基于多總線結(jié)構(gòu)的電路板測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

劉倩茜++王格芳

摘要： 針對(duì)某型裝備電路板種類繁多（包括數(shù)字電路、模擬電路、數(shù)/模混合電路等）、信號(hào)頻段寬、特征變化范圍大、測試精度要求高等技術(shù)特點(diǎn)和測試需求，運(yùn)用自動(dòng)化測試系統(tǒng)集成技術(shù)、智能化故障診斷開發(fā)技術(shù)，采用以PXI總線與LXI總線、GPIB總線并重的多總線結(jié)構(gòu)，對(duì)某型裝備電路板測試試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究。

Abstract： For a kind of equipment， its types of circuit board （including digital circuits， analog circuits， digital / analog circuits， etc.） are so many， the range of signal frequency band is wide， the range of features is wide， the requirements of test precision is high， and so on. The automated test system integration technology， intelligent fault diagnosis and development technology are used， the multibus architecture that takes the equal emphasis of PXI bus， LXI bus and GPIB bus are used to design and study a certain type of equipment circuit board test system.

關(guān)鍵詞： 電路板測試系統(tǒng)；自動(dòng)化測試；智能化故障診斷；多總線結(jié)構(gòu)

Key words： circuit board testing system；automated testing；intelligent fault diagnosis；multibus architecture

中圖分類號(hào)：TN40 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）32-0131-03

0 引言

某型裝備電路板種類繁多（包括數(shù)字電路、模擬電路、數(shù)/?；旌想娐返龋?、信號(hào)頻段寬、特征變化范圍大、測試精度要求高，要有效實(shí)現(xiàn)電路板功能與性能測試，在信號(hào)激勵(lì)與電源供應(yīng)方面要求頻率范圍大、供電路數(shù)多，應(yīng)提供信號(hào)源、程控多路電源；在信號(hào)測量與分析方面要求頻率范圍寬、數(shù)據(jù)精度高，應(yīng)提供低頻、中頻、高頻測試儀器與設(shè)備；在測試過程控制上要求測試資源配置靈活，應(yīng)采用矩陣開關(guān)模塊進(jìn)行多線可變輸入、輸出控制。測試系統(tǒng)應(yīng)針對(duì)不同的測試對(duì)象或測試要求，設(shè)計(jì)相應(yīng)的檢測適配器，并進(jìn)行測試軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)。

基于以上電路板測試需求分析，某型裝備電路板測試試驗(yàn)系統(tǒng)采用以模塊化PXI總線測試設(shè)備與分立式GPIB總線測試儀器并重的多總線結(jié)構(gòu)，測試系統(tǒng)主要是基于GPIB分立式測試儀器、PXI總線模塊化測試設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)集成，研制檢測適配器、開發(fā)專用測試軟件等，從而構(gòu)建典型電子裝備電路板測試系統(tǒng)。測試系統(tǒng)具有模擬被測對(duì)象測試環(huán)境的能力、檢測被測對(duì)象全部功能項(xiàng)目的能力、測試被測對(duì)象主要性能參數(shù)的能力，以及開展被測對(duì)象環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)的能力[1-3]。

1 測試試驗(yàn)系統(tǒng)需求分析

1.1 測試對(duì)象特點(diǎn)

針對(duì)某型裝備部分雙100芯插件板和210芯插件板作為測試對(duì)象進(jìn)行性能、功能測試和故障診斷研究。具體為：

①監(jiān)控分系統(tǒng)插件：彩顯接口板、PIN板、S/D變換板、286μс板、混合電源板、線性穩(wěn)壓器；

②信號(hào)處理分系統(tǒng)插件：時(shí)序板、信號(hào)組合板、FIR板、CFAR板、雜波圖板、MTI板、數(shù)字脈壓板、開關(guān)電源；

③終端分系統(tǒng)：錄取板、視頻積累板、延時(shí)接口板、通信接口板、詢問錄取板、圖形板、回波板；

④接收分系統(tǒng)：A/D板。

1.2 測試系統(tǒng)主要功能要求

電路板PXI總線測試設(shè)備是電路板測試試驗(yàn)分系統(tǒng)的重要組成部分，配備有中低頻電路板測試所需的各種資源，并通過合理集成，使該測試設(shè)備作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)[4-8]，提供電路板部分主要性能指標(biāo)測試和功能故障診斷能力，主要功能要求如下：

