ＡＴＳ（自動測試系統）中系統不確定度的處理

摘 要：介紹了自動測試系統中系統不確定度的基本概念、組成和來源。為了消除系統不確定度對測試結果的影響，結合實際綜合自動測試系統的硬件平臺和軟件平臺，提出并實現了自動測試系統中的系統不確定度的兩種處理方法。實踐證明，這兩種處理方法在工程實踐中取得了較好的效果。

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關鍵詞：系統不確定度；自動測試系統；通用性設計；接口適配器

中圖分類號：TN98 文獻標識碼：B

文章編號：1004-373X(2008)09-070-03

Process of Uncertainty in Automatic Test System

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LIU Xianzhong1，XU Aiqiang1，GONG Guoping2

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1.Naval Aeronautical Engineering Institute，Yantai，264001，China；2.91458 Unit of PLA，Sanya，572021，China)

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Abstract：The basic concept，composition and origin of the uncertainty of system in ATS are introduced.In order to abolish the influence of uncertainty of system to test result，two kinds of methods in processing the uncertainty of system in ATS are put forward based on the hardware platform and software platform of the practical integrated automatic test system.Proved by practice，the two kinds of methods have better effect in engineering practice.

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Keywords：uncertainty of system;automatic test system;universal design;interface adapter

通用性設計是目前ATS的發展方向。通用性的實現可以大大提高ATS的測試覆蓋范圍，實現測試程序的跨平臺操作及被測單元(UUT)的跨平臺測試。而已有的ATS主要存在通用性設計不夠而導致的維護、開發費用高，TPS(Test Program Set，測試程序集)可移植性差等問題。要實現ATS通用性需要重點解決兩個方面的問題，一方面是真正實現測試儀器的可互換，另一方面就是ATS中系統不確定度的處理。前者已經得到了大家的重視，IVI(可互換虛擬儀器)技術是當前自動測試領域一個研究熱點，而后者除了在實際工程應用中得到一定的重視外，還沒有引起大家普遍的重視。

1 系統不確定度的定義 

系統不確定度是指由系統固有的測量設備和測試方法所帶來的對測試結果的誤差影響。這里包括兩個方面：一個是指測量設備對測試結果的誤差影響，另一個是指測試過程中所采用的測試方法對測試結果帶來的誤差影響。

2 ATS中的系統不確定度

2.1 ATS組成

工程上的自動測試系統(ATS)包括自動測試設備(ATE)，測試程序集(TPS)和相應的TPS軟件開發工具這三大部分所組成，如圖1所示^[1]。

ATE是指測試硬件和他自己的操作系統軟件。為適應飛機、艦船或機動前線部隊的應用，ATE往往是一些加固了的商用設備。即使是非前線環境(如維修站或修理廠)應用的ATE，也幾乎完全由商用現成設備(Commercial Off-The-Shelf Equipment，COTS)組成。ATE的心臟是計算機，該計算機用來控制復雜的測試儀器如數字電壓表，波形分析儀，信號發生器及開關組件等。這些設備在測試軟件的控制下運行，以提供被測對象中的電路或部件所要求的激勵，然后測量在不同的引腳、端口或連接點的響應，從而確定該被測對象是否具有規范中規定的功能或性能。

測試程序集(TPS)是與被測對象及其測試要求密切相關的。典型的測試程序集由三部分組成：測試程序軟件；測試接口適配器，包括接口裝置、保持／緊固件及電纜；被測對象測試所需的各種文件。ATE中的計算機執行測試軟件，控制ATE中的激勵設備、測量儀器、電源及開關組件等，將激勵信號加到需要加入的地方，并且在合適的點測量其響應信號。然后再由測試軟件來分析測量結果并確定可能是故障的事件，并提示維修人員剔掉或更換某一或幾個部件。因為每個被測對象(Unit Under Test，UUT)有著不同的連接和I/O端口，連接UUT到ATE 通常要求有相應的接口設備，稱為接口適配器，他完成UUT到ATE 的機械與電氣連接，并且為ATE 中的各個信號點到UUT中的相應I/O引腳指定信號路徑。

開發測試軟件要求一系列的工具。這些工具統稱為TPS軟件開發環境，包括:ATE和UUT仿真器；ATE和UUT描述語言；編程工具，如各種編譯器等。

2.2 ATS中的系統不確定度

ATS中的不確定度也可劃分為兩種。一種是ATE中各測試資源自身固有的不確定度，主要是由激勵設備和測量儀器作為理想標準源時與他們實際輸出或測量的值之間的誤差帶來的，這種不確定度主要和ATE設備有關；另一種是和每個UUT測試時所采取的具體測試方法有關，主要是由信號傳輸通道以及信號調理裝置使信號產生畸變帶來的，如電纜、開關組件、衰減器、預放等。

3 ATS中系統不確定度的處理

3.1 系統不確定度的靜態處理

通常對于由ATE中各測試資源自身固有的不確定度采用靜態的方法進行處理。這一方面是因為ATE幾乎完全由商用現成設備(COTS)組成，穩定性及測試精度比較高，不確定度值的大小一經確定不會短時間內改變，而且對于單個資源不確定度處理都有比較成熟的辦法和體制來保證。考慮到要實現TPS可移植性，處理過程是不允許在測試程序中實現的。實際處理過程中我們作了一個和測試項目相關的表格，該表格為系統軟件平臺的一個組成部分，如圖2所示。

