評估信號發(fā)生器自動化測試框架的性能需要從功能完整性、執(zhí)行效率、穩(wěn)定性、可擴展性和資源利用率等多個維度進行綜合分析。以下是詳細的評估方法和指標(biāo)，結(jié)合實際測試場景給出具體建議。
一、核心評估維度與指標(biāo)
1. 功能完整性
- 測試覆蓋度：
- 指標(biāo)：支持的信號類型（正弦波、方波、脈沖、調(diào)制信號等）、參數(shù)范圍（頻率、幅度、相位）、序列復(fù)雜度（循環(huán)、條件分支、動態(tài)調(diào)整）。
- 方法：檢查框架是否能生成測試用例中要求的所有信號序列，例如：
- 能否生成多通道同步信號（如兩通道相位差90°的正弦波）。
- 是否支持動態(tài)序列（根據(jù)實時反饋調(diào)整參數(shù)）。
- 能否模擬異常場景（如參數(shù)越界、通信中斷）。
- 協(xié)議與接口支持：
- 指標(biāo)：支持的通信協(xié)議（SCPI、IVI、REST API）、硬件接口（GPIB、USB、LAN）、廠商兼容性（Keysight、Rigol、Tektronix等）。
- 方法：驗證框架能否通過不同接口控制目標(biāo)設(shè)備，例如：
- 使用SCPI命令控制Keysight 33600系列生成AM調(diào)制信號。
- 通過IVI驅(qū)動調(diào)用Rigol DG1000Z的序列功能。
2. 執(zhí)行效率
- 序列生成與執(zhí)行時間：
- 指標(biāo)：
- 序列上傳時間：從腳本發(fā)送命令到設(shè)備開始生成信號的時間。
- 單步切換時間：序列中兩個信號參數(shù)（如頻率從1MHz切換到500kHz）的切換延遲。
- 總執(zhí)行時間：完成整個測試序列所需的時間。
- 方法：
- 使用時間戳記錄命令發(fā)送和信號生成完成的時間（如通過示波器捕獲信號變化）。
- 對比不同序列長度（10步 vs 100步）的執(zhí)行時間，分析線性度。
- 資源占用：
- 指標(biāo)：CPU使用率、內(nèi)存占用、網(wǎng)絡(luò)帶寬（如LAN控制時）。
- 方法：
- 使用任務(wù)管理器或
psutil庫監(jiān)控框架運行時的資源消耗。 - 在高并發(fā)場景下（如同時控制4臺設(shè)備）測試資源瓶頸。
3. 穩(wěn)定性與可靠性
- 長時間運行測試：
- 指標(biāo)：連續(xù)運行24小時/72小時的錯誤率（如命令執(zhí)行失敗、信號參數(shù)漂移）。
- 方法：
- 編寫自動化腳本循環(huán)執(zhí)行復(fù)雜序列，記錄失敗次數(shù)。
- 使用示波器監(jiān)測輸出信號的穩(wěn)定性（如頻率抖動、幅度噪聲）。
- 容錯與恢復(fù)能力：
- 指標(biāo)：
- 命令超時重試機制。
- 設(shè)備斷開后的自動重連功能。
- 序列中斷后的恢復(fù)點（如從第5步繼續(xù)執(zhí)行）。
- 方法：
- 模擬通信中斷（拔掉USB線）或參數(shù)錯誤（發(fā)送非法頻率值），觀察框架行為。
4. 可擴展性與維護性
- 模塊化設(shè)計：
- 指標(biāo)：
- 是否支持插件式擴展（如新增設(shè)備驅(qū)動、信號類型）。
- 代碼復(fù)用率（如共享的SCPI命令封裝函數(shù)）。
- 方法：
- 嘗試添加對新型號信號發(fā)生器的支持，評估所需工作量。
- 檢查框架是否支持通過配置文件（如JSON/YAML）定義序列，而非硬編碼。
- 文檔與可讀性：
- 指標(biāo)：代碼注釋覆蓋率、API文檔完整性、示例用例豐富度。
- 方法：
- 讓新成員根據(jù)文檔獨立實現(xiàn)一個簡單測試序列。
- 統(tǒng)計框架中未注釋的關(guān)鍵代碼比例。
5. 同步與觸發(fā)精度
- 時間同步誤差：
- 指標(biāo)：
- 內(nèi)部觸發(fā)延遲（軟件觸發(fā)到信號生成的時間）。
- 外部觸發(fā)抖動（如TTL信號觸發(fā)時的響應(yīng)時間）。
- 方法：
- 使用高精度示波器（如R&S RTO1044）測量觸發(fā)信號與輸出信號的時間差。
- 對比不同觸發(fā)方式（立即觸發(fā)、延遲觸發(fā)）的精度。
- 多設(shè)備同步：
- 指標(biāo)：
- 通道間相位差誤差（如兩通道1MHz信號的相位差是否穩(wěn)定在90°±0.1°）。
