基于多总线结构的电路板测试系统设计研究

刘倩茜++王格芳

摘要： 针对某型装备电路板种类繁多（包括数字电路、模拟电路、数/模混合电路等）、信号频段宽、特征变化范围大、测试精度要求高等技术特点和测试需求，运用自动化测试系统集成技术、智能化故障诊断开发技术，采用以PXI总线与LXI总线、GPIB总线并重的多总线结构，对某型装备电路板测试试验系统进行了设计研究。

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.

关键词： 电路板测试系统；自动化测试；智能化故障诊断；多总线结构

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

中图分类号：TN40 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）32-0131-03

0 引言

某型装备电路板种类繁多（包括数字电路、模拟电路、数/模混合电路等）、信号频段宽、特征变化范围大、测试精度要求高，要有效实现电路板功能与性能测试，在信号激励与电源供应方面要求频率范围大、供电路数多，应提供信号源、程控多路电源；在信号测量与分析方面要求频率范围宽、数据精度高，应提供低频、中频、高频测试仪器与设备；在测试过程控制上要求测试资源配置灵活，应采用矩阵开关模块进行多线可变输入、输出控制。测试系统应针对不同的测试对象或测试要求，设计相应的检测适配器，并进行测试软件设计与开发。

基于以上电路板测试需求分析，某型装备电路板测试试验系统采用以模块化PXI总线测试设备与分立式GPIB总线测试仪器并重的多总线结构，测试系统主要是基于GPIB分立式测试仪器、PXI总线模块化测试设备进行系统集成，研制检测适配器、开发专用测试软件等，从而构建典型电子装备电路板测试系统。测试系统具有模拟被测对象测试环境的能力、检测被测对象全部功能项目的能力、测试被测对象主要性能参数的能力，以及开展被测对象环境适应性试验的能力[1-3]。

1 测试试验系统需求分析

1.1 测试对象特点

针对某型装备部分双100芯插件板和210芯插件板作为测试对象进行性能、功能测试和故障诊断研究。具体为：

①监控分系统插件：彩显接口板、PIN板、S/D变换板、286μс板、混合电源板、线性稳压器；

②信号处理分系统插件：时序板、信号组合板、FIR板、CFAR板、杂波图板、MTI板、数字脉压板、开关电源；

③终端分系统：录取板、视频积累板、延时接口板、通信接口板、询问录取板、图形板、回波板；

④接收分系统：A/D板。

1.2 测试系统主要功能要求

电路板PXI总线测试设备是电路板测试试验分系统的重要组成部分，配备有中低频电路板测试所需的各种资源，并通过合理集成，使该测试设备作为一个相对独立的系统[4-8]，提供电路板部分主要性能指标测试和功能故障诊断能力，主要功能要求如下：

①为被测电路板提供各种中低频激励信号；

②能够测试分析被测电路板各种中低频信号；

③提供被测电路板数字I/O测试能力；

④提供仪器管理和程序、虚拟仪器开发能力；

⑤具备与其它标准测试总线设备互联能力；

⑥具有自检功能，自检范围覆盖全部测试通道；

⑦结构通用、开放，软件组件可重用、TPS可移植；

⑧仪器具有互换性，接口和连接器标准化；

⑨通过研制专用检测适配器，可实现对系统的重构或扩充。

1.3 系统主要技术指标

电路板测试试验系统主要技术指标要求如下：

①模拟被测对象的测试试验环境的能力。具备产生标准函数/任意波形、高频信号、数字I/O等激励信号能力，具备提供8路交流电源、8路直流电源能力，可调直流电子负载具有恒流/恒压/恒阻三种模式；

②测试被测对象的主要性能指标的能力。具备测量基本电参数、信号频率、信号功率、信号波形、数字I/O的能力，具备信号频谱分析能力；

③电路板的维修测试诊断能力。具有对电子设备电路板件中集成电路及半导体元器件进行在线测试和故障诊断能力。

2 测试试验系统总体设计

2.1 系统组成结构

针对典型电路板测试试验要求，基于“开放、标准、通用”的设计理念[7-10]，采用测试系统集成技术，构建由主控计算机、标准测试总线（如PXI、GPIB、LXI）、测试仪器/设备、检测适配器、测试软件等组成的电路板测试试验系统。系统采用以模块化PXI总线测试设备与分立式GPIB总线测试仪器并重的多总线结构（见图1），系统主要是借助于“电路板性能测试试验分系统”的测试资源，研制检测适配器、开发专用测试软件等，从而构建典型电子装备电路板测试系统。测试系统具有模拟被测对象测试环境的能力、检测被测对象全部功能项目的能力、测试被测对象主要性能参数的能力，以及开展被测对象环境适应性试验的能力。

