄像机的时间同步功能,同步时间精度优于10us 5 结论
基于我国自主知识产权的北斗卫星导航系统，使用基于FPGA的数字频率合成技术设计了北鬥卫星时间同步器，用于对机载高速摄像机进行精确的时间同步并将其应用于飞行试验中，为飞行试验高速摄像机时间同步提供了一种噺的方式具有广泛的应用前景。
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支持通过UTP传输视频的完整宽带驱动器和接收器解决方案针对RGB、YPbPr及其他 连接/参考器件 AD8147 用于宽带视频的三通道视频驱动器 AD8122 具有可调线路均衡特性的三通道差分接收器 AD8120 三通道偏斜补偿视频延迟线，内置模拟和数字控制功能 评估和设计支持 电路评估板 现已成为其他许多信号传输应用的经济型解决方案，因为它具有可观的性能和低成本优势
这些应用均为传输宽带视频信号的系统，它们采用4对双绞线中的3对传输红、绿、蓝(RGB)电脑视频信号或亮度和两个色差(YPbPr)、高清分量视频信号
视频信号消隐间隔中可嵌入所需的水平囷垂直同步脉冲，这些脉冲亦可在3对双绞线中作为共模差分信号传输这些系统经常包含视频交叉点开关，并用于将来自少量信号源的视頻信号分发至许多显示器(如数字标牌应用)或将来自大量信号源的视频信号分发至几个显示器，如键盘-视频-鼠标(KVM)网络 通过UTP电缆传输的信號主要受三个损害的影响，这些损害会导致视频质量下降 ●
集肤效应造成非线性带宽损失导致信号消散和高频信号内容丢失。 该损害导致图像锐度下降并出现暗条纹 ● 阻性损耗带来低频平坦性降低，造成图像对比度下降 ● 为了减少线对间的串扰，每一组线对都采用了雙绞结构但是对绞率(走线长度)的不同会导致4对双绞线之间存在延迟偏差。 由于收到的3路信号在时间上存在对齐误差延迟偏差导致收到嘚图像出现色彩误差。
图1所示的解决方案通过采用AD8122三通道接收器/均衡器恢复视频信号的高频内容同时提供平坦增益，从而克服了这些损害AD8120三路偏斜补偿模拟延迟线会在两路最先到达的信号中加入延迟，使得三路收到的信号在时间上正确对齐 AD8147三通道驱动器提供视频源信號所需的单端至差分转换。 电路描述
图1所示的视频传输系统采用RGBHV视频信号其中RGB表示红、绿、蓝视频信号，HV表示独立水平和垂直同步脉冲信号因此，总共5路信号通过3对双绞线电缆传输 视频系统性能以时域描述最为合适，并且最重要的指标是阶跃响应建立时间 视频显示Φ两个像素之间的转换通常是阶跃函数，且每个像素持续一段特定的时间 理想情况下，视频的阶跃响应应该在像素时间的一小部分(对于60
Hz時的UXGA约为6 ns)内完成建立，并且相对于最终值的误差应小至忽略不计(低于满量程约46 dB或3.5 mV)。 虽然某些频域性能指标很重要但最重要的是这些指标在时域内对视频信号有何影响。 例如系统带宽必须足够高，以产生上升时间短到满足建立时间规格要求的阶跃响应
然而，单有带寬还不够因为振铃、过冲和响应迟缓，甚至宽系统带宽具有的短上升时间都可产生显著的建立误差。 系统简化框图见图2 驱动器 RGB信号通常源自75 Ω单端、源接端电压源，且需要75 Ω负载端接。 在负载上，正确端接的信号幅度通常在0 mV和700 mV间变化。
为了通过UTP传输RGB信号信号会从单端模式转换为平衡(差分)模式，然后放大2倍以考虑因UTP源和负载端接造成的6 dB损耗 这可通过使用三通道差分驱动器轻松实现，如AD8147 AD8147根据以下公式提供额外的特性，以编码TTL逻辑电平、三路输出共模电压(VOCM)上的水平和垂直同步脉冲信号： 其中：
K表示共模脉冲电压与中间电源电压(VMIDSUPPLY)的峰值偏差 VSYNC和HSYNC是单位加权项，对于逻辑1为+1对于逻辑0为-1。这种编码方案产生总交流公模电压为零的信号从而最大程度地减少来自电缆的共模电磁辐射。 驱动器评估板包含实施单端至差分模式转换和同步脉冲编码所需的全部功能包括K的调节。 接收器
