基于PXI总线的电路板级功能测试系统

刘春来 张 东 史宏亮

(北京自动测试技术研究所 100088)

1 引言

印制电路功能板(PCB)是电子产品的重要组成部分，随着科学技术的快速发展，特别是数字技术及各种超大规模集成电路的广泛应用，电子仪器、设备尤其是军用电子装备结构越来越复杂，功能越来越完善，自动化程度也越来越高。虽然电子仪器、设备的性能得到提高，但是对测试和维修保障也产生了测试流程复杂、测试时间长、维修保障困难等诸多难题，这些都严重影响了电子仪器、设备的完好性和寿命周期。

电路板（PCB）级功能测试是指对被测电子线路板（或功能模块）提供模拟的运行环境，使目标板工作于设计状态，从而获取输出信号，进行验证目标板的功能状态。简单地说，就是对目标板加载合适的激励，测量输出端响应是否合乎要求。同时也能对一些可调参数的元件(如电位器、可调电感)进行参数值的调整，进行功能测试时需要按正常工作方式接通电源，通过从输入端施加若干测试激励，观测其相应的输出响应，并与预期的正确结果进行比较，以判定电路板是否满足设计要求。如有故障，则找出故障产生的原因并进行维修。

本文研究了一种适合于目前电子产品需求的电路板板级功能测试系统，该系统以PXI总线为主要接口形式，利用FPGA及相关硬件实现对电路板快速、准确的功能测试，实验结构证明了系统可实现测试界面的可视化，并极大提高了电路板板级功能测试的效率。

2 系统设计方案

电路板功能测试的基本原理是暗箱原理，如图1所示，即被测对象是一个“神秘”的不可及“暗箱”，在不允许打开“暗箱”的情况下又要了解“暗箱”中的奥秘。因此，只能通过对它施加激励信号后产生输出响应来完成对系统的分析。根据测试原理图，可知电路板测试系统要完成如下四步工作：

① 向被测对象送出测试的激励信号(测试矢量)。

② 接收被测对象在激励信号下的响应信息。

③ 根据激励与响应之间的关系分析并“决策”下一个激励矢量。

④ 根据激励矢量序列来确定故障的地点和类型。

图1 测试系统原理框图

电路板功能测试的主要问题是如何实现被测电路板与测试系统的连接。由于电路板接口种类众多，且信号数量庞大，数据信号速率高，电源信号功率大。针对系统这一特点，本文采用了国际通用的PXI标准总线结构，在保证系统信号传输的高速性能和可靠性前提下，同时也增强了测试系统的通用性及可扩展性。因待测试电路板都是基于标准总线的(PXI、VXI、CPCI等)，系统的标准总线测试区提供了各种标准总线的工装。每种电路板可直接安装于测试系统内，根据被测电路板的功能编写测试程序并利用非标准总线测试区的各种仪表对其进行测试。适配器分布以及适配器与系统连接方式如图2所示。

图2 适配器与系统连接方式框图

3 系统硬件设计

测试系统主要包括主控IPC、测试仪器（硬件模块构成）、系统软件、测试连接装置等部分。系统整体框图如图3所示。

图3 功能测试系统硬结构框图

PCB测试系统的硬件平台由主控计算机、测试仪器、通用测试接口连接装置等部分构成。主控计算机完成测试控制、故障诊断、控制用户界面、和数据显示系统管理等任务。测试仪器通过测试总线与主控计算机连接，在主控计算机的控制下完成测试任务。通用测试接口连接装置由通用接口电路、接口适配电路和连接装置构成，通过信号转接等将被测电路板的信号接入测试系统，必要时还需要对信号进行调理、变换。测试软件完成人机交互、硬件控制、测试控制、数据管理等功能。

通用测试接口分为标准总线测试区与非标准总线测试区。非标准总线测试区中，测试系统中所有硬件资源的输出连接至最终面板，为操作者提供统一的操作接口定义。根据被测电路板或系统的不同，操作者可根据需求连接所需的资源制作适配器。针对每一种电路板或系统的输入、输出信号排布，测试人员可制作一个测试适配器与测试系统的信号输出面板相连接，与测试系统信号输出面板相连接的适配器示意图如图4所示。

图4 测试系统信号输出面板

4 系统软件

软件系统是功能测试系统研究项目的重要组成部分，分上位机和下位机两部分。其中，上位机软件利用LabVIEW编写。采用虚拟仪器图形化编程来实现系统的大部分功能，诸如数据采集、数据分析、数据显示和测试结果管理部分都是依靠软件系统来完成。LabVIEW的基本单位是VI，LabVIEW可以通过图形化编程的方法建立一系列的VI，进而完成用户指定的各项测试任务。用LabVIEW编制出的VI是分层次和模块化的，对于同一个VI，可以将其作为顶层的程序，也可以用做其他程序或子程序的子程序。用户通过上位机软件设定测试项目。向下位机发送测试命令，接收下位机上传的测晟数据并对数据进行分析得出测试结论。下位机软件包括接口通信程序、SPI驱动、A/D配置、I/O配置等。用于接收上位机通过USB总线传送过来的命令。控制各个模块正常工作．按照从上位机接收到的指令生成激励信号，测量激励信号在每个测点产生的响应，并将测量数据传送到上位机进行分析和处理。

根据测试系统所要实现的功能和系统软硬件的规划，测试系统软件主要包括如下功能：

①参数设置；②模拟检测；③数字检测；④自动检测；⑤信号存储及报表生成；⑥分析与诊断。

电路板功能测试的一个重要难点是如何生成测试程序及功能测试图形，以快速的对被测单元进行检测。测试图形“学习法”对系统软硬件进行针对性设计，测试系统对已知被测电路板施加激励的同时，可自动学习输出信号，从而达到缩短编程时间的效果。对于被测电路板资料缺失的现象，基于学习法的测试过程可准确的测试未知电路板是否存在故障，并对电路板进行分析。

基于上述技术路线研制的电路板功能测试系统，易于对各种类型电路板进行功能测试分析。针对每种电路板的测试软件开发流程：

①被测电路板 进行分析提出测试需求并设计测试流程；

②跟据测试需求确定硬件资源的使用情况，构建测试接口连接装置；

③依据测试流程开发测控软件；

④ 完成功能测试过程并进行分析。

测试程序的编写流程如图5所示。

图5 测试程序编写流程

5 总结

本文研究了一种电路板板级自动测试系统的设计与应用。针对电路板测试要求可视化、性能稳定、便于移植等特点，构建了基于LabVIEW、NI数据采集卡的电路板自动测试系统。自投入运行以来，无论在经济性、实时性、开放性还是整个系统的信息集成方面，都取得了很好的应用效果，各项控制指标达到了设计要求精度，满足了系统测试要求。

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