Подписка на новости

Опрос

Нужно ли ввести комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

2011 №2

Экономия времени при использовании измерителей мощности Agilent с ПО Agilent VEE Pro

Чу Карен

Чуан Го Цзин


В статье приведено несколько полезных советов, как оптимизировать время измерения ВЧ/СВЧ-мощности. Более глубокое понимание некоторых команд SCPI и настроек измерителя и датчика мощности компании Agilent поможет пользователям в этом вопросе.

Резервы для ускорения

Оптимизация скорости измерений с помощью измерителей и датчиков мощности является насущной проблемой, особенно в производственной среде. Мы рассмотрим различия между командами SCPI, обычно используемыми в процессе измерений. Поскольку существует несколько вариантов регулировки скорости измерений, дадим пояснения, как связаны быстрый режим и размер буфера с исследуемым уровнем мощности. Чтобы увеличить скорость еще больше, важно правильно выбрать формат и единицы измерений, в которых должны быть получены результаты. И, наконец, чтобы исключить, по мере возможности, потери времени на ожидание в таких процессах, как установка нуля и калибровка датчика, необходимо иметь общее представление о битах регистра.

Инициализация и конфигурирование: всему свое время

Измерители мощности (ИМ) Agilent начинают проводить измерение после получения соответствующих команд, таких как FETC? («Выбрать?»), READ? («Читать?») или MEAS? («Измерить?»). Пользователь должен понимать различия между ними, чтобы оптимизировать скорость измерений.

Команда MEAS? является составной, эквивалентной команде «ABORT» («Прервать»), за которой следуют CONF («Конфигурировать») и READ?. Она самая простая, так как в этом случае ИМ только проводит автоконфигурирование и возвращается к процессу измерений. Команда READ? также является составной, она эквивалентна команде ABORT, за которой следуют INIT («Инициализировать») и FETC?. Последняя составной не является. В большинстве случаев при выполнении измерений пользователь должен один раз выполнить конфигурирование и инициализацию ИМ, а затем дать команду на измерение, пока не понадобится снова перенастроить прибор. Недостатком такого подхода является то, что пользователь должен знать требуемую конфигурацию, а также метод измерения в целом. Рассмотрим случай, в котором инженеру на производстве нужно пять раз измерить ВЧ-мощность испытуемого устройства на уровне около -10 дБм с трехразрядным разрешением. Будем считать, что он использует датчик мощности Agilent E9300A. При таком уровне мощности и разрешении измеритель автоматически выберет усреднение по 16 отсчетам. Сравним команду MEAS? с командой FETC?. Так как мы знаем, что при выполнении MEAS? измеритель мощности будет проводить усреднение по 16 отсчетам, зададим такое же усреднение и при использовании FETC?. Так мы можем сравнить время, необходимое для выполнения пяти измерений с усреднением по 16 отсчетам с помощью команды MEAS? со временем, которое потребуется для выполнения тех же самых операций по команде FETCH?. Для уверенности, что на наше заключение не повлияет систематическая ошибка, будем десять раз случайным образом чередовать выполнение MEAS? и FETC?. На рис. 1 показаны результаты сравнения времени тестирования, затрачиваемого при выполнении обеих команд. Мы видим, что тестирование занимает около 5 с при проведении пяти измерений с помощью команды MEAS?, в то время как при выполнении команды FETC? процесс занимает всего около 1,2 с. Однако необходимо понимать различия между этими командами. В нашем эксперименте FETC? выполняется быстрее, поскольку инициализация производится только однажды, а с помощью команды MEAS? требуется ее выполнить пять раз, поскольку MEAS? является сложной командой, имеющей в своем составе INIT. Если требуется провести пять измерений при определенных настройках, то необходимо использовать MEAS?, несмотря на большие затраты времени. В противном случае, если бы требовалось провести пять измерений с разным усреднением, то должна была бы использоваться команда FETC?, и время тестирования было бы короче. Из этого эксперимента видно, насколько важно для проведения измерений в кратчайшие сроки понять требования тестирования и выбрать правильную команду.

