CN112666446A - 一种电流环路发送器测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电流环路发送器测试系统及方法，该测试系统使用PC机作为主控部件，通过UART端口发送控制字，使8位微控制器控制激励施加并组建电流环路发生器的电参数测试电路；通过USB端口控制可编程电源和万用表，实时采集测量值，并在PC机上实现测量结果的比较，计算，保存和打印过程。实现了对电流环路发送器电路的全自动测试。该测试系统在实现测试自动化的同时，还充分考虑了电路的实际使用情况，通过数模转换器作为连续的输入电流源，为电流环路发送器提供连续可变的激励电流，实现了对实际使用情况的全覆盖；选择6 1/2精度的万用表，实现了电压和电流量的精准测量。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路测试技术领域，尤其涉及一种电流环路发送器电路测试装置以及电参数测试方法。
背景技术
在工业现场进行长线传输时，为了避免传输线的干扰及分布电阻的影响，使用4～20mA的电流信号用于表征系统工作的不同信息。电流环路发送器，是一种将输入电信号转换成4～20mA电流的集成电路产品，其电压以及电流精度是影响其工作性能的关键因素，因此有必要在实际使用之前对其电压电流性能进行全面的测试和评估。目前，对电流环路发送器的没有固定的实现架构，且在测试过程中仅关注所使用的几个电流值，对于电路的性能不能进行全面的评估，有可能出现在使用环境发生改变时，电路功能失效的情况。
发明内容
基于电流环路发送器对性能要求高的特点，提供一种电流环路发送器测试系统，完成电路功能及电性能的全面评估。
本发明采用如下技术方案：一种电流环路发送器测试系统，包括顺序连接的PC机、驱动控制单元、继电器单元、万用表，以及与PC机、驱动控制单元连接的可编程直流电源；
所述PC机，用于控制测量参数，从万用表读取包含打印测试结果；
所述驱动控制单元，用于控制继电器单元以完成测试负载电路搭建，施加激励信号给继电器单元，并与PC机进行通讯；
所述继电器单元，与电流环路发送器连接，用于根据驱动控制单元的激励信号动作；
所述可编程直流电源，用于为PC机、驱动控制单元、继电器单元提供电源。
所述驱动控制单元包括微控制器、继电器驱动电路、数模转换器和基准源；所述微控制器与继电器控制电路、数模转换器连接；基准源与数模转换器连接；
所述微控制器，用于发送电源控制指令至直流稳压电源以控制工作电压，并根据PC机发来的控制参数驱动继电器驱动电路动作；
所述继电器驱动电路，用于根据控制参数控制相应的继电器动作；
所述数模转换器，用于将PC机发来的数字码以基准源为参考进行数字量到模拟电压的转换，得到模拟信号通过继电器单元发送至被测电路。
使用PC机的1个UART接口，与微控制器连接，用于控制信号的通讯；2个USB接口分别连接1个2路的可编程直流电源和1块万用表，对被测电路施加不同电压条件并进行包含电压电流的电参数测量。
继电器单元包括4个继电器，控制端分别与继电器驱动电路连接；
第一继电器的第1引出端、第10引出端分别与电流环路发送器的基准源端VREF、稳压输出端VREG连接，第一继电器的第5引出端与万用表的电压正极相连；
第二继电器的第5引出端通过限流电阻与数模转换器的输出相连，与万用表的电流正极直接相连，第10引出端与万用表的公共端相连，第1引出端与电流环路发送器的电流输入端IIN连接；
第三继电器的第10引出端与万用表的公共端相连，第1引出端悬空，第5引出端与电流环路发送器的参考端IRET连接；
第四继电器的第5引出端与万用表的电流正极相连，第1引出端与电流环路发送器的电阻端RO连接，第10引出端与万用表的公共端相连。
所述可编程直流电源的输入端负极通过电阻R1与万用表的电流正极连接，输入端正极与电流环路发生器的电源端V+连接。
所述电流环路发送器的基极驱动端B与三极管基极连接，三极管的集电极与电源端V+连接，发射极与所述电流环路发生器的发射驱动端E连接。
所述继电器为单刀双掷的继电器。
一种电流环路发送器测试方法，对电流环路发生器输出电流IO测试，包括以下步骤：
PC机通过USB发送电源控制指令，设置被测电路的工作电压为24V；
PC机通过UART接口发送*401#到微控制器，微控制器控制继电器驱动电路打开第4继电器，使万用表电流正端串接到输出回路；
PC机通过UART接口发送*5C00#～*5FFF#到微控制器，微控制器控制数模转换器输出0.0025mA～0.25mA的电流；
PC机通过USB发送万用表控制指令，回读测量结果，并进行判断和结果保存及打印；
