电子测试系统的硬件通用设计

刘飞

（中国电子科技集团第29所，四川成都，611731）

关键字：通用测试；FPGA；微波测试

1 问题

一个电子系统通常包含接收天线、微波前端（放大）、微波下变频、信号处理、信号上变频、信号发射、发射天线等部分。我们把这些各个功能部分叫做某分机或模块，各个分机（模块）都需要各自解决自己的测试问题，以便后续总体部门进行集成。

我们将常用的分机（模块）的接口梳理如下表1所示。

表1 常见的分机模块接口表

从上面的统计看，被测试设备的射频输入都可以用传统通用信号源、输出可以用频谱仪，这些仪器也可以程控来作为自动测试部分，这个方面借助现在的网线、GPIB控制现在都能实现很好的通用化，这部分在自动测试领域讨论得非常多。但是其中的数字类接口由于定制通信协议、定制控制时序等，很难实现通用化。虽然市场有很多第三方板卡（如数字IO，数据采集卡，串口卡）等能够部分实现产生时序，控制等功能，但是离通用化还有一段距离。本文就提一种把数字模块实现通用化的设计思路。

2 通用化测试硬件架构

2.1 外部接口部分

多年的工程实践，接口部分技术发展快，外部接口变化也快，对外部接口的种类数量要求有不确定性，我们提出一个较为激进的办法，叫物理接口饱和设计。大致就是统计一些可能会测试到的对象的具体接口形式、控制总线种类，采用其中最多的一种组合并且保留一定余量。

图1为一种接口设计需求，其中包括如RS232、TTL电平接口、LVTTL电平接口、LVDS、MLVDS、SRIO等接口。其中需要数量都按照可能需要数量的最大值来设计硬件，以保证硬件端口足够，为后续FPGA编程留下空间。

图1 通用化的测试硬件接口部分

主要核心为两个可编程的FPGA器件，一个用flash加载固定软件，负责和计算机通信；另一片FPGA采用PC计算机配置软件，在这一片上设计各种测试接口，有些接口通过FPGA直接实现，有些通过接口芯片连接实现（如上图1），用FPGA编程来实现对各种接口的灵活使用。

表2 各种接口用的芯片一览

板卡和计算机配合，在计算机上通过通用的总线如PCI总线（USB总线）来实现计算机和板卡之间的通信。再将计算机的命令通过FPGA转译成和对应端口相匹配的数据格式和命令，发出给被测试设备。在数据接收时正好相反，各接口接收到被测试件发送的数据，在转换格式通过PCI总线（USB总线）转给计算机显示或记录。这样实现计算机和被测试件之间的通信。

2.2 配置灵活性解决

采取方法：FPGA软件采用多个，为了能在一个测试台快速的切换多个被测试对象，在PC计算机端进行多个FPGA软件的在线配置，满足一个工作台在多个测试设备需求下的灵活切换。在线配置FPGA的硬件设计示意如下图图2所示。

图2 FPGA的在线配置硬件示意图

要对FPGA进行动态配置，必须正确连接M2、M1、M0三个配置模式管脚，硬件上正确连接CCLK、PROG_B、DIN、CS_B、RDWR_B、INIT_B、DONE、BUSY等信号，其中CCLK、PROG_B、DONE等信号要进行相应的上下拉处理。

在操作人员需要更换FPGA程序是，在人机交互界面上选择新的软件，通过总线下发给XC2VP40芯片，芯片将BIT文件格式进行转换，并且产生加载时序（如图3），加载给XC4VFX60，这样就在线更新了FPGA软件，适应新的测试对象的需求。

图3 在线配置FPGA时序

3 应用实例及效果

在通用化的指导思想下，我们实际设计了多款基于PCI总线的测试板卡，如下图4为其中之一。

图4 通用测试板卡

此板卡将TTL，LVTTL、LVDS，RS232串口总线等通信需求融合到一起，实现了多个产品共用。实例中的产品没有实现软件的在线配置，但是效果已经非常不错，测试常见种类的模块覆盖率可以到80%左右。更新的具有重加载功能的办卡也已经设计下图。预计测试覆盖效果会高于95%。

4 结束语

在测试通用性领域，大家对通用仪器，程控仪器等讨论比较多，但是在实际过程中，我们发现除了通用仪器控制，软件需要通用之外，还有数字板卡的通用设计讨论较少。虽然很多第三方测试产品中有类似的产品，很难实现高灵活性的使用。作者在硬件设计领域从业，根据多年工作总结，提出一点这方面通用设计思路，算是抛砖引玉，供大家一起讨论。