功能電路測試系統的改進

尹文陽，龔依民，楊陽，陳桂波

（1.長春理工大學 理學院，吉林 長春 130022；2.吉林大學 物理學院 吉林 長春 130012）

0 引言

功能電路測試系統（FCT，Functional Circuit Test）是用于驗證被測電路板功能是否良好的自動測試設備，常見的FCT測試系統（如圖1）所示，包括主控制器模塊、上位機、供電模塊、信號采集模塊、信號切換模塊及錯誤顯示模塊[1]。主控制器模塊對被測電路板提供激勵，使被測板工作在設計狀態下，利用采集模塊采集被測板的輸出信號采集值，再由主控制器模塊對采集值進行計算分析，判定被測板功能是否良好，其測試結果可信度高，覆蓋全面[2]。但FCT測試工裝存在以下缺點：（1）數據處理復雜：采集模塊使用多通道數據采集卡，采集的輸出結果為采集值，需經過計算轉變為測試量才可進行結果分析，當被測電路板的輸出信號越多，數據量大，分析難度高；（2）硬件成本過高：主控制器模塊需同FCT測試系統中的其它功能模塊建立通訊，常見的主控制器通訊方案為多路串口，對主控制模塊芯片要求高，設備成本增加[3]。針對以上兩點，本測試系統通過采集模塊的改進簡化數據處理過程，同時通過軟硬件的設計，改進主控制器的通訊方案，降低設備成本。

圖1 FCT 測試系統

1 采集模塊改進

為了避免數據處理過于復雜，選取示波器作為FCT測試系統的采集模塊，將改進的上位機作為檢測模塊。

1.1 示波器替代數據采集卡

示波器是信號測量儀器，通過測試量和波形的形式對信號進行描述，對于被測板的輸出結果分析，測試量越多，就越能從更多角度說明信號質量，而信號質量能夠直接反映出被測電路板存在的問題。

示波器自有的高壓保護機制，在高壓信號接入示波器前，經過一定的衰減比的示波器探頭，信號經過衰減后進入示波器，并對示波器的四個通道進行高低壓信號區分測量，對于被測電路板中不共地的信號，還可以選用差分探頭進行測量，防止采集過程中高壓對低壓信號的干擾，同時提高安全性。

1.2 上位機針對示波器的改進

常用示波器多數為四通道，最多同時檢測四個信號，所以將每次最多四個信號的測量定義為一個信號檢測組，把一個檢測組的信號檢測定義為一種FCT測試系統的動作類型；同時動作類型中包含高壓供電，低壓供電，信號檢測等；每個信號檢測組中按照示波器常用測試量劃分，通過同示波器的通訊獲取該被測板信號測試量，并在上位機界面（如圖2）所示，設置測試量的上下限，由上位機通過通訊寫入主控器模塊的FLASH內存中，用來進行輸出結果分析。

圖2 上位機信號配置界面

2 主控制器模塊多路通訊方案

為了實現主控制器模塊同其它功能模塊間的通訊，已有的一種實現方式是基于主控器模塊的多路串口通訊外設，檢測配置模塊，采集模塊以及供電模塊的通訊均采用的控制芯片的串口外設，物理連接上采用RS485或者RS232的通訊接口。（如圖3）所示，本方案采用以太網通訊，替代多路串口通訊，降低了主控制器芯片成本。

圖3 改進型FCT 測試系統

2.1 以太網通訊的硬件設計

在硬件上，本方案主控制器芯片選用STM32F407VG T6，通過芯片中ETH（以太網）外設，采用標準RMII的網口接口方式，建立MAC（Media Access Control）媒體訪問控制層協議與PHY（Physical Layer）芯片組成完整的網口通訊模塊，選用可靠的RJ45以太網插座，用網線連接交換機，可實現主控制器同本地網絡設備的通訊連接。以下為協議棧頭文件lwipopts.h配置代碼：

2.2 以太網通訊的軟件設計

在軟件上，主控制的以太網通訊采用輕型的lwip協議棧，在網絡通訊中作為客戶端使用申請內存池的內存分配方式，協議棧設置5個PCB控制塊對應4個服務器通訊設備[4]，包括采集模塊（示波器），供電模塊（程控電源等），信號配置模塊（上位機），信號切換模塊，余下一個PCB控制塊以備重連接；主控制器同示波器以及程控電源的以太網通訊，根據FCT測試系統的需求和被測電路板的檢測信號，采用SCPI（Standard Commands for Programmable Instruments）可編程儀器標準命令，用于控制可編程測試測量儀器的標準語法和指令，選取對應的指令，提供被測電路板所需電壓，獲取示波器的測量值，并將該測量值同上位機寫入的測量值上下限進行比較分析得出檢測結果[5]。

3 結束語

為了節約FCT測試工裝測試多模塊電路板的成本，本測試工裝在通訊上采用一路以太網通訊接口，同示波器等多個模塊進行通訊，可提高FCT測試系統的通用性和可擴展性；數據采集上，示波器的加入，能夠直接給出被測信號的測試量，且更多的測試量幫助測試工裝做出更加準確的結果分析；系統結構上將測試工裝的開發模塊化，便于系統各部分間的調試，本方案屬于自動化的測試平臺，可以有效的提高測試效率并保證產品的質量，節約生產成本，提高企業競爭力。除了可做被測板常用信號標準流程檢測，同樣可針對被測板單一信號進行檢測。