PC机通过UART接口发送*400#到微控制器，断开万用表电流正端，并恢复电流输出回路。
对电流环路发生器进行电流增益S测试，包括以下步骤：
PC机通过USB发送电源控制指令，设置被测电路的工作电压为24V；
PC机通过UART接口发送*301#到微控制器，微控制器控制继电器驱动电路打开第二继电器，使万用表电流正端串接到输入回路；
PC机通过UART接口发送*5C00#～*5FFF#到微控制器，微控制器控制数模转换器输出电流作为电流环路发生器的输入电流IIN；PC机通过USB发送万用表控制指令，回读测量结果，根据S＝IO/IIN得到不同输入电流条件下的电流增益S，IO为电流环路发生器输出电流；
对输入电流IIN保存，并对电流增益S进行判断和结果的保存及打印；
PC机通过UART接口发送*300#到微控制器，断开万用表电流正端，并恢复电流输出回路。
对电流环路发生器的基准电压VREF和稳压器输出电压VREG测试，包括以下步骤：
基准电压VREF测试：
PC机通过USB发送电源控制指令，设置被测电路的工作电压为7.5V；
PC机通过UART接口发送*201#到微控制器，微控制器控制继电器驱动电路打开第三继电器，使万用表电压正端连接到被测电路的VREF端；PC机通过USB发送万用表控制指令，回读测量结果，并进行判断和结果保存及打印。
基准电压VREG测试：
PC机通过USB发送电源控制指令，设置被测电路的工作电压为7.5V；
发送*101#到微控制器，微控制器控制继电器驱动电路打开第一继电器，使被测器件的第8引出端连接到万用表电压正端；
PC机通过USB发送万用表控制指令，回读测量结果，并进行判断和结果保存及打印；
PC机通过UART接口发送*200#到微控制器，断开万用表电流正端，并恢复电流输出回路。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明能够实现2线电流环路发送器电路的电参数自动测试，避免了手动测试时频繁更换测试电路，调整激励值的问题，提高了测试效率。
2.本发明使用可程控的直流稳压电源和万用表作为供电及测量部件，具有较强的通用性。
3.本发明使用数模转换器作为被测电路的电流施加部件，可施加连续变化的电流值，可全面覆盖被测电路实际工作时的情况。
附图说明
图1电流环路发生器测试系统原理图；
图2电流环路发生器测试流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
提供一种电流环路发送器测试系统包括：PC机、万用表，可编程直流电源、微控制器，继电器组及控制电路、测试夹具，数模转换器，高精度基准源等部分。所述的可编程直流电源对为被测的电流环路发送器电路，以及整个测试系统提供稳定的电源；微控制器负责控制继电器组完成测试负载电路搭建，施加激励信号并与PC机进行通讯；PC机作为总控制部分，控制测量参数，读取打印测试结果等操作。
作为优选，使用PC机的1个UART接口，与微控制器连接，用于控制信号的通讯；2个USB接口分别连接1个2路的可编程直流电源和1块万用表，对被测电路施加不同电压条件并进行电压电流等电参数的测量。
作为优选，选择可程控的2路可编程直流电源，分别对测试系统及被测电路供电。其中，被测电路的供电部分可通过PC机进行设置，满足电路测试时不同电源拉偏条件。
作为优选，微控制器选择具有在线调试功能的，具备UART外设模块的8位微控制器，便于整个测试系统的调试和实时监控。微控制器的UART端口通过驱动器与PC机的UART端口连接，4个IO端口与数模转换器的控制信号连接，4个IO端口与继电器驱动电路连接，控制继电器按照测试要求完成相应动作。
最为优选，选择4个单刀双掷的继电器，型号为G5V-1(5V DC)。其控制端分别与继电器驱动电路连接。继电器1的第5引出端与万用表的电压正极相连；继电器2的第5引出端通过限流电阻与数模转换器的输出相连，与万用表的电流正极直接相连，第10引出端与万用表的公共端相连；继电器3的第10引出端与万用表的公共端相连；继电器4的第6引出端与万用表的电流正极相连，第10引出端与万用表的公共端相连。
最为优选，选择的测试夹具可进行被测电路重复装载，测试夹具可在-55℃～125℃之间工作，满足全温区测试的需求。测试插座的引出端与被测电路的引脚一一对应，第1引出端与继电器1的第1引出端连接，第2引出端通过电阻与继电器2的第1引出端连接；第3引出端与数模转换器的第5引出端连接，作为模拟地；第4引出端与继电器4的第1引出端连接。第5引出端与输出驱动管的发射极连接；第6引出端与输出驱动管的基极连接；第7引出端与供电电源正极连接；第8引出端与第1继电器的第10引出端连接。