Результаты сравнения времени тестирования: голубая линия на уровне 1 — выполняется команда FETC, при этом время тестирования составляет 1,2 с (желтая линия); голубая линия на уровне 0 — выполняется команда MEAS; время тестирования составляет около 5 с.

Рис. 1. Результаты сравнения времени тестирования: голубая линия на уровне 1 — выполняется команда FETC, при этом время тестирования составляет 1,2 с (желтая линия); голубая линия на уровне 0 — выполняется команда MEAS; время тестирования составляет около 5 с.

Буферный режим — ключ к снижению временных затрат

Как упоминалось ранее, ИМ Agilent будут проводить измерения, когда примут одну из команд запроса FETC?, READ? или MEAS?. Пользователю нужно будет ввести команду, а затем считать результаты с прибора. Если необходимо провести 1000 измерений, то пользователь должен будет ввести команду и прочитать данные 1000 раз. Если удастся уменьшить непроизводительные издержки в такой задаче, то это, безусловно, сократит время, необходимое на эту тысячу измерений. В измерителях мощности Agilent предусмотрен буферный режим для снижения непроизводительных издержек времени на ввод команд запроса. Режим FAST используется при задании значения TRIG:COUNT (счет запусков) более чем 1. Так, при значении TRIG:COUNT, равном 50, измеритель перейдет в самый быстрый буферный режим, когда при вводе одного командного запроса будет проведено 50 измерений. На рис. 2 показано сравнение буферного и обычного режимов при проведении 1000 измерений. Для демонстрации результатов снижения временных затрат ИМ Agilent E4417A настроили на проведение 20 циклов по 1000 измерений, запускаемых в буферном и в обычном режимах запросов. Перед каждым запуском режим выбирался случайным образом. Это было нужно, чтобы исключить систематические факторы, способные повлиять на конечный результат.

На рис. 2 желтая линия показывает время, необходимое для каждого запуска. С помощью синей линии можно определить, когда используется буферный режим (он представлен нулевым уровнем), а когда — простой (уровень 1). Как видно, в простом режиме на 1000 измерений требуется около 45 с, в то время как этот процесс в буферном режиме занимает всего 10 с. Недостаток буферного режима заключается в том, что все повторные измерения не усредняются, поскольку в это время ИМ Agilent должен находиться в режиме FAST, при котором функция усреднения для каждого измерения отключена. Если интересующий нас уровень мощности попадает в ту часть динамического диапазона датчика мощности, где погрешность наименьшая, то в усреднении нет необходимости, и это будет лучшим способом проведения большого количества измерений уровня мощности.

Сравнение буферного и обычного режимов запросов: голубая линия на нулевом уровне — измерения проводятся в буферном режиме, при этом время тестирования составляет 10 с (желтая линия); голубая линия на уровне 1 — буферный режим выключен, при этом время тестирования составляет около 45 с

Рис. 2. Сравнение буферного и обычного режимов запросов: голубая линия на нулевом уровне — измерения проводятся в буферном режиме, при этом время тестирования составляет 10 с (желтая линия); голубая линия на уровне 1 — буферный режим выключен, при этом время тестирования составляет около 45 с

REAL выигрывает в скорости у ASCII

ИМ Agilent могут быть настроены на представление результатов измерений в форматах ASCII или REAL. В формате REAL для передачи результатов с измерителя мощности на компьютер требуется только 9 байт, из которых восемь занимают данные, а один байт — терминатор. Для ASCII-формата понадобится 17 байт, из которых 16 — это данные и один приходится на терминатор, например «+5,45716761 E-009». Очевидно, что REAL всегда быстрее, чем ASCII-формат, особенно если пользователю нужно получить результаты сотен или тысяч измерений. Чтобы показать это различие, продолжим предыдущий эксперимент, в котором затрачивается около 10 с для получения 1000 отсчетов в формате ASCII. Мы будем случайным образом 20 раз переключаться между форматами ASCII и REAL, используя буферный режим при выполнении 1000 измерений. Рис. 3 иллюстрирует сравнение возможностей форматов.