在表格中有兩個字段分別為“系數”和“偏移”，表示每次測試完成后，在給出最終測試結果時，應該將測試資源的不確定度考慮進去，具體計算公式為：



y=ax+b

(1)



其中:x表示儀器實際測量值，a表示乘積系數，b表示加性偏移，y表示考慮到測試資源不確定度對測試結果造成的誤差后進行修正應得的最終結果。其中乘積系數和加性偏移值應該來自權威部門的計量數據。

另外值得一提的是，如果測試方法帶來的系統不確定度也滿足誤差值相對比較穩定的要求時，也可以采用靜態處理的辦法來消除。

3.2 系統不確定度的動態處理

由于測試方法所帶來的系統不確定度和測試過程中電纜連接方式、信號傳輸通道以及信號調理裝置緊密相關，而且這三者對系統不確定度的貢獻通常情況下是隨機的，不固定的。比如說，信號傳輸通道特別是ATS內部的信號傳輸通道，如系統電纜、各種轉接開關對信號產生的畸變受電磁環境的影響比較大，對于綜合性的大型ATS，信號傳輸種類有模擬信號，也有數字信號，有低頻信號，也有射頻、微波信號，這個影響是不容忽視的。某些信號調理裝置也可能存在同樣的問題。這種情況下，對系統不確定度的處理就不能簡單地采用前面所提到的方法了。為了保證每次測試的準確性，我們可能需要在每次測試之前采用某種方法對這部分系統不確定度進行一次比較準確的估算。由于他只是UUT測試之前的一個準備工作，所以我們要求該方法不僅要求操作方便簡單，而且整個過程花費時間越短越好。

以某超短波跳頻電臺測試為例，測試該電臺的發射功率時，對于調頻和調幅模式下的功率測量我們采用無線電綜合測試儀來測量，而對于跳頻模式下的功率測量我們采用熱耦式功率計來測量，為了實現測試過程無需人工干預，在信號傳輸通道上增加了一個衰減器，以滿足測量儀器的量程要求，另外還有一個程控微波開關實現UUT不同模式下輸出功率的自動轉換測量如圖3所示。

從圖3可以知道，在大型綜合性ATS中，為了滿足自動測試的需要，在信號傳遞的過程中有時不得不加進許多中間環節，如圖3中的衰減器和微波開關。除此之外，信號傳輸電纜也被分成了幾段，自UUT到接口適配器前面板，自接口適配器前面板到ITA(Interface Test Adapter，接口測試適配器)，自ITA到ICA(Interface Connector Assembly，接口連接器組件)，再由ICA到系統內各儀器的輸入輸出端，各分段電纜以及他們之間的連接器都是系統不確定度的來源。

為了動態處理由測試方法帶來的系統不確定度，我們可以充分利用大型綜合性ATS中儀器種類齊全的優勢。如圖3所示為了估算UUT發射信號自測試電纜1到無線電綜合測試儀或功率計的系統不確定度，我們可以利用系統中的微波信號源來模擬UUT作為信號源，通過微波信號源輸出和UUT相同頻率的信號，其輸出值大小記為Pa，由無線電綜合測試儀或功率計來測量該信號功率大小，測量值大小記為Pb，那么該測試過程中動態處理得到的系統不確定度Pe為：



Pe=Pa－Pb (2)



實際操作過程中，只要將測試電纜1連接UUT的那一端改連到微波信號源的輸出端，如圖3中虛線所示。這樣，信號的整個傳輸通道完全一致，而微波信號源作為一個標準信號源可以由定期的計量來保證其輸出信號的可靠性。通過這樣一個變通的方法來實現動態處理系統不確定度過程中的可靠性保證的問題。這樣每次在測試該UUT的發射功率之前，只需要花費較短時間對測試過程中的不確定度進行一次估算，就能保證每次測試的正確性、準確性。

4 結 語

以上是我們根據實際測試過程中遇到的實際問題總結出來的對ATS中系統不確定度進行處理的兩種比較簡便的方法。實際引起ATS中的系統不確定度的原因可能是各種各樣的，當然，實際工程應用中，對系統不確定度的處理辦法也是多種多樣的。但是，系統不確定度作為影響AST測試可靠性以及ATS的通用性一個非常重要的因素，應該足以引起從事自動測試領域工作的每一個人的重視。通過實踐使用證明，我們以上提出并實際采用的兩種方法已經能夠較好地消除系統不確定度對測試結果的影響。

參 考 文 獻

［1］李行善，于勁松.ATS(自動測試系統)及ATE技術［J］.電子產品世界，2002(3A):30-32.

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［2］李行善，左翼，孫杰.自動測試系統集成技術［M］.北京：電子工業出版社，2004.

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［3］雷霖.微機自動檢測與系統設計［M］.北京：電子工業出版社，2003.

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［4］李正軍.計算機測控系統設計與應用［M］.北京：機械工業出版社，2004.

作者簡介 劉賢忠 男，1974年出生，湖南邵陽人，講師，碩士。主要從事機載通信導航設備的自動測試研究。