最为优选，数模转换器作为被测电路激励源，可提供测试所需要的连续变化的电流值。其基准由高精度基准源提供，数模转换器的第6引出端与高精度基准的第6引出端直接相连。
具体地，PC机作为整个测试系统的总控制部件，基于VC环境编写万用表和电源的控制代码，以发送命令字的方式，改变电源供电电压，万用表工作模式，确定测试项，读取并保存测试结果等工作。
如图1所示，本发明包括：PC机、万用表(Agilent 34461A)，可编程直流电源(N6705B)、微控制器(C8051F500)，继电器组及控制电路(ULN2803)、测试夹具、被测电路(XTR115)，数模转换器(MAX515ESA)，高精度基准源(REF192ESZ)等部分。
被测电路XTR115属于二线制电流变送器，可将输入信号转换为4～20mA的输出电流，内部2.5V基准电压可为传感器提供激励源，芯片中有一个+5V精密稳压器，可以为外部电路供电，电流转换精度高，非线性误差小，可用于简化系统电源设计。XTR115由环路电源供电，允许范围为7.5V～36V，内部集成功率管驱动接口，使用外部的NPN晶体管与内部集成的NPN三极管并联，可减小芯片功耗。
进行测试前，在PC机上运行上位机软件，放置样品，佩戴防静电手环，可编程直流电源、万用表依次上电，做好测量前的准备。
输出电流IO测试：PC机通过USB发送电源控制指令，设置被测电路的工作电压为24V；PC机通过UART接口发送*401#到微控制器，微控制器控制继电器驱动电路打开继电器4，使万用表电流正端串接到输出回路；PC机通过UART接口发送*5C00#～*5FFF#到微控制器，微控制器控制数模转换器输出0.0025mA～0.25mA的电流，最大电流为：2.5V/10K＝250uA(满足40ua～200uA的要求)，最小电流精度为250uA/1024＝0.244uA；PC机通过USB发送万用表控制指令，回读测量结果，并进行判断和结果保存及打印。PC机通过UART接口发送*400#到微控制器，断开万用表电流正端，并恢复电流输出回路。
电流增益S测试：PC机通过USB发送电源控制指令，设置被测电路的工作电压为24V；PC机通过UART接口发送*301#到微控制器，微控制器控制继电器驱动电路打开继电器2，使万用表电流正端串接到输入回路；PC机通过UART接口发送*5C00#～*5FFF#到微控制器，微控制器控制数模转换器输出电流作为电流环路发生器的IIN；PC机通过USB发送万用表控制指令，回读测量结果，根据S＝IO/IIN可得到不同输入电流条件下的电流增益S，计算完成之后，对输入电流IIN保存，并对电流增益S进行判断和结果的保存及打印。PC机通过UART接口发送*300#到微控制器，断开万用表电流正端，并恢复电流输出回路。
基准电压VREF测试：PC机通过USB发送电源控制指令，设置被测电路的工作电压为7.5V；PC机通过UART接口发送*201#到微控制器，微控制器控制继电器驱动电路打开继电器3，使万用表电压正端连接到被测电路的VREF端；PC机通过USB发送万用表控制指令，回读测量结果，并进行判断和结果保存及打印。
基准电压VREG测试：PC机通过USB发送电源控制指令，设置被测电路的工作电压为7.5V；发送*101#到微控制器，微控制器控制继电器驱动电路打开继电器,1，使被测器件的第8引出端连接到万用表电压正端；PC机通过USB发送万用表控制指令，回读测量结果，并进行判断和结果保存及打印。PC机通过UART接口发送*200#到微控制器，断开万用表电流正端，并恢复电流输出回路。
如图2所示，按照图中流程，对XTR115电路进行电参数的自动测试，形成测试记录。
Claims (10)
1.一种电流环路发送器测试系统，其特征在于，包括顺序连接的PC机、驱动控制单元、继电器单元、万用表，以及与PC机、驱动控制单元连接的可编程直流电源；
所述PC机，用于控制测量参数，从万用表读取包含打印测试结果；
所述驱动控制单元，用于控制继电器单元以完成测试负载电路搭建，施加激励信号给继电器单元，并与PC机进行通讯；
所述继电器单元，与电流环路发送器连接，用于根据驱动控制单元的激励信号动作；
所述可编程直流电源，用于为PC机、驱动控制单元、继电器单元提供电源。
2.根据权利要求1所述的一种电流环路发送器测试系统，其特征在于，所述驱动控制单元包括微控制器、继电器驱动电路、数模转换器和基准源；所述微控制器与继电器控制电路、数模转换器连接；基准源与数模转换器连接；
