李 近 范名琦

(1 九江学院理学院 江西九江 332005；2 海军装备部装备采购中心 北京市 100071)

电路板的研制、生产、调试及维修是复杂系统和设备关键的环节。很多时候针对不同功能的电路板调试，需搭建不同的调试平台，由技术人员通过各种仪器来检测逐个信号的品质。因而，判断电路板功能或性能的故障及精度，完全依赖于技术人员的个人经验。另外，由于电子技术的飞速发展，电路板上电路集成度越来越高，手工调试和查找故障可能对电路板上的一些器件带来隐性的损坏。因此，需要设计一套功能强大，能够对数字信号、模拟信号、数模混合信号进行自动测试和故障诊断评估的系统，为复杂系统电路板的研制、测试、调试及全寿命周期的维护等工作提高效率、降低成本。

1 系统总体设计

1.1 概述

系统由3大部分组成，即硬件平台、测试集成环境(TIE)软件和测试程序集(TPS)组成。从设计上改变功能单一的测试思路，建立一个涵盖多种被测单元(UUT)的综合性通用测试系统，为复杂系统内电路板研制提供测试、调试保障条件。采用当前先进的虚拟仪器控制技术，遵循系列化、通用化、组合化原则，选用成熟技术，选用性能先进且性价比高的基于PXI总线技术模块，精心构建硬件技术平台。同时采用VC++开发功能强大的集成测试环境软件，使系统成为一个高性能的综合测试系统，具有测试开发、测试执行能力。为不同类型电路板研制提供板级的测试程序开发环境(含图形化测试程序开发软件包和支撑编译系统等)，满足通用化测试需求。

系统提供两种工作方式：自动测试方式和人机交互测试方式。在自动测试方式下，通过调用相应电路板TPS，可以对被测单元自动执行测试，并输出测试结果，操作人员不需干预测试执行过程[1]。在人机交互测试方式下，通过调用相应TPS，以人机对话的方式按测试流程对UUT分步实施测试，并输出测试结果，操作人员需根据屏幕提示人工进行操作。

1.2 系统架构

采用基于PXI总线构建的自动测试系统的架构如图1所示。各主要测试资源模块均选用PXI模块化，可灵活配置和挂接到PXI测试机箱内。主控计算机通过桥接卡接入PXI总线零槽，实现对系统资源的调度。

2 系统硬件设计

2.1 测试系统资源配置

测试系统由显控单元、信号采集与处理单元和供电单元3大部分组成。选用1.6m机柜，安放信号采集与处理单元和供电单元，也可满足未来用户扩充的需要。

图1 系统架构

2.1.1 显控单元 显控单元由台式主机和显示器等组成。外挂台式主控计算机，通过台式计算机内置PCI-8570桥接卡实现与PXI机箱桥接。测试系统对空间没有要求，外挂主控机选用采用高性能台式机，成本低，有利于集成测试环境软件运行及开发，而又不影响测试响应与速度。

2.1.2 信号采集与处理单元 信号采集与处理单元由数字多用表PXI-4071、微电流测量与输出PXI-4132、任意波形发生器、脉冲信号源PXI-6602、示波器PXI-5114、CAN总线cPCI-7841、Adlink PXI RS232/4、RS485/RS422总线、数字I/O cPCI-7432、AD/DA模块PXI-2205和PXI-2502等资源组成。由于采用了开放式的总线架构，进行可扩展性设计考虑，采用双PXI机箱(PXIS-2700、PXI-1045)配置， PXI机箱由2块PXI-8570桥接卡连接，可提供多个PXI扩展插槽以及USB/GPIB/Ethernet等接口。可实现1～20MHz波形信号产生、±50mA范围内的高精度微电流输出及测量、±10V电压产生及采集、高压隔离双向数字I/O能力、多用表电压/电流/电阻测试能力、通讯及总线能力，测试资源种类比较齐全，可以达到复杂系统电路板通用综合测试目的。同时为实现尽可能多的资源组合或自动切换，配置2块矩阵开关PXI-2529单元模块，单卡8×16(2-线)的配置，通过矩阵模块实现自动测试。添置USB/JTAG适配器和配套软件即可进行电路板边界扫描测试。

2.1.3 供电单元 供电单元由安捷伦系列组合模块电源和GPIB接口控制模块组成。通过控制控制器N6700B以及N6742B、N6743B、N6744B 等电源模块附件，可实现多种电源组合输出。输出环节考虑安全设计，增加保险丝或保险继电器等过负荷保护装置，当负载开路或短路及失谐时，设备不应受到破坏。

2.2 通用测试接口设计

测试接口由VPC-2000夹具、测试盒以及测试适配板组成(见图2)。

VPC-2000夹具由夹具连接器/UUT电缆、夹具框架、夹具外箱、接收模块、接收模块外箱组成，能与机柜内PXI机箱组成一个有效的整体，保证模块、仪器与夹具的有效配合，各PXI模块的输入输出口均连接到安装在VPC夹具中的接收模块中[1]。

图2 测试接口

测试盒可为某一类电路板或多种电路板专门设计，盒外侧安装与被电路板对接的电缆插座，测试需要的调理电路可设计在盒内；为电路板测试设计的盒外侧安装300芯连接器插座及延伸接口测试适配板支持机构，测试盒面板上引出了示波器和多用表接口，其中示波器1通道仅从测试盒顶部引出，而2通道既从测试盒顶部引出，也从测试口多芯插座引出，是复用。测试盒顶端的电源插座跟300芯测试口里面的电源引脚是复用，总功率不变。

测试适配板实现测试需要的调理电路和被测电路板插座，适配板针对某一类型或几类型电路板专用设计。

3 系统软件开发

3.1 测试集成环境软件设计

采用VC++进行TIE测试集成环境软件的开发，软件由测试数据交换平台、测试程序开发平台、测试执行管理平台、系统管理平台组成。每个平台由若干软件组成，各个软件通过软总线(TIEBUS)技术协同完成测试任务。

整个测试流程中涉及大量的数据输入、输出及各个软件间的数据交换，管理该任务是测试总控软件的主要任务，称之为TIEBUS。TIEBUS总线技术仿照硬件领域的总线技术，各个软件及TIEBUS内均包含一套信息收发处理模块、数据收发处理模块。个别软件模块间还具备高速通讯的局部总线。各个软件同步协同完成测试任务。各子功能软件挂在TIEBUS上，被测试总控软件TIE统一控制调度和管理。测试集成环境数字I/O测试配置页面见图3。

图3 集成测试环境软件

3.2 板级测试程序设计

板级测试程序通过集成测试环境软件调度测试资源及故障诊断库实现自动测试或者程序向导的手动测试，通过理论值与测试值的多种比对方法完成测试，完成对板级功能单元的故障诊断和定位。TIE还可根据需要调整测试激励的范围，对UUT进行拉偏测试，完成板级性能测试。板级测试流程见图4。

4 总结

该系统为开放式架构，采用PXI总线、虚拟仪器等技术实现，优势在于用户根据不同的测试

需求，在通用自动测试系统集成测试环境软件上灵活地配置测试资源、开发TPS，通过适配板，实现板级或系统级故障诊断与定位，自动化程度

图4 板级TPS测试流程

高；缺点在于要保证系统的通用性，硬件资源配置要齐全、开关矩阵模块切换范围大，系统成本与通用性成正比。系统应用前景广阔，降低批量电路板或系统的测试与维护和维修线费用，尤其对军工复杂系统和设备的研制、调试及维护等全寿命保障具有重要意义。

参考文献：

[1]王丹.基于PXI技术的测试设备在装甲车上的应用[D].国防科学技术大学，2008.38.