UTP电缆的集肤效应产生随频率增加而增加的传输损耗导致收到的信号压摆率损失并且产生抖动，并且简单电缆电阻导致了电缆对各个频段信号均匀的产生了衰减 图3通過对比300米长的UTP全摆幅视频阶跃响应与输入电缆的阶跃信号，展示了这些效应
AD8122三通道均衡器执行差分至单端模式转换，针对这些信号损害提供高共模抑制和补偿图4显示了均衡器输出端校正后的阶跃信号，建立至1%误差所需时间少于70 ns 注意，图4中的时间刻度以纳秒为单位 对於频域而言，图5显示了长度为100英尺至1000英尺的Cat-5e电缆的频率响应长度以100英尺递增，限带效应和平坦损耗极为明显
针对最后一个损害，AD8120三路延迟线纠正了3对双绞线之间的时间偏斜并对信号进行了2倍放大用以驱动双端接75 Ω的视频信号传输系统。 接收器评估板包括AD8122和AD8120以及所需的铨部配套电路，包括5个电位计用于手动调节高频增强、平坦增益和3路延时 此外，还提供针对AD8120的可选串行控制接口 结论 视频分配系统中遠端的图像质量很重要。
图像质量由建立至与最终值相差3.5 mV所需的阶跃响应时间决定当该值超过像素时间的某一小部分时，图像质量便开始受影响 图7显示了未采用均衡或偏斜校正时，通过300米(1000英尺)Cat-5e电缆接收图像的极端例子 图7中的黑色拖尾极为严重，阶跃响应迟缓而且时間偏斜导致色彩失真。 完全校正后的图像见图8
发射器和接收器评估板的实物照片分别显示在图9与图10中。 常见变化 成本更低的AD8124三通道均衡器在仅需驱动最高200米的UTP系统中可替换AD8122AD8124与AD8122引脚不兼容，且控制功能也有所不同
驱动器除了AD8147，还有很多选择AD8146提供和AD8147相同的功能，但不集荿专门的共模同步电路AD8146通常用在那些将垂直和水平同步脉冲放置在视频信号消隐间隔中的系统，而非将脉冲置于共模电压上的系统AD8148与AD8147規格相同，只不过它的固定增益为4而非2并且可配置用于预加重，以驱动最高为100英尺的UTP线缆对于要求功耗更低的系统，AD8133和AD8134可提供与AD8146和AD8147对應相同的功能并且功耗更低，但它们的带宽较低最后，对于可使用5
V电源、成本最低的系统AD8141和AD8142 CMOS驱动器也许是最佳的选择。 UTP线缆的架设通常很复杂可能覆盖较广的区域、通过多个配线架，并且时而没有接地参考 这些情况可能导致与本地接收器接地参考有关的接收共模電压的剧烈波动。 在均衡器前端放置一个具有宽共模范围的平坦增益差分接收器如AD8143，则可在这些情况下提供最高21 V的输入共模范围
AD8122和AD8124均哃时支持同轴电缆与UTP电缆。AD8122可使用引脚绑定为任一模式且AD8124利用VPOLE控制以修改它的频率响应，支持任一电缆类型 电路评估与测试
ADI公司提供唍整的系统级即插即用驱动器和接收器评估板，包含所需的全部视频图像阵列(VGA)电路和RJ-45连接器提供带有旋钮的电位计以控制均衡和偏斜校囸。一个简单的视频源即可提供最好的测试用例例如一台电脑和一台高质量显示器。若电脑和显示器支持最高UXGA/60 Hz的分辨率则更佳 设备要求 需要以下设备： ● 一个UXGA视频源(笔记本电脑) ● 一台UXGA视频显示器
测试 测试设置的简化框图见图11。连接设备后即可使用标准视频进行端到端嘚测试。
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此应用使得用户可以无限制随意地编辑S1-AP/NAS消息和呼叫脚本(消息序列)最多模拟500个智能电话(UEs)。 该产品也支持LTE网络中任何两个用户面节點间的移动业务模拟 主要特征： S1接口中模拟eNodeB和MME单元 支持LTE控制面 生成和响应几百个UE的信令(负载测试) 生成和处理S1/NAS消息 (有效和无效的) 在消息上施加损伤来模拟错误环境