- 主從設(shè)備同步穩(wěn)定性（如通過10MHz參考時鐘同步多臺設(shè)備）。
- 方法：
二、實際測試場景與案例
案例1：評估序列生成效率
- 目標(biāo)：比較SCPI命令逐條發(fā)送與列表模式（List Mode）的效率差異。
- 方法：
- 生成一個包含100步的序列（頻率從1MHz到10MHz，步進100kHz）。
- 使用逐條發(fā)送模式：
pythonfor freq in range(1e6, 10e6+1, 100e3):sig_gen.write(f"SOUR1:FREQ {freq}")time.sleep(0.1) # 模擬處理延遲
- 使用列表模式：
pythonsig_gen.write("SOUR1:LIST:FREQ " + ",".join([str(freq) for freq in range(1e6, 10e6+1, 100e3)]))sig_gen.write("SOUR1:LIST:INIT")sig_gen.write("SOUR1:LIST:TRIG")
- 記錄兩種方式的總執(zhí)行時間，結(jié)果可能如下：
案例2：評估多設(shè)備同步精度
- 目標(biāo)：測試兩臺信號發(fā)生器通過外部觸發(fā)同步的相位誤差。
- 方法：
- 連接兩臺設(shè)備的觸發(fā)輸出/輸入端口。
- 配置設(shè)備1生成1MHz正弦波，設(shè)備2生成相同頻率但相位差90°的信號。
- 使用示波器同時捕獲兩路信號，測量實際相位差（如89.7°）。
- 重復(fù)100次，統(tǒng)計相位差的分布（標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)<0.5°）。
三、工具與資源推薦
1. 性能分析工具
- 時間測量：
- Python的
time.perf_counter()或timeit模塊。 - 示波器（如Tektronix MSO64）的延遲測量功能。
- 資源監(jiān)控：
psutil庫（跨平臺CPU/內(nèi)存監(jiān)控）。- Wireshark（分析網(wǎng)絡(luò)通信延遲）。
- 信號分析：
- 頻譜分析儀（如R&S FSW）測量信號質(zhì)量。
- 相位噪聲分析儀（如Keysight E5052B）。
2. 測試框架優(yōu)化建議
- 命令批量發(fā)送：
- 異步執(zhí)行：
- 使用多線程/異步IO（如
asyncio）并行控制多臺設(shè)備。 - 示例：
| import asyncio |
| async def set_signal(sig_gen, freq, amp): |
| await asyncio.sleep(0) |
| sig_gen.write(f"SOUR1:FREQ {freq}") |
| sig_gen.write(f"SOUR1:VOLT {amp}") |
|
| async def main(): |
| tasks = [set_signal(sig_gen1, 1e6, 1.0), set_signal(sig_gen2, 500e3, 0.5)] |
| await asyncio.gather(*tasks) |
| asyncio.run(main()) |
3. 基準(zhǔn)測試套件
- 定義標(biāo)準(zhǔn)測試用例：
- 短序列（10步）與長序列（1000步）對比。
- 高頻信號（如1GHz）與低頻信號（如1kHz）的切換速度。
- 動態(tài)序列（根據(jù)隨機數(shù)調(diào)整參數(shù)）與靜態(tài)序列的穩(wěn)定性。
四、常見問題與解決方案
- 序列執(zhí)行時間過長：
- 原因：逐條發(fā)送SCPI命令、未使用列表模式。
- 解決：批量上傳參數(shù)，啟用設(shè)備內(nèi)置序列功能。
- 多設(shè)備同步失敗：
- 原因：觸發(fā)線連接錯誤、參考時鐘未共享。
- 解決：檢查硬件連接，使用同一時鐘源（如10MHz外部參考）。
- 資源占用過高：
- 原因：未釋放設(shè)備句柄、內(nèi)存泄漏。
- 解決：使用
try-finally確保設(shè)備關(guān)閉，定期重啟框架。
五、總結(jié)評估報告模板
通過上述系統(tǒng)化的評估方法，可以全面量化信號發(fā)生器自動化測試框架的性能，為優(yōu)化和選型提供數(shù)據(jù)支持。
