通用电路板在线测试仪设计与开发

发布于：2007/4/18 9:07:13 | 789 次阅读

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    1　引言
本文介绍的通用电路板在线测试仪采用计算机与单片机通信技术，测试仪与计算机通过串口通信，便携性能好，适用于各种双面印制电路板的测试与诊断。
    2　电路在线测试技术
2.1　在线测试原理
在线测试的基本原理是测试仪为印制电路板上的被测芯片提供输入激励，同时在计算机控制下自动采集记录被测芯片的输出响应和状态值，通过计算机将其记录的所有状态值与标准的状态真值表比较，从而判断被测对象的故障情况。
    2.2　后驱动测试技术
后驱动测试技术主要用于数字电路的在线测试。其实质是在被测器件的输入级(前级驱动芯片的输出级)灌入或拉出瞬态大电流，迫使其电位按要求变高或变低，达到对被测器件在线施加测试激励的目的。
为了确保对电路板上的器件进行功能测试，就必须强制驱动器件的逻辑电平，各脚驱动器必须能够吸收或输出足够的电流。根据国际防护标准文件(00-53/1)所推荐的后驱动安全标准，测试仪的驱动电流被设计为240mA，测试时间在200ms以内。通过实验，基本能够较好地对被测器件进行隔离，同时也确保了被测器件的安全性。
    3　测试仪组成
3.1　硬件模块
测试仪由便携式计算机、单片机测试平台及测试分析处理软件构成。其中单片机测试平台在计算机控制下完成被测对象数据的采集，其基本原理框图如图1所示。各部分功能及说明如下：

图1 单片机测试平台原理框图
单片机电路主要完成数据采集、控制、命令处理，与计算机进行数据交换。在测试仪设计中采用了MCS-51系列8031单片机，选用2764作为扩展ROM，6264作为扩展RAM。译码芯片电路为74LS138。为与计算机进行串行通信，采用MCl488和MC1489进行RS-232C电平与TTL电平的相互转换。单片机系统时钟频率选用6MHz晶振，通信波特率选用2400，单片机采用工作方式3进行串行通信。定时器T1设置为方式2。设定SMOD=1，时间常数F3H。
总线驱动器对单片机总线进行扩展，提高其驱动能力，选用74LS244、74LS245线驱动器。
驱动控制电路主要完成测试过程中TTL、CMOS测试门限的控制，选用4重SPST(单刀单掷)DG211模拟开关，开关控制由译码电路及74LS373锁存器完了成。为保证DG211开机时处于常开(OFF)状态，控制线增加上拉电阻(10kΩ)。测试驱动电路为被测芯片施加测试输入信号，采用微型继电器进行输入信号控制，测试信号由数据缓冲器74ACT244产生。为保证输入电流达到设计要求，采用4路并联方式。为防止损坏器件，增加LC网络进行大电流缓冲，并设计二极管保护电路。
数据采集电路读取被测芯片输出响应，采用双电压比较器LM393进行输出信号控制。它的功耗低，比较高，并且可与TTL逻辑相兼容。LM393输出与74LS373数据锁存器相联，由单片机控制读入比较数据。
电压驱动D/A电路完成VI测试过程中阶梯电压的输出。采用8位并行D/A转换器MC1408。芯片电源电压为+5V，－12V两种。参考电压由恒流稳压源TL431提供。输出选择双极性输出，由两级放大电路LM348完成。
电流变换采集A/D电路实施测试点电流数据的采集。电路中采用负载电阻及差分放大电路LM343对测试点进行电压跟随，将测试点的电流值转换为A/D变换电路可以处理的电压量。选用AD7574八位逐次比较式高速A/D变换电路。转换时间为15μS，单+5V电源供电。参考电压选用VREF=-8V。输入电压范围为0~+|VREF|。程序控制芯片RD端产生一个负脉冲就可启动A/D转换。
3.2　软件模块
测试仪由便携式主控计算机通过串行口进行控制，单片机测试平台完成激励控制、数据采集等工作，所有数据分析处理及命令控制由便携式主计算机完成。整套测试软件由主控软件、数据通信软件、离线测试软件、在线功能测试软件、在线状态测试软件、VI特性测试软件、节点电压测试软件、电子手册、测试开发软件、系统自检软件等几个主要模块组成。
4　测试仪主要功能
测试仪采用电路在线测试技术，可以用来在线或离线测试分析各种中小规模集成电路芯片的常见故障，测试模拟、数字器件的V/I特性。
·数字芯片的功能测试测试的基本原理是检测并记录芯片的输入/输出状态，将其记录的状态与标准的状态真值表进行比较，从而判断被测芯片功能是否正确。
·数字芯片的状态测试电路板上每个数字器件，在加电后都有三种状态特征:各管脚的逻辑状态(电源、地、高阻、信号等)、管脚之间的连接关系、输入输出之间的逻辑关系。当器件发生故障后，其状态特征一般都要发生变化。测试仪能够把好电路板上的各IC器件的状态特征提取出来，存入计算机的数据库中，然后与同类有故障的电路板进行比较，从而准确地找出故障部位。
·VI特性测试分析该项测试功能建立在模拟特征分析技术基础上，可用于模拟、数字、专用器件、可编程器件以及大规模、超大规模器件的测试。测试仪通过测试探棒或测试夹自动把被测点的特征曲线提取出来，显示在微机屏幕上，存入计算机。进特故障诊断时，将实测到的VI曲线与事先存贮的标准曲线进行比较，进而发现故障。
·节点电压测试由于测试仪测试对象不仅包括数字电路器件，也包括大量的模拟电路器件，为进一步提高测试仪的适用范围，在测试仪中采用了节点电压测试技术。通过对被测对象施加工作电压，由计算机读取测试节点的电压响应值，并建立标准测试信息库，供操作人员分析和判断故障部位。
·其它功能测试仪除以上主要功能外，还具备电子手册、测试开发、系统自检等辅助测试功能。
5　结束语
测试仪通过采用电路在线测试技术、计算机单片机通信技术，具有电路在线功能测试、在线状态测试、VI特性测试、节点电压测试等多种测试功能。通过试验证明，测试仪功能齐全，模块化程度高，便携性能好。测试诊断速度快、准确率高。利用测试仪可以方便、快速地将故障定位到印制板上、的主要元器件，由于在设计过程中贯彻可靠性、维修性思想，测试仪环境适应能力强，可靠性高，维修性好，自检功能强。同时其通用性强，应用领域广，可以对大多数TTL、CMOS芯片进行测试，VI特性测试、节点电压测试功能适用于各种规模的数字/模拟电路印制板的测试。
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