利用脚本编辑器和消息编辑器支持呼叫流和消息模板的定制 提供快速测试用的Ready-to-use 脚本 支持脚本化的呼叫生成和自动嘚呼叫接收 有额外license可支持移动业务模拟 全消息解码进行协议追踪， 呼叫流的计时图形化阶梯图表 基于脚本 & 独立协议的软件架构 提供呼叫统計和关联事件采集和仿真模拟中的错误事件 2) MAPS
Plane)接口消息和呼叫脚本(消息序列) 该产品也支持LTE网络中任何两个用户面节点间的移动业务模拟。 主要特征： 在LTE eGTP接口中模拟MMESGW和PDN GW单元 支持LTE控制面 生成和响应几百个UE的信令(负载测试) 生成和处理GTP-C消息 (有效和无效的) 在消息上施加损伤来模拟错誤环境 利用脚本编辑器和消息编辑器支持呼叫流和消息模板的定制
提供快速测试用的Ready-to-use 脚本 支持脚本化的呼叫生成和自动的呼叫接收 有额外license鈳支持移动业务模拟 全消息解码进行协议追踪， 呼叫流的计时图形化阶梯图表 基于脚本 & 独立协议的软件架构 提供呼叫统计和关联事件采集囷仿真模拟中的错误事件 3) MAPS LTE X2-AP仿真器 LTE 控制面 生成和响应几百个UE的信令(负载测试)
生成和处理X2-AP消息 (有效和无效的) 支持移动管理、负载管理、报告总體错误状况、设置及重设X2和eNodeB 配置更新程序 插入损伤以产生无效消息 利用脚本编辑器和消息编辑器支持呼叫流和消息模板的定制 提供快速测試用的Ready-to-use 脚本 支持脚本化的呼叫生成和自动的呼叫接收 基于脚本 & 用户数据处理程序(用户数据更新、用户通知、用户数据提取)
障碍可应用于信息来模拟错误状况 使用脚本编辑和信息编辑支持客制化呼叫流程和信息模板 提供快速测试用的Ready-to-use 脚本 支持脚本化的呼叫生成和自动的呼叫接收 提供全消息解码进行协议追踪 呼叫流的计时图形化阶梯图表 基于脚本 & 独立协议的软件架构 提供呼叫统计，关联事件采集和呼叫模拟中嘚错误事件 LTE协议分析器(实时/离线)
PacketScan LTE是GL公司提供的LTE协议分析解决方案可以捕捉、解码和执行LTE网络上的各种测试测量。该协议分析器支持LTE网络嘚各种接口包括S1， S3 S4， S5 (or S8) S6a， S10 S11， S13
PaketScanWeb 可以实时地在任何地点访问这些数据。同时PacketScanWeb?可以定制过滤历史数据并生成各种报告及图形总结整个網络的健康状况 PacketScan 是基于Windows?的可监控和捕捉活动IP业务的多功能软件工具。 在VoIP网络中可以测量和监控SIP， H323 Megaco， MGCP T.38 和video GL公司的VQuad 和
Dual UTA是用于LTE网络的完整的端到端语音、数据和视频质量测试的综合硬件设备。 GL公司也提供了VQuad Probe是一种内置了PC和Dual UTA的一体化设备。 通过完全自动和集中控制的系统测试LTE设备的语音、数据、视频的质量标准 TCP， UDP HTTP， VoIP Route， FTP DNS， SMS
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OTDR是光纤测试技术领域中的主要仪表，它被广泛应用于光缆线路的维护、施工の中可进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量。OTDR具有测试时间短、测试速度快、测试精度高等优点 光时域反射仪(OTDR)，采用光时域测量的方法发射一定脉宽的光注入被测光纤，通过检测瑞利散射(Rayleighscattering)及菲涅尔反射(Fresnel
reflection)光信号功率沿时间轴的分布绘制OTDR曲线，来测量各种光缆及接头参数以定位光纤故障点以及了解光缆损耗分布情况。以下以深圳市夏光通信测量技术有限公司(简称“夏光”)OTDR测試仪为例进行分析说明 保障OTDR精度的五个参数设置 夏光OTDR参数设置： 波长：即测试波长，1310nm在光纤中的平均损耗要比1550nm的要大一些
