基于电子设备自动测试系统的通用性设计分析

廖永进

摘   要：电子设备产品越来越多，测试的复杂性和精准度要求也更高，为适应电子测试需求，文章詳细介绍了自动化测试系统的关键应用技术，阐述了自动测试系统基本原理，提出了测试系统校准的设计方案。自动化测试系统具有标准化、可重复化特点，有效降低了测试人员的劳动强度，大大降低了测试成本，保证了测试效率。

关键词：电子设备;自动测试系统;校准;通用性设计

1    自动化测试系统主要技术

1.1  测试总线及计算机辅助技术

自动化测试方面，应用最为广泛的是采用测试机箱底板总线vxl，PxI技术以及具有互联功能的USB，SCXI，GPIB，MXI，FireWire等总线技术，另外还有基于LAN技术的LXI总线（LAN eXtensions for Instrumentation，LXI）技术，实现了网络化自动测试系统成为行业的主导。计算机辅助系统应用较早，主要采用多维鼠标、高分辨率图形监视器、多功能触摸屏、语音合成器、高精度图形照相机、摄像机、智能数据库、存储硬盘、跟踪定位装置等硬件，建立多维图形世界或仿真虚拟场景（Artificial Intelligence，AI），实现全动态音频、视频形式的高精度、准确测试信息，满足各种测试场景需求。

1.2  基于多传感器的虚拟融合技术

目前，基于多传感器的虚拟融合技术比较流行。随着传感器技术日益成熟，传感器测量精度更加准确。利用计算机图形软件环境，建立逼真的图形化虚拟仪器面板，利用功能强大的虚拟仪器、仪表以及各种专业的测试工具把传感器获得的多种信息和数据进行拟合，可以实现对设备的控制、数据分析处理及各种人机交互功能。尤其是IVI规范的应用，实现了软件测试的相对独立性和仪器级的互换性。基于多传感器数据融合技术，对设备的多种特征信息进行提取、分析、拟合、分析判断以及决策，提高了测试的便利性和高效性。另外采用商用现成品或技术（Commercial Off-The-Shelf，COTS），具有更加广泛的通用性和标准化程度，大大减少了电子产品研发、生产、测试等费用。

1.3  基于人工智能的专家系统技术

基于机器智能化、网络化自适应诊断测试系统的开发和应用是新一代测试系统应用的主要研究方向。广泛采用模型算法、人工神经网络、模糊逻辑模型理论、鱼群模型算法、故障树、鸟类仿真技术、诊断专家系统、遗传算法等新型测试系统具有良好的市场优势[1]。其中AI-ATE体系结构是基于人工智能的专家诊断测试系统研究工作，实现了商用可能。AI-ATE体系结构具有强大的数据库系统，可以把标准图册、操作实用说明书、技术资料、维修指南等传统电子技术手册资料存储到数据库中，从而建立完全无纸化的人机交互测试环境，极大地提高了电子设备测试效能。

1.4  隔离式测试技术

隔离式测试技术可实现测试器与被测电路板间的完全无接触状态，不再需要很多测试工具、夹具、连接导线以及装置。测试过程中，有效利用被测电路板各种特征参数（电气参数之外），便于超大规模集成电路器件以及复杂结构电路板（具备表面安装工艺）。隔离式测试技术具有测试安全性高、测试速度快、诊断效果良好的特点[2]。

2    电子设备自动测试系统设计

2.1  自动测试系统原理

自动测试设备集合计算机硬件、各种测量模块、开关类模块、控制模块、传感器等，在人机交互界面运行自动测试软件，实现测试仪器设备的集中控制，对被测电子系统、电路板等功能特征参数的测试以及相关数据分析、性能评估和电子元器件参数调整等，满足检测、定位故障诊断等需求。针对多种自动测试设备中统一模块进行相应的校准方案设计并满足精度要求，可以实现通用校准。测试系统以计算机为中心，采用总线技术，实现对被测试设备进行测试。测试系统可实现人机交互，测试数据或报告可保存、打印。