①為被測電路板提供各種中低頻激勵(lì)信號(hào)；

②能夠測試分析被測電路板各種中低頻信號(hào)；

③提供被測電路板數(shù)字I/O測試能力；

④提供儀器管理和程序、虛擬儀器開發(fā)能力；

⑤具備與其它標(biāo)準(zhǔn)測試總線設(shè)備互聯(lián)能力；

⑥具有自檢功能，自檢范圍覆蓋全部測試通道；

⑦結(jié)構(gòu)通用、開放，軟件組件可重用、TPS可移植；

⑧儀器具有互換性，接口和連接器標(biāo)準(zhǔn)化；

⑨通過研制專用檢測適配器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的重構(gòu)或擴(kuò)充。

1.3 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

電路板測試試驗(yàn)系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)要求如下：

①模擬被測對(duì)象的測試試驗(yàn)環(huán)境的能力。具備產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)/任意波形、高頻信號(hào)、數(shù)字I/O等激勵(lì)信號(hào)能力，具備提供8路交流電源、8路直流電源能力，可調(diào)直流電子負(fù)載具有恒流/恒壓/恒阻三種模式；

②測試被測對(duì)象的主要性能指標(biāo)的能力。具備測量基本電參數(shù)、信號(hào)頻率、信號(hào)功率、信號(hào)波形、數(shù)字I/O的能力，具備信號(hào)頻譜分析能力；

③電路板的維修測試診斷能力。具有對(duì)電子設(shè)備電路板件中集成電路及半導(dǎo)體元器件進(jìn)行在線測試和故障診斷能力。

2 測試試驗(yàn)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

針對(duì)典型電路板測試試驗(yàn)要求，基于“開放、標(biāo)準(zhǔn)、通用”的設(shè)計(jì)理念[7-10]，采用測試系統(tǒng)集成技術(shù)，構(gòu)建由主控計(jì)算機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)測試總線（如PXI、GPIB、LXI）、測試儀器/設(shè)備、檢測適配器、測試軟件等組成的電路板測試試驗(yàn)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用以模塊化PXI總線測試設(shè)備與分立式GPIB總線測試儀器并重的多總線結(jié)構(gòu)（見圖1），系統(tǒng)主要是借助于“電路板性能測試試驗(yàn)分系統(tǒng)”的測試資源，研制檢測適配器、開發(fā)專用測試軟件等，從而構(gòu)建典型電子裝備電路板測試系統(tǒng)。測試系統(tǒng)具有模擬被測對(duì)象測試環(huán)境的能力、檢測被測對(duì)象全部功能項(xiàng)目的能力、測試被測對(duì)象主要性能參數(shù)的能力，以及開展被測對(duì)象環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)的能力。

測試設(shè)備硬件主要由控制器部分、PXI總線測試資源、信號(hào)轉(zhuǎn)接及接口配置、適配器部分組成。測試設(shè)備的核心是采用PXI模塊化儀器系統(tǒng)，通過選用各種的PXI測試模塊實(shí)現(xiàn)各種通用電壓、電流、開關(guān)量的產(chǎn)生和采集功能。信號(hào)轉(zhuǎn)接及接口配置用于構(gòu)建測試資源與被測對(duì)象的通用測試通道，方便適配器的設(shè)計(jì)開發(fā)。適配器分為系統(tǒng)自檢適配器和專用檢測適配器，專用檢測適配器需根據(jù)不同被測電路板進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測對(duì)象輸入輸出信號(hào)的調(diào)理。系統(tǒng)電源為被測電路板和信號(hào)調(diào)理適配器供電，需預(yù)留電源連接接口。測試設(shè)備通過針對(duì)專用檢測適配器和電纜與被測電路板連接。測試設(shè)備軟件主要由圖形化程序開發(fā)工具和電路板測試診斷軟件組成。測試時(shí)，軟件控制測試設(shè)備的檢測模塊或者電源系統(tǒng)給出激勵(lì)信號(hào)，在適配器內(nèi)部進(jìn)行必要的信號(hào)調(diào)理后送到檢測設(shè)備，通過觀察被測電路板工作狀態(tài)或測量被測電路板反饋信號(hào)，實(shí)現(xiàn)中低頻電路板部分主要性能指標(biāo)測試和功能故障診斷。