Сравнение возможностей форматов ASCII и REAL: голубая линия на нулевом уровне — используется формат REAL, время тестирования составляет 2,5 с (желтая линия); голубая линия на уровне 1 — используется формат ASCII, тестирование в этом случае занимает около 10 с

Рис. 3. Сравнение возможностей форматов ASCII и REAL: голубая линия на нулевом уровне — используется формат REAL, время тестирования составляет 2,5 с (желтая линия); голубая линия на уровне 1 — используется формат ASCII, тестирование в этом случае занимает около 10 с

Ватт vs дБм

ИМ Agilent измеряет значение мощности ВЧ- или СВЧ-сигнала в дБм или Вт. Хотя во многих случаях для указания уровня мощности используется дБм, внутри измерителя мощности все рассчитывается в линейных единицах В или Вт, а затем преобразуется в дБм для абсолютного уровня мощности и дБ или % для относительной мощности. Для ускорения результаты можно получать в Вт, особенно если нужно выполнить значительное количество измерений. Впрочем, хотя результаты измерения в Вт можно получить быстрее, чем в дБм, при обычном использовании измерителя мощности разница будет незаметна. Это происходит потому, что при проведении одного или нескольких измерений разница в задержке работы программного обеспечения или оборудования незначительна. Чтобы показать разницу в скорости в зависимости от выбора единиц, продолжим предыдущий эксперимент в буферном режиме, в котором скорость составляет около 2,5 с на 1000 измерений при использовании формата REAL. Программа будет случайным образом переключаться 20 раз между единицами измерения, получая результаты 1000 измерений при каждом запуске. На рис. 4 показаны результаты этого эксперимента.

Сравнение результатов 1000 измерений в буферном режиме в дБм и Вт: голубая линия принимает нулевое значение — результаты измерений приведены в Вт, при этом время измерений равно 0,9 с (желтая линия); голубая линия принимает значение, равное единице, — результаты измерений приведены в дБм, при этом время измерений составило 2,5 с

Рис. 4. Сравнение результатов 1000 измерений в буферном режиме в дБм и Вт: голубая линия принимает нулевое значение — результаты измерений приведены в Вт, при этом время измерений равно 0,9 с (желтая линия); голубая линия принимает значение, равное единице, — результаты измерений приведены в дБм, при этом время измерений составило 2,5 с

*OPC?: время тратится не напрасно

ИМ Agilent и датчик мощности должны быть выставлены на ноль и откалиброваны до выполнения измерений. Необходимость повторной установки нуля и калибровки может быть вызвана изменениями температуры окружающей среды, если измерения длительные. Это займет определенное количество времени: 15-40 с и более. Поскольку программа управления пишется под разные модели измерителей и датчиков мощности, то обычно программист использует один из самых простых путей — он ставит максимальное время ожидания, чтобы избежать проблем. Скажем, пользователь может ждать 40 с независимо от того, чем он управляет — измерителем или датчиком мощности. Для некоторых датчиков время ожидания составляет 15 с, следовательно, 25 с будет потрачено впустую. Если предположить, что будут использоваться только один измеритель и один датчик мощности, можно установить минимальный период ожидания для конкретной модели. Если требуется время ожидания 15 с, пользователь может ждать всего 16 с, чтобы получить достоверные результаты измерений. На первый взгляд это кажется хорошим решением, но оно создаст проблемы в будущем, прежде всего потому, что измерители и датчики мощности постоянно совершенствуются, в них добавляются новые функции. Никто не может гарантировать, что время установки нуля и калибровки не будет увеличиваться или уменьшаться. Кроме того, ожидание в течение 16 с по-прежнему означает, что 1 с тратится впустую. Чтобы решить эту проблему, пользователь может настроить время ожидания интерфейса 60 с и использовать две следующие команды SCPI:

CAL:ALL

*OPC?

