晶振二次筛选过程中的电性能测试系统∗

刘 雄 琚格格 刘 红

1 引言

晶振作为一种高精度频率源被广泛地应用于通信系统、雷达导航系统、精密测控系统，其质量是整个产品乃至整个系统的基础。一个小小的晶振失效将导致整机失效，可能造成重大损失，因此军工产品所用到的晶振均要求进行100%二次筛选［1］。本单位为了提高通信产品的质量和可靠性，依据GJB7243-2011《军用电子元器件筛选技术要求》，制订了本单位适用的元器件二次筛选规范［2］。该规范中晶振的测试项目包括外观检查、常温初测、温度循环、常温中测、功率老炼、低温测试、高温测试、常温终测、外观检查等。

在上述晶振的筛选过程中需要多次对晶振的电性能关键指标进行测试，包括常温初测、常温中测、低温测试、高温测试、常温终测等，其测试的关键电性能指标包括晶振的频率值、频率准确度、频率稳定度、电压幅值等，因此在有多部晶振需要筛选时会出现很多的困难和问题，具体包括多部晶振多次反复测试导致的测试任务量大；依据标准规范需要对晶振在特定的温度环境下进行测试，因此为了保证测试时的环境温度，必须快速高效完成对晶振的测试（从温度箱拿出来后半个小时内测试完成）；晶振在高低温测试时，需要根据环境试验室统筹安排测试时间，这样可能导致一些测试被安排在凌晨，而且必须要有人工值守；测试过程中会产生大量的测试记录，测试完成后测试人员需要将测试数据导入计算机进行数据分析和计算导致测试后续数据处理工作繁琐；人工测试易出现误差大、测试不准确等问题。

针对以上问题，本文提出了一种晶振自动测试系统的实现方法，以计算机和下位机控制板为控制核心，通过多路选择器切换信号通道［3］，控制是德公司（原安捷伦公司）最新频率计仪表，实现晶振相关参数的测试。通过信号通道的自动切换测试保证了晶振测试的效率；通过主控板和晶振测试板的分离设计，可以将晶振测试板直接放入高低温试验箱中，由高低温试验箱来保障晶振测试时的环境温度，使测试过程更符合规范要求；通过软件系统的定时测试设计可以降低对人工值守的依赖性；测试完成后，通过调用Word应用程序对模版文件进行自动编辑处理［4］，大大降低了测试后期测试报告的处理工作。

2 系统工作原理

测试系统组成见下面图1所示，具体包括PC机、频率计、主控板和8块测试板，其中每块测试板布置64个工位，整个系统共布置512个工位，可一次性对512部晶振进行循环切换测试。

图1 测试系统组成

测试系统的应用程序在PC机上采用LabView开发环境编写［5］，其主要功能包括通过人机交互界面完成基本测试信息的输入，发起整个测试过程，控制频率计对频率信号进行相关参数测试，测试完成后对测试数据进行分析计算，然后将测试数据和计算数据保存到Sql Server数据库［6］，最后通过调用Word应用程序，对Word模版进行自动编辑，实现测试记录和测试报告电子档的自动生成。

主控板通过串口与PC机应用程序进行通信，其实现的功能是接收上位机传输的控制命令后，根据测试命令具体内容对测试板的片选信号、供电信号、频率通道信号等信号进行切换，以保证测试板上晶振的供电准确，并能依次循环测试每部晶振的频率特性。待片选信号、供电信号、频率通道信号进行切换完成后，主控板会向上位机应用程序回送握手信号，通知应用程序可以调用频率计驱动程序对频率信号相关参数进行测试［7］。

晶振测试板与主板间通过插线槽进行连接，其主要功能为接收主控板发送的控制信号电平，依次切换选通64路频率信号，将信号通过主板接口传输至频率计输入口。由于测试系统的最终测试都是由频率计完成，而且本系统所选用的频率计属于市面上成熟仪器仪表，因此保证了整个测试系统的测试精度和测试准确度。

3 系统硬件设计

整个系统的硬件设计包括主控制板硬件设计和晶振测试板硬件设计［8］。主控制板硬件设计主要包括处理器、电源切换、3-8译码器、D/A转换电路、多路选择器（8选1）、系统供电、时钟等。具体见图2。

图2 主控制板硬件电路框图

如上图所示，主控制板上处理器主要用于控制信号和信号通道的切换，属于基本I/O口操作，而且未进行复杂算法计算，因此选择相对简单的stc89c51处理器，该处理器由宏晶公司生产且具有在线串口下载功能［9］，操作简单方便。处理器与PC机采用串口通信，用于接收上位机的控制命令和回送握手信号；处理器通过两路数字I/O输出信号控制两路电磁继电器，从3.3V、5.0V、12V三路电源中选择适合被测晶振供电的电源；处理器通过控制3-8译码器［10］，输出8种不同的片选信号，分别选通8块测试板；处理器通过八路数字I/O输出信号控制一路8位D/A转换芯片［11］，为压控晶振提供准确的控制电压；处理器通过3路数字I/O输出信号控制一路多路选择器，从8块测试板中选择一路频率输出信号，输送到频率计输入口。

晶振测试板硬件设计主要包括一路三八译码器、9路多路选择器（8选1）、64个晶振工位等。具体硬件框图见下图3所示。

图3 晶振测试板硬件电路框图

上图中8路选择器各切换8路晶振信号，三八译码器为这8路选择器输出片选信号，另外一路选择器切换这8路选择器的输出信号，一块测试板可循环切换64路晶振输出信号，整个测试系统包含8块测试板，总共可循环切换512路晶振输出信号。

4 系统软件设计

系统的软件设计分为两个方面，具体包括上位机应用程序部分和下位机处理器部分。上位机应用程序部分为整个系统的控制核心，负责系统协调工作，具体包括基本测试信息的人工交互输入、发起整个测试过程、向下位机控制板发送控制信息命令、等待下位机回送的握手信号，最后控制频率计对其输入口的频率信号进行测试。测试完成后对测试数据进行分析计算，然后将测试数据和计算数据保存到Sql Server数据库，最后通过调用Word应用程序的文档属性和文档操作方法［12］，对Word模版进行自动编辑，实现测试记录的电子档自动生成和测试报告的自动生成；下位机软件部分在接收到上位机发送来的信息数据后，首先对信息数据进行解析，获取晶振供电信息、测试板号信息、晶振工号等信息，然后根据解析出的信息执行处理器数字口的输出转换，切换信号通道，最后向上位机应用程序回送握手信号，通知上位机信号通道切换完成，可以调用频率计驱动程序对频率信号进行测试。软件流程如下面图4所示。

图4 系统软件流程图

5 结语

本测试系统采用单片机和成熟仪器仪表结合上位机应用程序对晶振二次筛选过程中性能测试过程进行智能控制，使晶振二次筛选过程更加符合规范要求，并且大大提高了测试效率，保障了测试的可靠性。但该测试系统仍然存在一定的缺陷，由于本单位使用到的晶振种类繁多，使用该系统时需要根据每种晶振的封装形式制作不同的晶振测试板，这样会带来大量的工作，因此下一步应当收集本单位所使用的所有晶振的封装形式，结合系统供电通道和信号通道，探索晶振测试过程中的封装自适应问题，以便更进一步完善本测试系统。

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