2.2 系統(tǒng)空間布局

系統(tǒng)布置在兩個(gè)可移動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜中，另配置一個(gè)可移動(dòng)的工作臺(tái)用于放置測試對(duì)象。平時(shí)自檢適配器、專用檢測適配器和測試電纜均放在機(jī)柜中，測試時(shí)將適配器取出掛接在系統(tǒng)VPC接口，被測電路板既可放在工作臺(tái)上，使用測試電纜與適配器連接，或者直接與適配器上對(duì)應(yīng)接口相連。機(jī)柜采用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜。機(jī)柜前后門采用透明的玻璃門設(shè)計(jì)，底部使用滑輪和支腳，方便移動(dòng)，同時(shí)便于支撐固定。平時(shí)不用時(shí)，柜前后門均關(guān)閉，防止灰塵。PXI總線測試資源、信號(hào)轉(zhuǎn)接及接口配置和自檢適配器安裝在1#機(jī)柜（儀器柜）中，控制器、顯示器等安裝在2#機(jī)柜（操控柜）中，系統(tǒng)電源通過專用電纜連接到1#機(jī)柜（儀器柜）。

為了實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的通用性，需實(shí)現(xiàn)被測電路板與測試設(shè)備資源連接方式的通用性和可靠性。為此，在參考國外和國內(nèi)技術(shù)成果的基礎(chǔ)上，采用了標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)接陣列，設(shè)計(jì)連接器-適配器的接口結(jié)構(gòu)，保證測試資源不直接與被測對(duì)象相連，而是通過連接適配器的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，連接器連接系統(tǒng)資源，適配器連接被測對(duì)象，在連接器和適配器之間采用對(duì)插結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。

2.3 測試試驗(yàn)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.3.1 軟件總體設(shè)計(jì)框架

針對(duì)典型電路板的性能測試試驗(yàn)需求，基于圖形化編程及國際標(biāo)準(zhǔn)的知識(shí)庫體系結(jié)構(gòu)，在測試設(shè)備硬件平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用虛擬儀器技術(shù)、智能診斷技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)和中間件技術(shù)等，設(shè)計(jì)并開發(fā)便于移植與兼容、支持測試診斷與數(shù)據(jù)共享、支持在線測試的電路板測試軟件系統(tǒng)。

測試診斷軟件主要包括測試診斷開發(fā)平臺(tái)、測試診斷運(yùn)行平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、用戶管理、系統(tǒng)自檢、幫助系統(tǒng)和計(jì)量校準(zhǔn)等部分，各部分相對(duì)獨(dú)立，但可通過主控模塊進(jìn)行調(diào)度和控制運(yùn)行。組成框圖見圖2。

測試診斷軟件總體執(zhí)行方案如圖3所示。

2.3.2 測試診斷開發(fā)平臺(tái)

測試診斷開發(fā)平臺(tái)主要包括故障診斷開發(fā)、保障對(duì)象管理、儀器配置管理和測試任務(wù)開發(fā)四個(gè)子模塊，如圖4所示。為測試流程的開發(fā)提供集流程管理、資源管理、界面定制、流程設(shè)計(jì)、流程編輯、流程導(dǎo)入、流程導(dǎo)出、流程仿真于一體的、完整的可視化開發(fā)環(huán)境。

測試診斷開發(fā)平臺(tái)的軟件單元之間的執(zhí)行方案如圖5所示。

2.3.3 測試診斷運(yùn)行平臺(tái)

測試診斷運(yùn)行平臺(tái)為測試診斷開發(fā)平臺(tái)開發(fā)的測試任務(wù)提供運(yùn)行環(huán)境，結(jié)合測試任務(wù)流程和平臺(tái)硬件對(duì)被測對(duì)象的狀態(tài)進(jìn)行檢測，并定位故障。測試診斷運(yùn)行平臺(tái)主要包括外掛程序調(diào)用、測試診斷程序、測試流程執(zhí)行（含接口中間件）和檢測數(shù)據(jù)管理四個(gè)子模塊。

測試診斷運(yùn)行平臺(tái)的軟件單元之間的執(zhí)行方案如圖6所示。

3 結(jié)束語

不同種類、不同頻段的電路板的功能與性能測試，對(duì)測試資源的要求差別很大，必須針對(duì)各類電路板的測試特點(diǎn)，在通用測試資源的基礎(chǔ)上，分別構(gòu)建相應(yīng)功能的測試系統(tǒng)。針對(duì)不同的測試對(duì)象或測試要求，需設(shè)計(jì)相應(yīng)的檢測適配器，并進(jìn)行測試軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)。此外，電路板絕大部分價(jià)格昂貴，經(jīng)儲(chǔ)存或修復(fù)后，有必要再次進(jìn)行功能與性能測試以及環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)。

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