【摘要】介绍了高频信号发生器，给出了基于GPIB接口高频信号发生器自动校准系统的实现，详细论述实现过程中仪器控制、数据采集、数据处理和输出实现，并着重讨论OLE技术在其应用，最后给出了性能分析。
【关键词】高频信号发生器；自动校准；计量；OLE；GPIB
1.引言
随着电子技术迅速发展，出现了大量高精尖电子设备，高频信号发生器是该领域中基础的仪器设备，被广泛应用与电子技术领域相关的试验、生产、测试等环节。高频信号发生器量值溯源准确高效对电子生产科研领域具有重要意义。传统的人工校准费时费力，不能适应计量校准需求。因此研制高频信号发生器校准自动化系统非常必要。
高频信号发生器自动校准系统在计量系统内外各个单位都有在应用和开发。但在实际工作中存在一些问题。首先，基于GPIB接口开发的自动测量系统基本都是针对生产上的测量而开发的，针对计量领域的很少。其次，国外开发的针对计量的自动测量系统存在着计量项目和国内规范不符，升级效率低下，价格昂贵等问题。同时，国内开发的一些自动测量系统存在着测量型号不全，缺乏对最新设备支持和缺乏可持续升级能力以及非计量系统开发的自动测量系统不适用于计量领域等问题。因此笔者根据多年从事高频信号发生器校准工作经验，研制开发适合计量系统使用并符合国家检定规程要求的高频信号发生器自动校准系统
2.高频信号发生器介绍
高频信号发生器是由振荡器、频率合成单元、电平控制单元、调制单元等组成的综合性电子仪器，其基本功能是提供正弦波信号和调制波信号。[1]。
3.自动校准系统平台构建
该系统主要由硬件平台和软件系统组成，硬件平台由计量标准设备、GPIB转换器、GPIB电缆和计算机组成，如图1所示。计量标准设备包括测量接收机、铷原子频率标准和频谱分析仪。软件系统是以硬件平台为基础，主要分为仪器控制、数据采集、数据处理和输入输出等部分，采用Visual Basic 6.0进行设计开发，通过GPIB接口对各个仪器设备进行控制并完成自动校准功能。
4.自动测试系统实现及其技术要点
该自动校准系统由通信控制、数据采集、数据处理、输入输出、用户界面等功能部分组成。通信控制和数据采集部分用于实现测试仪器工作参数设置，校准过程控制，获取测试数据；数据处理、输入输出部分用于实现从设备读取数据格式通过算法转换为系统可操作数值，并采用指令方式实现对WORD格式的原始纪录调用并读取测量点和回写校准数据；用户界面为操作人员提供较好的人机交互界面。在实现过程中，主要有如图1所示几部分技术要点。
4.1 计量标准设备和被测设备控制
选定合适指令集来实现对设备的控制，GPIB转换卡选择安捷伦公司GPIB转换卡，使用该卡配套的Agilent IO Libraries作为通信接口。该库带有三种指令集，分别是SICL、VISA和VISA COM，经过实验，三种指令集对最近几年新出的设备支持较好，VISA和VISA COM对旧型号的设备存在兼容性问题，出现一些指令不支持的情况，SICL对旧型号设备兼容性较好，未出现指令不兼容情况，鉴于日常校准工作中旧型号设备比例较大的情况，选用SICL指令集作为指令集。
实验过程中发现高频信号发生器某些参数校准时，由于软件运行速度远远高于仪器测量速度及仪器本身特性，会造成数据读取出现偏差。为此采取三种方式对仪器进行同步和触发，保证数据读取稳定准确。先在VB6中采用延时子程序timedelay，通过实验为不同校准参数分别选取相应延时，达到数据稳定读取。在电平等参数测量中，实验发现单纯使用延时子程序timedelay并不能保证数据准确读取，需要在测量接收机代码中插入代码T1\T3即保持\触发功能和在频谱分析仪代码中插入代码*WAI即等待上条指令执行完毕功能来实现稳定读取数据。通过这三种方式互相配合使用，可以保证数据读取准确可靠。通过实验，电平可以校准到-120dBm以下。
4.2 高频信号发生器各项参数的校准实现
根据检定规程，需要对频率准确度、绝对电平准确度、相对电平准确度、幅度调制、频率调制、单边带相位噪声和谐波等参数进行校准。
将铷原子频率标准外接至测量接收机频率参考输入端，使用“7.1 SPCL”命令调节测量接收机频率显示位数，程序调整被测高频信号发生器输出频率，在测量接收机端获取校准数据，实现频率准确度测量。
程序控制测量接收机先进行频率调谐，然后测量该频点的绝对电平值，实现各频率点绝对电平准确度测量。相对电平准确度测量过程中，代码控制被测高频信号发生器调整输出电平值和变换频率点，测量接收机完成相对电平准确度测量，测量接收机在-40dBm和-80dBm处需进行量程校准，等待时间较长，使用T1指令进行保持，然后用T3指令进行延迟触发，保证量程校准过程顺利完成，幅度调制、频率调制由测量接收机进行测量，代码按照参数设置控制测量接收机和被测高频信号发生器，进行这部分参数测量，通过试验发现，在进行解调失真、伴随调频和伴随调幅测量时，须同时使用T1\T3指令和timedelay指令，才能使测量结果稳定准确。
单边带相位噪声和谐波部分由频谱仪进行测量，谐波测量中如果采用常规的同一个屏幕中同时显示基波、二次谐波和三次谐波并应用峰值搜索指令时，会出现光标不能到达谐波峰值处而到达某些毛刺处的情况，因此采用分离测量方法，即在屏幕处分别单独显示基波、二次谐波和三次谐波，设置SPAN为频率值的二十分之一，同时为避免由于程序运行速度过快造成无法读取峰值的情况，使用*WAI等待命令和单次扫描的方法，获取准确谐波结果。
