信号处理电路自动化测试方法分析

邵致新，张晓林

（沈阳城市建设学院，辽宁 沈阳 110167）

传统测试方法对电路信号的识别和处理难度较大，无法保证测试准确度。随着信息技术发展，将自动化测试系统应用在电路信号的处理中成为大势所趋，为确保系统应用规范性，全面提升电路测试能力，有关人员需要对测试系统的设计方案有所了解，并对具体测试方法与思路进行研究。

1 测试系统设计方案

现阶段，基于信号电路测试的自动化方法得到广泛应用，不仅电路信号信息的测试精度明显提升，测试系统的通用性也有所提高，基本实现了对目标电路的全自动化测试与分析。测试系统的硬件部分包括工况机、测试仪机箱、键盘、显示器、打印机。技术人员可通过DB25 数据接口，将被测电路与测试仪机箱连接，并将二者接通到工况机系统中。通过测试软件系统，对电路信号进行处理，经由显示器对电路的测试结果进行显示。

在整个测试系统的设计中，测试仪是最为关键的部分。相关人员需要将测试仪与上位机连接，以此来完成对测试任务进行装订、对测试结果进行显示的操作。测试系统中的DSP 主要负责执行控制任务以及与上位机之间的通信。在设计方案中，技术人员剔除将DSP 与存储器连接，实现对电路测试数据的存储，而在具体的模块设计中，重点强调对信号采集、多普勒信号生成与电压电流输入模块进行预留，并将其与DB25 接口连通，以此完成信号指示灯显示与供电提醒[1]。另外，为提升测试系统通用性，有关人员需要明确信号处理特点，同时密切关注信号生成、采集、判断和处理等模块，在自动化测试系统设计中，对上述模块进行调整，减少人工操作，以此来提升测试结果准确度。考虑到测试系统设计方案是否科学直接影响到测试结果，因此，在测试方案设计完成后，有关人员需要对测试要点进行归纳，评估测试系统的应用性能，确保自动化测试目标实现。

2 测试系统设计要点

2.1 引入多普勒结构

本系统以设计要求为依据，创造性地引入了多普勒结构，考虑到本系统需要对回波信号进行模拟，为保证所产生波形类型符合要求，有关人员提出可同时运行DSP、ram 和CPLD。由DSP 单片机负责计算包络周期，向ram 传递各点计算结果，按照预设频率对ram 值进行阅读，经由D/A 转换获得相应的多普勒信号。由于载波频率并不固定，有关人员最终决定将ram定为2 MHz 时钟，若载波是120 kHz，各周期所输出点的数量可达到16 个，如果载波是1.5 kHz，各周期所输出点的数量约为1 300 个，均可满足本项目所提出要求。研究表明，任一完整外包络均要有660k 个点提供支撑，除特殊情况外，本系统都能够采用16×1M ram，这样设计的优点，主要是能够直接输出多普勒信号，将完整外包络视为输出周期，存储空间设定为1.6×1M，则外包络周期时间最长可达到500 ms 左右，满足连续输出多普勒信号的要求，此外，有关人员可酌情对外包络波形进行定义，确保其功能得到应有发挥。该方法和常规方法的区别主要体现在以下方面，常规方法需要先借助DDS 获得正弦波，再利用硬件调制正弦波。本文所讨论方法强调由DSP 单片机负责调制正弦波，硬件的任务是进行D/A 输出，可在保证整体效果的前提下，使系统结构更加精简。

当然，该方法也有亟待解决的问题存在：一是通常需要配置多个容量较大的存储器；二是单片机需要经由总线向ram 传输数据，导致总线地址空间被占用。要想解决现存问题，关键是要对测试系统进行相应的调整，将管理ram 的工作交由CPLD 负责，CPLD 的任务不仅有产生读写时序，还包括将DSP 时序尽快转换成ram 时序，而ram 时序所包括内容较多，既有常规的控制总线时序，还有测试所需的数据总线以及地址总线时序[2]。