Таким образом, пользователь будет ждать максимум 60 с. Если установка нуля и калибровка занимают меньше 60 с, например 15 с, *OPC? завершает операции выполнения команды запроса и выдаст «1» сразу после того, как завершится настройка. В результате экономится время, и это лучше, чем ожидание в течение заданного периода времени. Однако у этого метода есть один минус, заключающийся в том, что программа Agilent VEE Pro перестает отвечать на запросы, пока *OPC? не выдаст «1». Данный недостаток можно устранить с помощью функции «Запрос обслуживания» ИМ Agilent, позволяющей автоматизированному программному обеспечению выполнять другие задачи в ожидании завершения операции. Подробнее об этом расскажем далее.

*ESE и *SRE: сокращаем время ожидания

Измерители и датчики мощности Agilent поддерживают команды запросов обслуживания. Пользователь может установить бит регистра ESE («Разрешенное состояние события») и биты SRE («Разрешить запрос обслуживания») так, как ему нужно. Преимуществом этого метода по сравнению с описанным выше методом *OPC? является способность Agilent VEE Pro во время ожидания завершения операции выполнять другие задачи. При этом пользователь может спланировать работу программного обеспечения в целях экономии времени. Например, можно выполнять установку нуля и калибровку на нескольких измерителях мощности одновременно. На рис. 5 показан простой пример использования в Agilent VEE Pro битов регистров ESE и SRE. Команда *CLS очищает все состояния, *SRE32 включает «Запрос на обслуживание бита — Статус события», *ESE1 включает «Статус события бита — Действие завершено», *ОРС означает, что в измерителе мощности установлен бит «Действие завершено». Возврат к числу 96 представляет собой комбинацию чисел 32+64, которые означают, что появилось условие статуса события и измеритель мощности запрашивает обслуживание.

Пример использования в Agilent VEE Pro бита регистра ESE и битов регистра SRE

Рис. 5. Пример использования в Agilent VEE Pro бита регистра ESE и битов регистра SRE

В Agilent VEE Pro пользователь может задействовать два или более объекта Until Break, чтобы использовать функцию «Запрос обслуживания». На рис. 6 показан простой пример, в котором во время ожидания окончания установки нуля одного ИМ Agilent в цикле Until Break другое оборудование Agilent (USB-датчик мощности) выполняет команды SCPI в другом цикле Until Break. С помощью двух объектов Until Break в Agilent VEE Pro пользователь может одновременно выполнять две операции. Ожидая, пока измеритель мощности закончит установку нуля в одном цикле, пользователь может организовать посылку команды SCPI в USB-датчик мощности в другом цикле. Измерители и датчики мощности Agilent позволяют удовлетворить многие требования пользователей при измерении мощности ВЧ/СВЧ-сигналов. Они отлично подходят для совместного использования с программным обеспечением Agilent VEE Pro. Для достижения максимально возможной скорости измерений пользователь должен понять особенности работы приборов, а измерители и датчики мощности всегда можно сконфигурировать применительно к различным методикам испытаний. Из описанных выше экспериментов, проводимых в буферном режиме при 1000 измерений, мы видим, что время тестирования уменьшено с 10 до 2,5 с, а затем и до 0,9 с только за счет изменения формата данных и единиц измерения ИМ. Кроме того, в буферном режиме измерители мощности Agilent также поддерживают функции асинхронной работы, чтобы во время ожидания завершения начатых по запросу действий приборы могли выполнять и другие задачи.

Пример, в котором во время ожидания окончания установки нуля одного измерителя мощности Agilent в цикле Until Break другое оборудование Agilent (USB-датчик мощности) выполняет команды SCPI в другом цикле Until Break

Рис. 6. Пример, в котором во время ожидания окончания установки нуля одного измерителя мощности Agilent в цикле Until Break другое оборудование Agilent (USB-датчик мощности) выполняет команды SCPI в другом цикле Until Break

Литература

  1. Agilent EPM-P Power Meter Programming Guide and User Guide.
  2. Agilent VEE Pro Help.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Беспроводные технологии PDF


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке