自动测试平台与实验测试结果

自动测试平台的搭建
构建的自动测试平台如图12所示，包括上位机、测量仪器及研制的可调直流标准源，以实现模块调试、连续测试与用户自定义输出。
利用labwindows编写测试程序[11]。上位机通过串口通讯将命令发送给Icore2中的STM32，单片机中对该命令进行解析，将解析后的命令发送给FPGA，FPGA利用自身的计数单元和内部晶振发出相应的PWM信号给模拟开关电路和PWM合成电路，实现可调输出。测量仪器与上位机之间用VISA实现通讯，减小上位机编程设计压力。

选用数字万用表FLUKE8508A作为测试系统的核心测量设备，实验室环境温度变化在2℃以内，在八位半数字万用表和供电电源预热四小时、被测基准供电工作30分钟后开始采样，采样间隔为30 s，每次测试共采集150个点，重复多次测试。
固定标准模块不确定度测试
对-7V直流标准及电荷泵反相得到的+7V直流标准电压进行多次稳定性测试，图13展示的是其中一次+7V电压的测试结果。
按照99%的置信区间对不确定度进行计算[12]，去掉1%的两端数据，按照式（18）进行计算。

u=Umax?UminU????
(18)
重复多次测试，计算平均值，得?7V固定直流标准不确定度为0.4 ppm，电荷泵反相直流标准电压不确定度为0.6 ppm。

可调直流标准源输出测试
设定输出为+5V，对直流标准源进行多次稳定性测试，图14展示的是其中一次的测试结果。计算得到输出不确定度达到1.7 ppm，满足输出不确定度4 ppm的要求，且可以达到0.1 μV分辨率的输出。
可调直流标准源补偿校正输出测试
受电路器件非理想特性等因素影响，即使对电路进行精密的设计，仍存在直流标准源输出与设定无法完全符合的情况，这些误差中包括系统误差和随机误差两部分，其中，系统误差可以通过补偿校正算法进行抵消[13-16]。采用线性拟合的方法获得系统输出值与设定值之间的函数关系，利用自动测试得到若干个离散的设定电压值和对应的实际输出电压值，使用基于最小二乘法的线性回归算法拟合出系统输出值与设定值之间的函数关系，拟合出的直线使得离散点到其直线距离平方和最小。

设定输出值，分别对补偿校正前后实际输出电压进行测试，并计算校正前后输出误差，得到的结果如表2所示。校正后误差减小三个数量级，提高了输出的精度。
结论
本文基于PWM原理设计了一种双路PWM合成技术的直流标准源，该标准源硬件由高精度高稳定±7V直流标准电压电路、双路PWM合成电路、低通滤波电路、专用电流补偿电路和双核心板控制电路组成。可通过上位机实现直观简便的人机互动和测试仪器与直流标准源间的数据交换，根据分辨率要求，设计双路PWM高低位匹配，并对标准源进行补偿校正。通过实验测试验证，输出直流电压达到0.1 ?V分辨率和4 ppm不确定度指标。所开发的直流标准源性能稳定可靠，可以满足高性能直流基准使用需求。