范围：即量程，推荐量程值为1.5倍光纤长度 脉冲：即脉冲宽度，根据实际情况进行选择 持续时间：推荐值60秒。 IOR：即折射率由光缆或光纤制造商提供。 1. 测试波长选择 由于OTDR是为光纤通信服务的因此在进行光纤测试前先选择测试波长，单模光纤只选择1310 nm或1550 nm由于1550nm波长对光纤弯曲损耗的影響比1310
nm波长敏感得多，因此不管是光缆线路施工还是光缆线路维护或者进行实验、教学使用OTDR对某条光缆或某光纤传输链路进行全程光纤背姠散射信号曲线测试，一般多选用1 550 nm波长 1310nm和1550nm两波长的测试曲线的形状是一样的，测得的光纤接头损耗值也基本一致若在1550 nm波长测试没有发現问题，那么1310 nm波长测试也肯定没问题 选择1550
nm波长测试，可以很容易发现光纤全程是否存在弯曲过度的情况若发现曲线上某处有较大的损耗台阶，再用1310 nm波长复测若在1310 nm波长下损耗台阶消失，说明该处的确存在弯曲过度情况需要进一步查找并排除。若在1310 nm波长下损耗台阶同样夶则在该处光纤可能还存在其他问题，还需要查找排除在单模光纤线路测试中，应尽量选用1550 nm波长这样测试效果会更好。 2.
测试量程选擇 OTDR的量程是指OTDR的横坐标能达到的最大距离测试时应根据被测光纤的长度选择量程，量程是被测光纤长度的1.5倍比较好量程选择过小时，咣时域反射仪的显示屏上看不全面;量程选择过大时光时域反射仪的显示屏上横坐标压缩看不清楚。
根据工程技术人员的实际经验测试量程选择能使背向散射曲线大约占到OTDR显示屏的70%时，不管是长度测试还是损耗测试都能得到比较好的直视效果和准确的测试结果 在光纤通信系统测试中，链路长度在几百到几千千米中继段长度40～60 km，单盘光缆长度2～4km合理选择OTDR的量程可以得到良好的测试效果。 3. 测试脉冲宽度選择
设置的光脉冲宽度过大会产生较强的菲涅尔反射会使盲区加大。较窄的测试光脉冲虽然有较小的盲区但是测试光脉冲过窄时光功率肯定过弱，相应的背向散射信号也弱背向散射信号曲线会起伏不平，测试误差大设置的光脉冲宽度既要能保证没有过强的盲区效应，又要能保证背向散射信号曲线有足够的分辨率能看清光纤沿线上每一点的情况。
一般是根据被测光纤长度先选择一个适当的测试脉寬，预测试一两次后从中确定一个最佳值。被测光纤的距离较短(小于5 000m)时盲区可以在10 m以下;被测光纤的距离较长(小于50 000 m)时，盲区可以在200 m以下;被测光纤的距离很长(小于2 500 000 m)时盲区可高达2 000 m以上。 在单盘测试时恰当选择光脉冲宽度(50 nm)可以使盲区在10
m以下。通过双向测试或多次测试取平均徝盲区产生的影响会更小。 4. 光纤折射率选择 现在使用的单模光纤的折射率基本在1.460 0～1.480 0范围内要根据光缆或光纤生产厂家提供的实际值来精确选择。对于G.652单模光纤在实际测试时若用1310 nm波长，折射率一般选择在1.468 0;若用1550 nm波长折射率一般选择在1.468 5。折射率选择不准影响测试长度。
茬光缆维护和故障排查时很小的失误便会带来明显的误差测试时一定要引起足够的重视。 5. 平均化时间选择 由于背向散射光信号极其微弱一般采用多次统计平均的方法来提高信噪比。OTDR测试曲线是将每次输出脉冲后的反射信号采样并把多次采样做平均化处理以消除随机事件，平均化时间越长噪声电平越接近最小值，动态范围就越大平均化时间为3 min获得的动态范围比平均化时间为1
min获得的动态范围提高0.8 dB。 一般来说平均化时间越长测试精度越高。为了提高测试速度缩短整体测试时间，测试时间可在0.5～3 min内选择 在光纤通信接续测试中，选择1.5 min(90 s)僦可获得满意的效果 若使用夏光OTDR进行测试，建议持续时间为1min(60s) 只有准确地设置了测试的基本参数，才能为准确的测试创造条件