具体运行方案如下：①由单片机负责对完整外包络相关数据进行计算并传输，与此同时还要向CPLD传输复位指令、启动指令以及其他控制参数。随后，对CPLD 和DSP 总线进行连接，由CPLD 负责锁存控制参数，将其转化为生成波形所需控制参数。若所传输数据为波形数据，则要通过CPLD 对数据进行时序配合及相关处理，根据地址译码对其所写入ram 加以确定。考虑到DSP 空间地址较为固定，有关人员计划向波形数据提供相应的空间地址，利用CPLD 对地址进行生成。单片机可经由地址向CPLD 连续写入波形数据，视情况对ram 数据总线、DSP 数据总线进行连接，确保地址生成器能够参考控制总线所处状态及DSP 地址，严格按照写入时序所提出要求将地址信号送出，同时配合单口ram 对数据锁存信号进行生成。本系统选择采用单口ram 的原因，主要是对引线数量加以控制。②待存储ram 数据的操作告一段落，便可基于启动指令将波形送出，简单来说，就是阅读ram数据并写入D/A 数据，CPLD 负责对以上时序进行控制。以控制参数为依据生成波形，通过2 MHz 时钟输出相关数据并定期更新阅读地址，与此同时，通过CPLD 完成设置数据总线的操作，确保数据总线始终处于高阻态的状态，为数据传递提供便利。③以技术要求为依据，将D/A 的输出范围固定在-5 V～+5 V的范围内，本系统所安装转换器的型号为AD5445，可通过四象限运行的方式，达到双极性输出的目的。

2.2 采集并判断信号

信号采集和判断是电路自动化测试的核心部分，本系统所采取设计方案将信号采集模块中的A/D 转换器进行了优化，使用的转换器型号为TMS 320LF2407。在实际应用环节，有关人员将系统采样频率规定在1 MHz、采集图像的分辨率为2.7 mV，采样间隔时间为475 ns、转换器在工作状态下为2.5 V。

测试系统设计应符合上述条件，在此基础上，结合电路测试具体环境，对工作参数进行调整，确保系统可达到理想的测试性能。同时，在测试过程中，还应对测试环境进行明确，通过最新的技术方式提高测试工作效率。例如，在多普勒信号的产生中，由于系统需要对回波信号进行模拟，在处理多个波形信号期间存在较强的技术难度，加之整个测试过程信号不稳定。为解决上述问题和难点，本系统融合了DSP、ram与CPLD 不同处理方式，对系统的应用优势进行充分发掘。事实证明，经过技术升级后，测试环境稳定，系统可及时且高效地完成对测试信号加以获取的任务[3]。

2.3 其他设计关键点

2.3.1 供电模块

本系统所产生电源电平的参数，分别为±5 V 和±12 V，其中，±12 V 供目标板所用，±5 V 则供测试电路所用。有关人员计划安装NCP117 管理芯片，其特点是可提供1 A 电流，具有极高的电压精度，可提供热关断、电流保护以及温度补偿功能。

2.3.2 自动测试

根据设计要求可知，本系统需要对大量项目进行测量，由此可见，以系统设计结构为依据，对相关任务进行科学安排十分重要，其中，上位机主要负责制定各项任务，DSP 的职责是确保测试任务能够按照预设流程开展，CPLD 的加入可保证具体任务得到高效落实，在提高任务测量所具有全面性的基础上，为测量环节所具有实时性提供保证。

2.3.3 高效打印

在定义打印格式方面，有关人员着重突出了系统的灵活性，确保用户能够以实际需求为依据，通过调整文档模板的方式，获得相应的报表，由打印软件负责在打印报表中自动填入相关数据。

3 信号处理电路自动化系统设计

3.1 信号处理过程

信号处理围绕数字信号为核心展开，通过在电子计算机上操作，运用软件来进行数据信息的计算或处理，所以不管多么复杂多变的计算，只要现存数学领域能够解决的，信号处理可以以更高效和便捷的处理方式实现处理目的。而且伴随着近年来数字化技术的飞速发展，信号处理不再是陌生的符号，它融入了人们日常生活和学习工作中，人们也在信息技术普及下对信号处理概念有了更深的理解和认知。从以往单一的模拟信号处理，转变为当下的数字信号，借助高效率的数学转化器对信号进行处理。对数字信号处理的具体应用包含数据压缩技术以及音频技术，数据压缩包含建模、量化以及编码，其中量化和编码数据信息论的范畴，而建模过程需要运用数字信号处理中的时频分析、预测、变换等知识。