由于被测高频信号发生器种类众多，不同系列间的指令形式各不相同，为解决这种问题，程序将相同系列的高频信号发生器分为一组，使用相同的代码，不同系列间使用判断语句进行选择，用户校准前在主界面选择被测高频信号发生器型号，程序会根据用户选择在执行过程中选择相应的代码运行，以实现对多种型号高频信号发生器校准。 4.3 数据处理
在设备测量数据处理方面，由于测量接收机在测量各个参数时，测量数据在仪器内部以“+**********E+**”的格式存放，并不是直接给出测量结果，频谱分析仪也存在相同问题，并且不同参数的测量结果位数不同。因此在程序中针对不同设备不同测量参数结果，分别编写字符处理子过程，在处理结果时调用子过程，将结果处理为正常格式。
5.OLE技术在数据输入输出的应用
高频信号发生器种类繁多，要求校准的点并不相同，存在校准点识别及输入问题。在输出方面如果测量数据人工记录就会大大降低效率。笔者在开发过程中，使用OLE技术实现Word读写操作和控制，实现校准过程中实时读取Word内容和校准数据实时回写到Word表格并实时显示。
5.1 OLE技术概述
OLE(Object Linking and Embeddi-ng，对象链接与嵌入)是微软推出的在不同应用程序间进行互相操控的技术，它允许用户通过一个程序控制另一个程序，被控方为“自动化服务器”，控制方为“自动化控制器”[2]。OLE可以被编程语言访问，编程语言通过OLE技术编写程序对Office软件进行控制，达到提高操作效率的目的。
5.2 OLE技术实现数据输入输出
VB6将Word中如表格，段落等元素作为对象，通过操作各个对象实现对Word操控。本系统中涉及的对象有Application，Range，Documents，Tables(包括Columns，Rows和Cell)[3]。其中Application表示Word应用程序，Range表示文档一个连续范围，Documents表示被打开的所有文档，Tables代表表格，其中Columns，Rows和Cell分别代表列，行和单元格。
笔者为不同型号高频信号发生器制作不同Word格式原始记录。
程序运行后进行Word初始化，使用“Set WordApp=CreateObject("Word.App-lication")”语句返回Word Application对象，并将它赋给WordApp，通过使用该变量对Word进行控制。使用“Set Word=WordApp.Documents.Open(file)”语句打开文件名为“file”的原始记录文件。以第2个“绝对电平准确度”表格为例说明表格读写过程。该表格第一列为绝对电平所在频率点，第二列为电平测量结果。使用“RowsNumber=ActiveDocument.
Tables(2).Rows.count”语句计算该表格的行数，用做循环次数。从第2行开始使用“tablecontent=ActiveDocument.Tables(2).Cell(RowsID，1).Range.Text”语句读取第2个表格第1列第RowsID行所在单元格内容，送入系统进行参数设置和校准，该点计量完毕后使用“Word.Tables(2).Cell(RowsID，1+1)=RFResult”语句将数据实时写入到第2个表格中第2列第RowsID行所在单元格。然后程序重复上述步骤，自动进入下一点测试，直到该表格所有点校准完毕，然后进入下一个表格，进行下一个参数校准。程序编写了自动计算表格行数语句，用户可以任意删减表格行数以达到任意更改绝对电平测量点数量，同时也可以根据需要任意修改绝对电平测量点数据，从而实现只需修改表格行数和内容而不需修改程序来达到更改校准点的目的。
6.性能分析
为测试高频信号发生器自动校准系统性能，选取典型指标相对电平准确度，采用对人工和自动方式测量结果进行比较进行验证。在相同条件下，对同一台高频信号发生器测量，测量结果如表1。从表可以看出最大差异为0.03dB，小于评定的校准结果扩展不确定度0.22dB。
7.结束语
本文提出了基于GPIB接口的高频信号发生器自动校准系统实现方案，实现过程中充分利用系统资源和指令集，对程序进行数据采集、数据处理和输入输出方面的优化，使得该设备测量效率大幅提高。系统涵盖了规程中规定的高频信号发生器使用中需要进行校准的项目，用户也可以根据需要调整改变测量项目，校准速度比手动快4-5倍以上。系统在校准时可以实时打开原始记录，用户可以监看校准结果，校准完成后生成WORD格式的记录报告。
参考文献
[1]国家质量监督检验检疫总局.JJG 173-2003信号发生器检定规程.
[2]徐国平,郭力平.VBA中文版程序设计与应用[M].清华大学出版社,1998,10.
[3]何振林,胡绿慧.MS Office与VBA高级应用案例教程[M].中国水利水电出版社,2010,09.
注：国家质检总局科技计划项目(编号：2009QK170)。
作者简介：孙杰（1974—），男，浙江杭州人，工学硕士，工程师，研究方向：无线电、时间频率计量。