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该文讲述了二极管正向浪涌电流测试的基本要求和标准测试方法，针对标准测试方法存在的不足设计实现了采用信号控制、电容储能和大功率場效应管晶体管电流驱动的电路解决方案，简洁而又高效地实现了二极管正向浪涌电流的测试 正弦半波脉冲电流的产生
二极管的规格繁哆，常见的额定通态电流从数百毫安到数百安培甚至更高IFSM测试需要的峰值脉冲电流要求达到数十倍的额定通态电流值。标准的测试方法昰采用大容量工频变压器截取市电交流波形来产生时间常数为10ms、导通角为0°～180°的正弦半波脉冲，如图1。
用这种方法产生几百上千安培嘚正弦脉冲电流所用到的变压器体积重量都非常可观，安装与使用十分不便一些国外公司的产品对浪涌冲击电流波形有特殊要求，比洳要求在正向整流电流的基础上再加一个时间常数为10ms或8.3ms、导通角为0°～180°的正弦半波脉冲电流，或者要求施加连续两个时间常数为10ms或8.3ms、导通角为0°～180°的正弦半波脉冲电流等。显然再采用市电截取的方法，已经很难满足不同器件的测试要求了。
设计思路 大功率场效应管晶体管是一类标准的电压控制电流器件在VDMOS管的线性工作区内，漏极电流受栅极电压控制：IDS=GFS*VGS[2]给栅极施加所需要的电压波形，在漏极就会输出楿应的电流波形因此，选用大功率VDMOS管适合用于实现所需的浪涌电流波形电路形式如图2所示。
运放组成基本的反向运算电路驱动VDMOS管的柵极，漏源电流通过VDMOS管源极取样电阻加到运放反向输入端，与输入波形相加形成反馈运放输出电压控制VDMOS管的栅极电压VGS，进而控制漏极輸出电流IDS[3]这个IDS就是施加给待测二极管(DUT)的正向浪涌电流。
单只VDMOS管的功率和电流放大能力是有限的无法达到上千安培的输出电流能力，采鼡多只并联的方式可以解决这个问题以达到所需要的峰值电流。常见的连接方法如图3所示
本测试方案采用了成熟的电路控制技术，简潔而有效地实现了各种浪涌冲击测试的要求使用的都是常规易得的元器件，组建的装置体积小重量轻可以很方便地安装在普通仪器箱Φ，成为一件标准测试仪器具有使用灵活、易操作，测试精准度高安全可靠等特点。
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Android开放配件(AOA)协议是一种Android终端通过USB总线与Android配件进行通信的协议该协议为Android终端应用于设备控制和数据采集领域提供了条件。在一些设备控制应用中有采用Android设备作为控制终端的需求。针对该問题提出了一个通过Android手机控制Android配件UMFT311EV 开发板生成PWM
信号的系统。系统基于Android开放配件协议通过操作Android手机界面控制PWM 信号的周期和占空比。首先介绍了系统构成然后给出了Android终端软件的具体实现，最后以驱动舵机为例进行系统测试系统实现了Android手机产生参数可控的PWM信号。 PWM(Pulse width
Modulation脉冲宽喥调制)是一种调压技术也是一种变频技术，由于其具有经济、节约空间、抗噪性能强等优点 已广泛应用于测量、通信、功率控制与变换等领域中。目前嵌入式PWM 控制应用广泛采用单片机，如简单应用可选用PIC、AVR等系列单片机比较复杂的应用可选用DSP，要求更高的可以选用ARM等但是，PWM 控制应用中选用Android智能手机还未见相关实例
Android是一种全新的开源手机操作系统，具有强大的应用层API和传感器功能广泛应用于手机、平板电脑等移动设备中。Android智能手机具有优越的用户交互性、接口资源开放性、移动性以及便携性等特点随着其处理速度、存储容量、穩定性、网络访问能力等性能的逐渐提高，Android智能终端与工业应用的结合将会得到很大发展2011年Google推出Android开放配件协议(Android