所述微控制器，用于发送电源控制指令至直流稳压电源以控制工作电压，并根据PC机发来的控制参数驱动继电器驱动电路动作；
所述继电器驱动电路，用于根据控制参数控制相应的继电器动作；
所述数模转换器，用于将PC机发来的数字码以基准源为参考进行数字量到模拟电压的转换，得到模拟信号通过继电器单元发送至被测电路。
3.根据权利要求1所述的一种电流环路发送器测试系统，其特征在于：使用PC机的1个UART接口，与微控制器连接，用于控制信号的通讯；2个USB接口分别连接1个2路的可编程直流电源和1块万用表，对被测电路施加不同电压条件并进行包含电压电流的电参数测量。
4.根据权利要求1所述的一种电流环路发送器测试系统，其特征在于：继电器单元包括4个继电器，控制端分别与继电器驱动电路连接；
第一继电器的第1引出端、第10引出端分别与电流环路发送器的基准源端VREF、稳压输出端VREG连接，第一继电器的第5引出端与万用表的电压正极相连；
第二继电器的第5引出端通过限流电阻与数模转换器的输出相连，与万用表的电流正极直接相连，第10引出端与万用表的公共端相连，第1引出端与电流环路发送器的电流输入端IIN连接；
第三继电器的第10引出端与万用表的公共端相连，第1引出端悬空，第5引出端与电流环路发送器的参考端IRET连接；
第四继电器的第5引出端与万用表的电流正极相连，第1引出端与电流环路发送器的电阻端RO连接，第10引出端与万用表的公共端相连。
5.根据权利要求1所述的一种电流环路发送器测试系统，其特征在于，所述可编程直流电源的输入端负极通过电阻R1与万用表的电流正极连接，输入端正极与电流环路发生器的电源端V+连接。
6.根据权利要求1所述的一种电流环路发送器测试系统，其特征在于，所述电流环路发送器的基极驱动端B与三极管基极连接，三极管的集电极与电源端V+连接，发射极与所述电流环路发生器的发射驱动端E连接。
7.根据权利要求1所述的一种电流环路发送器测试系统，其特征在于：所述继电器为单刀双掷的继电器。
8.一种电流环路发送器测试方法，其特征在于，对电流环路发生器输出电流IO测试，包括以下步骤：
PC机通过USB发送电源控制指令，设置被测电路的工作电压为24V；
PC机通过UART接口发送*401#到微控制器，微控制器控制继电器驱动电路打开第4继电器，使万用表电流正端串接到输出回路；
PC机通过UART接口发送*5C00#～*5FFF#到微控制器，微控制器控制数模转换器输出0.0025mA～0.25mA的电流；
PC机通过USB发送万用表控制指令，回读测量结果，并进行判断和结果保存及打印；
PC机通过UART接口发送*400#到微控制器，断开万用表电流正端，并恢复电流输出回路。
9.根据权利要求8所述的一种电流环路发送器测试方法，其特征在于，
对电流环路发生器进行电流增益S测试，包括以下步骤：
PC机通过USB发送电源控制指令，设置被测电路的工作电压为24V；
PC机通过UART接口发送*301#到微控制器，微控制器控制继电器驱动电路打开第二继电器，使万用表电流正端串接到输入回路；
PC机通过UART接口发送*5C00#～*5FFF#到微控制器，微控制器控制数模转换器输出电流作为电流环路发生器的输入电流IIN；PC机通过USB发送万用表控制指令，回读测量结果，根据S＝IO/IIN得到不同输入电流条件下的电流增益S，IO为电流环路发生器输出电流；
对输入电流IIN保存，并对电流增益S进行判断和结果的保存及打印；
PC机通过UART接口发送*300#到微控制器，断开万用表电流正端，并恢复电流输出回路。
10.根据权利要求8所述的一种电流环路发送器测试方法，其特征在于，对电流环路发生器的基准电压VREF和稳压器输出电压VREG测试，包括以下步骤：
基准电压VREF测试：
PC机通过USB发送电源控制指令，设置被测电路的工作电压为7.5V；
PC机通过UART接口发送*201#到微控制器，微控制器控制继电器驱动电路打开第三继电器，使万用表电压正端连接到被测电路的VREF端；PC机通过USB发送万用表控制指令，回读测量结果，并进行判断和结果保存及打印。
基准电压VREG测试：
PC机通过USB发送电源控制指令，设置被测电路的工作电压为7.5V；
发送*101#到微控制器，微控制器控制继电器驱动电路打开第一继电器，使被测器件的第8引出端连接到万用表电压正端；
PC机通过USB发送万用表控制指令，回读测量结果，并进行判断和结果保存及打印；PC机通过UART接口发送*200#到微控制器，断开万用表电流正端，并恢复电流输出回路。
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