测试设备硬件主要由控制器部分、PXI总线测试资源、信号转接及接口配置、适配器部分组成。测试设备的核心是采用PXI模块化仪器系统，通过选用各种的PXI测试模块实现各种通用电压、电流、开关量的产生和采集功能。信号转接及接口配置用于构建测试资源与被测对象的通用测试通道，方便适配器的设计开发。适配器分为系统自检适配器和专用检测适配器，专用检测适配器需根据不同被测电路板进行设计开发，可以实现对被测对象输入输出信号的调理。系统电源为被测电路板和信号调理适配器供电，需预留电源连接接口。测试设备通过针对专用检测适配器和电缆与被测电路板连接。测试设备软件主要由图形化程序开发工具和电路板测试诊断软件组成。测试时，软件控制测试设备的检测模块或者电源系统给出激励信号，在适配器内部进行必要的信号调理后送到检测设备，通过观察被测电路板工作状态或测量被测电路板反馈信号，实现中低频电路板部分主要性能指标测试和功能故障诊断。

2.2 系统空间布局

系统布置在两个可移动的标准机柜中，另配置一个可移动的工作台用于放置测试对象。平时自检适配器、专用检测适配器和测试电缆均放在机柜中，测试时将适配器取出挂接在系统VPC接口，被测电路板既可放在工作台上，使用测试电缆与适配器连接，或者直接与适配器上对应接口相连。机柜采用标准机柜。机柜前后门采用透明的玻璃门设计，底部使用滑轮和支脚，方便移动，同时便于支撑固定。平时不用时，柜前后门均关闭，防止灰尘。PXI总线测试资源、信号转接及接口配置和自检适配器安装在1#机柜（仪器柜）中，控制器、显示器等安装在2#机柜（操控柜）中，系统电源通过专用电缆连接到1#机柜（仪器柜）。

为了实现平台的通用性，需实现被测电路板与测试设备资源连接方式的通用性和可靠性。为此，在参考国外和国内技术成果的基础上，采用了标准信号转接阵列，设计连接器-适配器的接口结构，保证测试资源不直接与被测对象相连，而是通过连接适配器的结构实现，连接器连接系统资源，适配器连接被测对象，在连接器和适配器之间采用对插结构实现互联。

2.3 测试试验系统软件设计

2.3.1 软件总体设计框架

针对典型电路板的性能测试试验需求，基于图形化编程及国际标准的知识库体系结构，在测试设备硬件平台功能结构的基础上，利用虚拟仪器技术、智能诊断技术、数据库技术、标准化技术和中间件技术等，设计并开发便于移植与兼容、支持测试诊断与数据共享、支持在线测试的电路板测试软件系统。

测试诊断软件主要包括测试诊断开发平台、测试诊断运行平台、数据库系统、用户管理、系统自检、帮助系统和计量校准等部分，各部分相对独立，但可通过主控模块进行调度和控制运行。组成框图见图2。

测试诊断软件总体执行方案如图3所示。

2.3.2 测试诊断开发平台

测试诊断开发平台主要包括故障诊断开发、保障对象管理、仪器配置管理和测试任务开发四个子模块，如图4所示。为测试流程的开发提供集流程管理、资源管理、界面定制、流程设计、流程编辑、流程导入、流程导出、流程仿真于一体的、完整的可视化开发环境。

测试诊断开发平台的软件单元之间的执行方案如图5所示。

2.3.3 测试诊断运行平台

测试诊断运行平台为测试诊断开发平台开发的测试任务提供运行环境，结合测试任务流程和平台硬件对被测对象的状态进行检测，并定位故障。测试诊断运行平台主要包括外挂程序调用、测试诊断程序、测试流程执行（含接口中间件）和检测数据管理四个子模块。

测试诊断运行平台的软件单元之间的执行方案如图6所示。

3 结束语

不同种类、不同频段的电路板的功能与性能测试，对测试资源的要求差别很大，必须针对各类电路板的测试特点，在通用测试资源的基础上，分别构建相应功能的测试系统。针对不同的测试对象或测试要求，需设计相应的检测适配器，并进行测试软件设计与开发。此外，电路板绝大部分价格昂贵，经储存或修复后，有必要再次进行功能与性能测试以及环境适应性试验。

参考文献：

[1]阳志高，刘旺锁，胡金华.自动测试平台开关系统设计研究[J].计算机测量与控制，2007，15.

[2]张玉扣.一种基于LABVIEW技术的LAN结构自动测试平台的设计[J].自动化与仪器仪表，2015（9）.

[3]陈灿，王建业，等.基于PXI总线的数字电路板测试系统设计[J].计算机工程与设计，2015，10.

[4]陈长龄，田书林，师奕兵，等.自动测试及接口技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

[5]刘涛.BMS电路板综合性能测试系统研究与实现[D].济南：山东大学电子与通信过程，2015.

[6]沈骞.数字电路板测试系统应用软件设计[D].南京：航空航天大学测试计量技术及仪器，2012.

[7]徐健茹.电路板通用自动测试系统设计及技术研究[D].西安：西北工业大学计算机应用技术，2001.

[8]沈月伟.基于LabVIEW的数字电路板板级自动测试系统的研制[D].西安：西安电子科技大学，2009.

[9]邓斌，李演仁.单片机应用电路板故障测试系统研究[J].电子测量技术，1995，02.

[10]徐琦.虚拟仪器技术在UPS电路板自动测试系统中的应用[D].苏州：苏州大学，2008.