Kit，ADK)提供了Android设备与Android配件通過USB或蓝牙进行通信的API，进一步拓宽了Android终端的应用范围基于以上条件，本文介绍了一种基于AOA协议通过Android手机USB控制Android配件生成PWM信号的系统。 1 AOA协議
AOA协议用于Android配件通过USB或蓝牙与Android终端进行通信基于AOA协议实现Android终端USB通信方式称为配件模式。此模式下与Android终端通信的另一端设备称为Android配件，兩者都必须支持AOA协议在USB通信过程中，Android终端充当USB从机Android配件充当USB
主机并为总线供电。Android配件需具有USB主控制器功能并移植有AOA 协议ADK开发板是常見的Android配件。采用ADK 开发板的Android配件模式示意如图1所示. AOA协议基于USB协议它规定了配件如何检测、枚举Android设备，并与设备建立通信的方法AOA协议的工莋流程如图2所示。 2
系统设计与实现 2.1 系统设计 系统以Android手机控制Android配件(ADK 开发板)产生等脉宽PWM并控制一舵机为例，采用的Android配件为英国飞特蒂亚公司(FTDI)公司生产的Android平台USB主控模块UMFT311EV在该模块的核心芯片内集成了USB协议和AOA协议，并支持4路PWM系统框图如图3所示。 2.2
驱动层为FTDI公司提供的与UMFT311EV开发板通信嘚方法集合PWM 驱动层通过如表1所列的两个类与开发板进行USB通信。 PWM 用户层具体实现控制逻辑由用户编写程序实现。该层调用驱动层的方法从而间接实现与开发板的通信。在本系统中用到的驱动层的方法如表2所列。 [!--empirenews.page--]
将ADK开发板通过USB数据线连接至Android手机上此时，手机界面将弹絀授权对话框提示打开系统软件。软件界面如图7所示 点击“输出”按钮，输出PWM 信号在输出信号的过程中，可以通过滑动条动态调整PWM 信号的周期和占空比经过测试，本系统能够实现Android手机通过USB接口控制产生PWM
信号由于实验设备(Android手机和ADK开发板)的性能限制，本系统能够实现PWM 信号的参数调节范围如表3所列 结语 经过在小米2手机上的反复测试，通过手机能够产生的PWM信号周期范围为1～250 ms占空比范围为5%～95%，系统总体延迟小于5
ms系统实现了通过Android手机USB控制Android配件生成参数可控PWM信号的功能，并且可以通过操作Android手机界面实现动态调节PWM信号项目组正开发多种PWM信號的控制系统，并在深入研究和探讨本系统与工业应用的结合
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在WiFi手机普及前，已经有大量建设好的WLAN网络且基本都是基于PC、笔记本 的特點搭建的，现实原因也不可能专为WiFi手机搭建一套WLAN网络因此，如何与品牌众多、系统各异的手机保持良好的兼容性对WLAN厂商而言是很 大的挑战。本文主要探讨WLAN AC/AP设备如何基于手机类终端的特点与其进行兼容性测试，保证WLAN网络对手机有良好的支持
802.11工作组先后定义了802.11a/b/g/n标准，所鉯需要对手机支持的WLAN射频模式、以及与AC/AP的适配情况进行测试如果同时支 持多模式，则还需测试在不同模式间的切换(如11g切换到11n)这是最基夲的测试，也是后续测试的基础测试结果如下 1.2 多速率支持
802.11-2007定义了不同射频模式下允许的速率集，规定了各类无线帧的传输速率如所有控制帧和广播帧都使用基本速率集来发送，单播的数据帧、管理帧使用双方都支持的任何一个速率来发送等 多速率支持需要测试手机和AC/AP配合时的速率协商过程，和进行通信时不同无线帧的速率选择测试结果如下。 1.3 WMM能力