2.2  自动测试系统校准硬件设计

自动测试设备尤其是电子类产品的种类繁多，测试频率高，通常需要较高的校准。为了适应通用性准则和扩展性需求，降低投资和研发成本，基于总线技术采用模块化设计，按照机动化、自动化、通用化的设计原则，设计了通用校准系统。其硬件框架如图1所示。采用通用仪器（模块）对自动测试设备检测、基准源等部分进行校准，将系统总线、连接电缆、信号转接、电源等作为整体校准对象，采用校准适配板对同类型自动测试设备进行校准扩展，具备良好的通用性。

图1中自动测试设备通用校准仪采用计算机作为控制中心，计算机通信适配网络，实现采集、控制、处理、分析、存储、显示、打印等功能。系统主要包括信号测量模块和基准源模块。其中，信号测量模块主要包括电压测量模块、周期/频率测量模块、电阻测量模块，主要实现对交/直流电压信号、频率信号以及电阻的测量，用于对波形信息的检测以及产生高精度电流信号等。基准源模块主要由波形发生器模块和标准直流电压信号产生模块构成，用于产生幅度频率可调的方波、正弦波、梯形波信号和占空比可调的周期脉冲信号以及满足测试需要、较高精度的直流电压[3]。

校准仪采用计算机实现对校准仪和ATS程控。校准仪的基准源模块通过接口电路和标准适配板，对测试设备发出电压和波形等激励信号，被校准信号通过测试电缆和适配板相连，再利用通用接口传输到测量模块进行校准。计算机采用RS232，USB，WIF，CAN等实现与通信模块的控制。控制模块激励信号的发出以及测试信号的接收。

根据计量标准和规范，校准满足在计量有效期内（一般为1年），可以有效溯源到国家基准，校准技术指标高于被测试设备的0.1～0.25。

2.3  软件功能设计

为了通用性要求，满足多种电子设备的测试需求，软件设计方面充分考虑系统实用性、可靠性，采用Windows 10操作系统，利用Labwindows/CVI开发软件C语言平台，具有丰富的源码级设备驱动程序，可以面向仪器直接交互，编程方式简单便捷。软件功能框架如图2所示。

軟件测试主要由校准管理软件、DSP控制软件、校准软件、自动测试设备硬件控制软件构成。校准管理软件可实现校准人员、文件、数据库等管理;校准软件为集成软件系统，包括校准测试所需的所有软件，可实现软件的自动更新。

3    结语

ATS，ATE等测试系统在武器装备制造、电子产品制造、航空航天、移动通信等领域应用较为广泛。随着智能技术及网络技术的成熟，利用嵌入式系统测试工具和方法，在测试规模、测试复杂度、测试精度、测试速度等方面，自动化测试系统都具有无可替代的作用。自动化测试系统具有标准化、可重复化的特点。利用计算机及软件测试，有效降低了测试人员劳动强度，大大降低了测试成本保证了测试效率。在不久的将来，随着5G技术的普及及AI技术的推广，自动测试系统将更加先进和智能。

[参考文献]

[1]雷婉琦.基于综合通信导航识别设备的自动测试系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2015.

[2]汪静，欧阳红军，蒋薇.ATE可计量性信息流建模与分析研究[J].仪器仪表学报，2012（11）：105-110.

[3]张俊丽，宋家友，姚淼.某型自动测试系统校准周期的确定[J].南京邮电大学学报（自然科学版），2015（6）：96-99.

Abstract：There are more and more electronic equipment products， and the complexity and accuracy of testing are also higher. In order to meet the needs of electronic testing. This paper introduces the key application technologies of automated test systems in detail， explains the basic principles of automatic test systems， the design scheme of test system calibration is presented. The automated test system has the characteristics of standardization and repeatability， which effectively reduces the labor intensity of testers， greatly reduces the test cost， and ensures the test efficiency.

Key words：electronic equipment; automatic test system; calibration， universal design