机载计算机接口电路的可测试性设计

王冲　汪宝祥

摘 要：测试性是系统和设备的一种便于测试和诊断的重要设计特性，对现代武器装备及各种复杂系统特别是电子系统和设备的维修性、可靠性和可用性有很大影响。文章根据测试性设计的基本思想，結合常用接口电路，对电子产品的测试性设计进行了有益的尝试，为后续产品的设计提供参考。

关键词：测试性；BIT；故障

引言

随着计算机技术的发展和大规模集成电路的广泛应用，在改善和提高系统性能的同时，也大大增加了系统的复杂性，这势必带来测试时间长、故障诊断困难和使用保障费用高等问题，如何提高系统的测试性，及时而准确地确定其工作状态，并隔离其内部故障，成为产品研制过程中越来越重要的问题。随着机载产品对尺寸和重量要求的日益严格，怎样在尽可能少地增加硬件和软件的基础上，以最少的代价来获取所需的测试能力，是系统设计需要综合考虑的问题。

文章根据测试性设计的基本思想，结合常用接口电路，对电子产品的测试性设计进行了有益的尝试，为后续产品的设计提供参考。

1 测试性设计的概念

测试是指对给定的产品、材料、设备、系统或过程等，按照规定的程序确定一种或多种特性的技术操作。测试性是指产品能及时准确的确定其工作状态（可工作、不可工作或性能下降）并隔离其内部故障的一种设计特性。一个系统、设备或产品可靠性再高，也不可能保证永远正常工作，使用者和维修者要掌握其“健康”状况，要确知有无故障或何处发生了故障，希望系统和设备本身能为此提供方便，便于监控其“健康”状况、易于进行故障诊断和测试的特性，就是系统和设备的测试性。

提高系统和设备的测试性水平，使其具有良好测试性的主要途径和方法，是进行固有测试性设计、兼容性设计和机内测试（BIT）设计。

固有测试性是指仅取决于系统和设备的硬件设计，不受测试激励和响应数据影响的测试。

兼容性设计是指测试对象与外部测试设备之间在信号传输、电气和机械上接口配合的一种设计，其目的是为ATE测试提供方便，减少或消除大量专用接口装置的设计。

机内测试是指利用设计在产品内的机内测试设备或子测试硬件、软件，对产品全部或一部分进行测试的方法。

2 测试性设计的主要标志

系统和设备具有好的测试性的主要标志如下：

2.1 自诊断（自检）能力强

（1）本身具有自检测用的硬件和软件；（2）能够检测本身的工作状况；（3）检测和隔离故障的比例高。

2.2 检查维修方便

（1）人机接口好，便于使用和维修人员检查和维修；（2）可自动记录、存储故障信息，便于查询；（3）可按需要检查系统各部分的健康状况。

2.3 便于使用外部测试设备进行诊断测试

（1）设有足够多的测试点，用于信号测量、激励输入和测试控制；（2）与外部测试设备接口简单方便，兼容性好，需要的接口装置少；（3）测试程序简单、易行、有效；（4）尽可能选用通用测试设备，需要的专用测试设备少。

3 测试性设计

文章结合某接口模块，给出了常用接口电路的测试性设计方法。

接口模块集成数据处理、数据存储、RS422通讯、RS232通讯、离散量控制、模拟量控制等功能，原理框图如图1所示。下文分别对各种接口的测试性设计进行详细描述。

3.1 RS422接口电路测试性设计

RS422串行通讯接口单元主要由UART协议芯片和驱动芯片组成。协议芯片的地址译码、读写信号及复位信号均通过逻辑芯片CPLD产生。RS422单元的参数性能如下：（1）全双工RS422接口；

（2）RS422传输速率可调，最高可达921.6 kbps。

为了满足系统的测试性要求，文章给出了两种测试方式：（1）通过继电器切换功能，将输入通道与输出通道环接；（2）增加数据采集通路，将输出通道进行回环。

下面对两种实现方式进行详细论述。

方法一：如图2所示，增加继电器对RS422通道增加切换功能，正常工作情况下，驱动芯片AM26LV32采集外部输入的RS422数据，同时通过驱动芯片AM26LV31输出RS422数据，实现全双工对外通讯。在维护自检测及上电自检测的时候通过逻辑控制继电器线圈进而控制后级开关将输入和输出进行外部环接，将输出的数据回环到输入通道，通过数据比对实现自检测。在模块正常工作期间，可将UART工作模式配置为自检测模式实现周期自检。

方法一的优点是维护自检和上电自检情况下检测覆盖率较高，节省印制板版面。缺点是周期自检时只能检查UART芯片自身故障，整个链路的故障无法检测。

方法二：如图3所示，对所有的RS422输出信号在插座处环接回来，保证上层软件能够对输出数据进行监控。该方法在周期自检、上电自检和维护自检的情况下都能够对整个输出链路进行检测，但是对输入通道检测能力不足，且需要增加专门的UART芯片和驱动芯片，占用一定的印制板面积。

RS422测试电路的设计需综合测试覆盖率、版面、功耗、成本等需求进行考虑。

3.2 离散量接口电路测试性设计

离散量（又称开关量）用于获取系统的相关状态或指令信息，通过输出离散量信号实现对状态的指示。在航空机载系统中，离散量有多种电平形式：28V、12V等，接口模块需要建立一个稳定可靠的输入采集和输出控制的通道，已兼容不同的离散量电平。

离散量采集一般有低通滤波电路、限压电路、光电隔离等电路将外部输入的电平转换为接口模块可以兼容的TTL电平，然后经锁存后等待处理器采集。低通滤波用于滤除信号线上毫秒级的抖动，限压电路用于防止输入电平抖动引起误导通，光耦用于前后级的光电隔离。

离散量输出电路在处理器及逻辑电路产生稳定的TTL电平后，经过固态继电器光电隔离后输出，固态继电器具备几百毫安的电流，保证驱动能力。

离散量的测试性设计如图4所示。输入端过光耦后扩展为3路TTL电平信号送逻辑芯片进行采集，处理器对采到的3路电平状态进行比较，保证采集的稳定可靠。输出端在驱动外部设备的同时，通过光耦回环进行采集，一方面可以监控输出的离散量状态，另一方面可以检测输入端的采集通路，也起到了对输入通路的检测作用。实践证明，该方法稳定高效，硬件代价较小，提高了系统的故障检测率，具有一定的参考借鉴意义。

4 结束语

随着机载设备日益复杂，怎样快速高效地检测和定位故障变得越来越重要。测试性设计是衡量装备设计的重要指标，文章依据某接口模块给出了常用接口电路的测试性设计思路和方法，试验验证该方法切实可行，对相关电路的设计具有一定的指导意义。

参考文献

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[2]田心宇，张小林，吴海涛，等.机载计算机BIT设计技术及策略研究[J].计算机测量与控制，2011，19（9）：2064-2066.

[3]刘少雄，喻卫东.嵌入式计算机的BIT设计与实现[J].计算机工程，2008，24（B09）：115-116.

作者简介：王冲（1982-），女，汉族，河北省辛集市人，硕士，工程师，主要研究方向为分布式仿真、嵌入式系统。

汪宝祥（1982-），男，汉族，安徽省岳西县人，硕士，工程师，主要研究方向为光电控制。