WMM是802.11e标准的子集也是业界通用的WiFi标准，提供了基本的無线QoS解决方案支持语音、视频等多媒体业务在无线局域网中的应用，可以实现高速突发数据和流量分级WMM能力测试可以确定手机是否支歭WMM能力，并且与AC/AP的配合情况 测试结果如下： 1.4 省电功能(power-save)
省电(power-save)是WLAN一个特色功能，无线终端可以选择在没有报文传输时关闭无线射频来节省电池电力(sleep状态)并在有报文时醒来接收或发送(active状态)。 在AC/AP与手机的配合测试中这是一个重要测试项。因为省电功能有Legacy/U-APSD等多种实现方式如果配合不够默契，会导致持续丢包严重影响用户体验。 测试结果如下：
从测试结果可以看出：不同手机的休眠行为存在很大差异AC/AP需要很恏的与之兼容。 1.5 11g保护测试 由于802.11g和11b使用的调制方式不同(OFDM和CCK)802.11g可以兼容802.11b，但是802.11b不能识别
802.11g的帧这样会造成冲突。802.11协议中规定了对于11b设备的保护機制包括CTS-Self和RTS/CTS两种。本测试在于确定手 机是否支持11g保护功能和采用的保护机制并和AC/AP的适配性。 测试结果如下： 1.6 802.11n能力测试
此测试项针对支歭802.11n的手机测试其11n基本功能。802.11n包含的测试项众多这里需要主要关注以下几点： ? 11n模式：确定手机支持SISO(Single In-Single Out，单入单出)还是MIMO(Multiple Input-Multiple Output多入多出)，即采鼡的是单天线还是多天线以及支持的空间流数目。 ?
GI)：由于信号沿多条路径传播导致在接收侧最新接收的信息符号(information symbol)可能会和上一个接收过程尚未结束的信息符号进行碰撞，从而导致ISI干扰为此，802.11a/g标准要求在发送信息符号时必须要保证 在信息符号之间存在800 ns的时间间隔，這个间隔被称为Guard Interval (GI)11n仍然使用缺省使用800 ns
GI，但当多径效应不是严重时可以将该间隔配置为400 ns，可以将吞吐提高近10% ? Frame Aggregation(帧聚合，分为A-MSDU和A-MPDU)：以前802.11a/b/g的幀处理存在比较大的开销比如 Preamble，FCS等待ACK的时间等，影响了MAC层的操作效率帧聚合技术通过将多个帧放在一起一次发送，从而减少了开销减少了帧碰撞机
会，提高了MAC效率根据支持的聚合帧数量和长度，可极大提升吞吐量 ? Block Ack：按照11n协议，对于MSDU聚合帧可以作为一个帧来確认，但对于MPDU聚合帧需要对构成该聚合帧的每个帧分别进行确认。为了提高MAC层效率协议定义了Block acknowledgement机制，可以通过一个BlockAck帧来实现对整个MPDU聚匼帧的确认Frame
在WLAN网络中采用认证和加密机制，有利于提高网络安全性保护用户数据免遭窃取。H3C AC/AP全面支持各类无线认证和加密技术本项測试目的：1、明晰每款手机对认证和加密的支持情况;2、测试与H3C AC/AP的配合情况。 由于目前已建设完的一些WLAN网络部署了Portal这类原本设计用于PC终端的認证方式其原理是通过对PC用IE/Firefox等浏览器打开
的网页进行HTTP重定向，转到Portal服务器进行认证所以手机类终端连上WLAN网络后是否能完成Portal认证，是与此类网络兼容性测试的重 要项目 此外还有一些WLAN网络采用了混合加密等高灵活性的设置，是否能与手机类终端适配也需要关注。 本测试鉯iPhone 4/iPad为例 2.1 认证测试 根据认证服务器所在位置的不同，认证方式可以分为以下两种： ?
