PCB功能测试系统的设计与实现

李 月，陈天华

（北京工商大学 计算机与信息工程学院，北京 100048）

0 引言

自从表面贴装技术(SMT)开始逐渐取代插孔式安装技术以来,电路板上安装的器件变得越来越小,而板上单位面积所包含的功能则越来越强大。电路板产品的飞速发展，增加了对电路板自动测试系统的需求，同时也给电路板的测试、维修工作带来更高层次的要求。由于设备和操作者的各种可能的因素，不可能保证生产出来的PCBA全部都是完好品。这就要求在生产的末端加入各种的测试设备和测试工具，以保证出厂的所有实装电路板与设计的各种规格和参数完全一致。这就产生了 ICT、AOI、X-Ray、Boundary-Scan、FCT等各种测试手段。

FCT英文全称Functional Test(功能测试)，是在生产线的中间阶段和末端利用专门的测试设备，对电路板的功能模块进行全面的测试，用以确认电路板的好坏。它将电路板上的被测单元(UUT)作为一个功能体，对其提供输入信号，按照功能体的设计要求检测输出信号。功能测试涉及模拟、数字、存储器、 RF和电源电路,通常要用不同的测试策略。测试包括大量实际重要功能通路及结构验证，以弥补前面测试过程遗漏的部分。

尽管各种新技术层出不穷，但功能测试依然是保证产品到最终应用环境立刻就能工作必不可少的手段。如果应用场合非常重要，如军事、航空、汽车、医疗等领域，或者最终产品的成本及复杂程度非常高，如电信网络、发电站等，那么更需要保证产品自身以及与其他系统合在一起时能工作正常，这时功能测试将是必须的。

1 概述

本功能测试系统是针对滞后的手工测试以及满足PCBA测试操作简便的需求而设计的。系统将传统方法上多人合作完成的测试项目集中到一台自动测试设备上，只需手动将针床压合，系统就会自动进行测试，其速度是手动测试无法比拟的。自动准确判断每个细节，不产生遗漏和误判，测试结果由PC分析得出PASS或FAIL；多项目集中测试和多测试点同步测试，减少工位和工时；具有完善的自检功能；用户界面友好，系统不仅对操作人员要求低，而且易于技术人员编程和调试；对FAIL品可即时打印出相关数据，对整个测试过程可生成统计报表文件以供日后随时调用；治具结构规范，利于统一管理和控制成本。

本测试系统主要完成以下功能：

1）PCB板电气参数(电阻、电容、电压、电流、频率等)检测；

2）自由选择96路输入/输出，给产品加入电压源、电流源等信号；

3）自动连接下载器，进行程序下载；

4）自动与产品通信，记录产品采集数据；

5）自动启用电动装置，控制产品测试状态。

2 结构和原理

硬件总体框图如图1所示。系统定义了8路数据总线，工业控制计算机通过RS232-485芯片发送信号给系统控制板，利用继电器开关矩阵可灵活选择输入/输出端口的特点，自由选择测试资源和针床的测试点，都与总线相连，实现信号互通，节约系统测试资源，提高系统集成度。

图1 系统硬件总体框图

3 系统控制板设计

系统控制板是整个测试系统的核心大脑，它主要作用是控制整个测试过程的进程。它由通信、信号处理、自检3模块组成。通信模块主要功能是上位机与MCU间的指令传输，并发送单片机控制信号。信号处理部分用于接收信号后，控制继电器矩阵的动作，具有控制传输方向、通道选择、数据锁存、功率驱动等功能。自检部分可以随时对继电器矩阵进行自我检查。

3.1 通信模块

通信模块包括转换芯片MAX485 EA和MCU两部分。MAX485 EA将上位机传输的485信号转变为单片机识别的TTL电平信号。单片机接收指令后，发送系统复位、通道选择、传送使能、系统自检、I/O数据等信号。如图2所示。

图2 通信模块

3.2 信号处理模块

信号处理模块包括总线传送芯片SN74HC245C、通道选择芯片HCC4067BF、锁存芯片SN74HC573N、驱动芯片ULN2803N等。SN74HC245C是双向传输开关，用于控制数据的传输方向。HCC4067BF功能是多路选择模拟开关，即通过地址选择端A、B、C、D进行选择，发送锁存使能信号，用于控制SN74HC573N锁存。锁存使能信号为低电平时，以维持当前状态。直到锁存使能信号为高电平时解除锁定。ULN2803N用于驱动通信模块中的继电器。如图3所示。

图3 信号处理模块

3.3 自检模块

自检模块通过自检选通信号控制8通道模拟开关CD4051B，将系统自检信号经过继电器矩阵后传回单片机，实现系统自检。如图4所示。

图4 自检模块

4 软件设计

测试系统采用vb6.0作为测试软件的开发平台。软件功能强大，分为两种不同的测试模式，分别是给一般操作者使用的自动测试模式和给工程人员使用的单步调试模式。系统具有灵活、简便的人机对话界面，使操作分工明确，流程简化，降低了对操作人员的要求。一般操作者通过选择型号调出测试项，选择正常测试、分步全功能测试、自检测试等操作进行测试，测试失败可以直接进行调试。系统运行结果如图5所示。

系统针对不同的测试板，只需更换治具和简单编写数据库即可，降低了二次投入成本。并且所有的测试结果都存储在系统文件中，以供日后随时统计和打印。程序员通过编写测试项、测试描述、测试选择、测试正确值和上下限、测试值单位、矩阵卡控制方式、测试功能等项目，与MCU进行通信，控制继电器开关矩阵，将测试点和测试资源都与总线相连进行测试。数据库编写界面如图6所示。

5 结束语

本测试系统自动化程度高，可提高PCBA测试效率和精度，避免人为因素的干扰，为企业节省大量人力物力，为企业节省开支；用户使用方便灵活，只需知道被测电路基本原理，就可以选择测试点进行测试；系统可靠性高，适合直接放置在生产线上；系统采用模块化设计，具有极强的通用性和扩展性，可以根据客户要求在I/O通道上灵活扩展，以满足客户多样性需求。

图5 系统运行结果

图6 数据库编写界面

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