3.2 基于悬丝法的螺线管磁轴测量信号处理技术

螺线管线圈是直线感应加速器中大量使用的关键部件，其性能直接影响强流电子束束流的传输效果及束流的聚焦效果，因此，需要对其磁轴的分布及偏离进行高精度的检测与测量。在螺线管线圈的磁轴测量技术中，脉冲悬丝法与其他电路测试方法相比较而言，具有良好的应用效果，而且一直以来这种测量方法也得到了广泛应用。通过对比分析，以往在悬丝振动的位置测量系统一般采用的是围绕信号放大的应用原理进行测量线路，但是这种测量方式会造成测量系统的安装与调试结果有很大的不准确性，而且操作过程也并不方便，应用性能价值不高，会致使磁轴测量信号发生偏移，并与倾斜信号耦合。与此同时，在磁轴上的有效测量信幅度信号偏小，是叠加在较大幅度的振动信号基础上产生的，运用这样的测量原理并不能获得有效测量信号，也会给后续信号处理过程造成干扰和影响，使信号测量精确度偏移。因此，针对悬丝法的磁轴测量技术的基本原理及原有探测器信号处理方式基础上，确立一种能够消除高偏置水平的信号处理线路原理，解决了原信号线路的工作点的变化与信号电流变化耦合在一起对信号处理电路测量线路产生影响的问题。

3.3 数字信号处理分析

数字信号处理在现阶段是通过数字计算方式将信号转变为符合具体需求的一种形式，一般生活中常见的数字信号处理技术包含频谱分析、数字滤波、信号识别等。而在数字信号处理技术的不断发展和社会科技水平及需求不断提升下，其在集成电路、计算机技术及电子技术快速发展中，成为了工程技术、科研工作等领域中的重点关注对象，并在技术的革新下取代了以往模拟信号处理技术，获得良好的处理效果，实现了在不同领域的广泛应用。以集成电路的测试为例，对集成电路测试中芯片设计中的设计验证环节、晶圆制造中的晶圆检测环节、封装完成后的成品测试环节展开分析。

3.3.1 芯片设计中的设计验证

设计验证环节是指芯片设计单位利用测试机和探针台、测试机和分选机对晶圆样品检测和集成电路封装样品的成品进行测试，检验样品中的功能作用和性能优劣与实际要求是否一致。

3.3.2 晶圆制造中的晶圆检测环节

晶圆检测是指在晶圆制造完成后进行封装前，通过探针台和测试机配合使用，对晶圆上的芯片进行功能和电参数性能测试，其测试过程为：探针台将晶圆逐片自动传送至测试位置，芯片的Pad 点通过探针、专用连接线与测试机的功能模块进行连接，测试机对芯片施加输入信号、采集输出信号，判断芯片在不同工作条件下功能和性能的有效性。测试结果通过通信接口传送给探针台，探针台据此对芯片进行标记。

3.3.3 封装完成后的成品测试环节

成品测试环节是指完成芯片封装后，运用测试机和分选机协同作用，对集成电路的功能及性能是否有效进行测试，确保集成电路的性能指标与电路设计质量要求及标准相一致。在整个测试过程中，需要先运用分选机，将待测试的集成电路通过自动化技术传送到制定测试位置，然后将被检测集成电路的引脚通过测试工位上的金手指、专用连接线与测试机的功能模块进行连接，再运用测试机对集成电路施加输入信号、采集输出信号，以此判断集成电路的功能在多方面运行条件下是否可以发挥实际作用。最后的测试结果会通过通信接口传送给分选机，分选机再根据反馈的信息对所测试的集成电路进行标记、分类等相关操作。不管在哪个测试阶段，要测试芯片的各项功能指标需要在前两个测试步骤完成基础上，一方面，是连接芯片的引脚与测试机的功能模块，另一方面，是利用测试机对芯片施加输入信号，并检测芯片的输出信号，判断芯片功能和性能指标的有效性。

3.4 对集成电路测试技术难点把控

集成电路测试设备的技术要求很高，集合多种技术难点于一体，包含计算机、自动化、通信、精密电子测试等技术，越是这种技术密集和技术含量要求高的行业，其对电路测试的稳定性和高效性的要求也越高，对电路测试设备的性能要求也随之提高。对于集成电路测试设备的技术难点主要包含2 个方面：①测试机。由于集成电路参数项目越来越多，如电压、电流、时间、温度、电阻、电容等，也因此对测试设备的功能需求也加大。②分选机。分选机对自动化高速重复定位控制能力和测压精度要求较高，误差精度普遍要求在0.01 mm 等级。

4 结论

综上，随着网络信息技术发展，电路信号的测试精度和时效性等问题以极为直观的方式被展现了出来，现已成为有关人员研究的主要方向。本文以信号处理电路测试为出发点，对自动化测试技术进行展开说明，通过引入多普勒结构、采集判断信号等方法，使测试系统应用性能提升。未来在信号处理电路技术的选择上，技术人员应对自动化测试方法进行升级，重点关注系统测试效率、精度和信号完整度，以此来达到完善测试流程的目的，为相关工作的有序开展助力。