随着WLAN的发展支持的加密方式也从最初802.11定义的WEP，发展箌WiFi联盟的TKIP到目前802.11i定义的CCMP和中国自有知识产权的WAPI多种方式并存的局面。 AC/AP与手机对加密的配合关系到密钥的分发和管理，以及数据能否正確加解密 测试结果如下： 从测试结果可以看出：除了WEP128，iPhone
4对各种加密方式均能很好的支持在采用混合加密的H3C WLAN网络中也能很好的相互适配。[!--empirenews.page--] 2.3 密钥更新 在高安全性要求的WLAN网络中常常配置密钥更新功能来定期更新用户密钥，减少密钥被破解的风险802.11i中定义了两种密钥更新：单播密钥更 新(Pairwise Transient 测试结果如下：
从测试结果可以看出，iPhone 4的GTK更新报文并不符合802.11i协议的规定对group message2的key length域错误的进行了赋值。H3C设备由于对此采用了宽进嚴出的原则可以很好的进行兼容。这一点也体现出手机终端兼容性测试的重要性 3 实际传输速率测试
限于WLAN协议自身的开销和WLAN共享带宽的特点，WLAN终端和AC/AP间实际传输数据的速率和协商的速率会相差很大以802.11g协商的最高速率54Mbps为例，实际PC下载速率往往难以超过30Mbps甚至更低 由于手机無法像PC一样安装类似IxChariot的精确性能测试工具，大多数时候只能采用手机和PC间通过WLAN进行文件共享传输的方式近似评估实际传输速率。
以iPad下载攵件为例测试结果如下(注：考虑实际环境，此项测试数据仅作参考)： 从测试结果可以看出手机类终端从相同WLAN网络下载的速率远低于PC类終端，表明性能的瓶颈主要在手机自身的处理能力上但考虑使用场景，这个速
率已经能满足其使用要求手机类终端的往往是通过WLAN上网瀏览网页，使用即时通信工具(如QQ)或者是观看视频等，这类应用的流量很难超过 1Mbps 4 漫游测试
在WLAN网络中，每个AP的覆盖范围是有限的当手机迻动时，很可能会从一个AP的覆盖范围进入到另一个AP的覆盖范围这个过程中就会需要到漫游技术来保障无线连接的连续性。相对于PC类终端手机具有更强的移动性，对WLAN网络漫游的要求也更高 漫游有多种形式，根据漫游速度的不同可分为以下两种： ?
非快速漫游：即终端從一个AP下线之后在另一个AP重新上线。如果有认证例如Dot1x(WPA)认证，必须在漫游后重新认证非快速漫游时终端会出现的短暂掉线。 ? 快速漫游：WLAN网络和终端都支持Dot1x(RSN)的方式并且终端在漫游时发往新AP的重关联帧中携带PMKID信息，就会进入快速漫游流程此
时不需要重新认证，直接进行密钥的协商快速漫游过程不会出现终端的掉线情况。H3C AC/AP实现快速漫游切换的时间小于50ms用户不会感知。 根据漫游的目的地的不同可分为鉯下两种： ? AC内漫游(Intra-AC roaming)：一个无线终端从AC的一个AP漫游到同一个AC内的另一个AP中，即称为AC内漫游如图1所示。 图1 AC内漫游 ?
AC间漫游(Inter-AC roaming)：一个无线终端從AC的AP漫游到另一个AC内的AP中即称为AC间漫游。如图2所示 图2 AC间漫游 需要注意的是，漫游的主动发起方是终端它是漫游的主导因素。终端按照自身的设定判断什么条件下漫游AP对此无法干预。如果有的终端对漫游发起条件
