PCB功能測試系統的設計與實現

李 月，陳天華

（北京工商大學 計算機與信息工程學院，北京 100048）

0 引言

自從表面貼裝技術(SMT)開始逐漸取代插孔式安裝技術以來,電路板上安裝的器件變得越來越小,而板上單位面積所包含的功能則越來越強大。電路板產品的飛速發展，增加了對電路板自動測試系統的需求，同時也給電路板的測試、維修工作帶來更高層次的要求。由于設備和操作者的各種可能的因素，不可能保證生產出來的PCBA全部都是完好品。這就要求在生產的末端加入各種的測試設備和測試工具，以保證出廠的所有實裝電路板與設計的各種規格和參數完全一致。這就產生了 ICT、AOI、X-Ray、Boundary-Scan、FCT等各種測試手段。

FCT英文全稱Functional Test(功能測試)，是在生產線的中間階段和末端利用專門的測試設備，對電路板的功能模塊進行全面的測試，用以確認電路板的好壞。它將電路板上的被測單元(UUT)作為一個功能體，對其提供輸入信號，按照功能體的設計要求檢測輸出信號。功能測試涉及模擬、數字、存儲器、 RF和電源電路,通常要用不同的測試策略。測試包括大量實際重要功能通路及結構驗證，以彌補前面測試過程遺漏的部分。

盡管各種新技術層出不窮，但功能測試依然是保證產品到最終應用環境立刻就能工作必不可少的手段。如果應用場合非常重要，如軍事、航空、汽車、醫療等領域，或者最終產品的成本及復雜程度非常高，如電信網絡、發電站等，那么更需要保證產品自身以及與其他系統合在一起時能工作正常，這時功能測試將是必須的。

1 概述

本功能測試系統是針對滯后的手工測試以及滿足PCBA測試操作簡便的需求而設計的。系統將傳統方法上多人合作完成的測試項目集中到一臺自動測試設備上，只需手動將針床壓合，系統就會自動進行測試，其速度是手動測試無法比擬的。自動準確判斷每個細節，不產生遺漏和誤判，測試結果由PC分析得出PASS或FAIL；多項目集中測試和多測試點同步測試，減少工位和工時；具有完善的自檢功能；用戶界面友好，系統不僅對操作人員要求低，而且易于技術人員編程和調試；對FAIL品可即時打印出相關數據，對整個測試過程可生成統計報表文件以供日后隨時調用；治具結構規范，利于統一管理和控制成本。

本測試系統主要完成以下功能：

1）PCB板電氣參數(電阻、電容、電壓、電流、頻率等)檢測；

2）自由選擇96路輸入/輸出，給產品加入電壓源、電流源等信號；

3）自動連接下載器，進行程序下載；

4）自動與產品通信，記錄產品采集數據；

5）自動啟用電動裝置，控制產品測試狀態。

2 結構和原理

硬件總體框圖如圖1所示。系統定義了8路數據總線，工業控制計算機通過RS232-485芯片發送信號給系統控制板，利用繼電器開關矩陣可靈活選擇輸入/輸出端口的特點，自由選擇測試資源和針床的測試點，都與總線相連，實現信號互通，節約系統測試資源，提高系統集成度。

圖1 系統硬件總體框圖

3 系統控制板設計

系統控制板是整個測試系統的核心大腦，它主要作用是控制整個測試過程的進程。它由通信、信號處理、自檢3模塊組成。通信模塊主要功能是上位機與MCU間的指令傳輸，并發送單片機控制信號。信號處理部分用于接收信號后，控制繼電器矩陣的動作，具有控制傳輸方向、通道選擇、數據鎖存、功率驅動等功能。自檢部分可以隨時對繼電器矩陣進行自我檢查。

3.1 通信模塊

通信模塊包括轉換芯片MAX485 EA和MCU兩部分。MAX485 EA將上位機傳輸的485信號轉變為單片機識別的TTL電平信號。單片機接收指令后，發送系統復位、通道選擇、傳送使能、系統自檢、I/O數據等信號。如圖2所示。

圖2 通信模塊

3.2 信號處理模塊

信號處理模塊包括總線傳送芯片SN74HC245C、通道選擇芯片HCC4067BF、鎖存芯片SN74HC573N、驅動芯片ULN2803N等。SN74HC245C是雙向傳輸開關，用于控制數據的傳輸方向。HCC4067BF功能是多路選擇模擬開關，即通過地址選擇端A、B、C、D進行選擇，發送鎖存使能信號，用于控制SN74HC573N鎖存。鎖存使能信號為低電平時，以維持當前狀態。直到鎖存使能信號為高電平時解除鎖定。ULN2803N用于驅動通信模塊中的繼電器。如圖3所示。

圖3 信號處理模塊

3.3 自檢模塊

自檢模塊通過自檢選通信號控制8通道模擬開關CD4051B，將系統自檢信號經過繼電器矩陣后傳回單片機，實現系統自檢。如圖4所示。

圖4 自檢模塊

4 軟件設計

測試系統采用vb6.0作為測試軟件的開發平臺。軟件功能強大，分為兩種不同的測試模式，分別是給一般操作者使用的自動測試模式和給工程人員使用的單步調試模式。系統具有靈活、簡便的人機對話界面，使操作分工明確，流程簡化，降低了對操作人員的要求。一般操作者通過選擇型號調出測試項，選擇正常測試、分步全功能測試、自檢測試等操作進行測試，測試失敗可以直接進行調試。系統運行結果如圖5所示。

系統針對不同的測試板，只需更換治具和簡單編寫數據庫即可，降低了二次投入成本。并且所有的測試結果都存儲在系統文件中，以供日后隨時統計和打印。程序員通過編寫測試項、測試描述、測試選擇、測試正確值和上下限、測試值單位、矩陣卡控制方式、測試功能等項目，與MCU進行通信，控制繼電器開關矩陣，將測試點和測試資源都與總線相連進行測試。數據庫編寫界面如圖6所示。

5 結束語

本測試系統自動化程度高，可提高PCBA測試效率和精度，避免人為因素的干擾，為企業節省大量人力物力，為企業節省開支；用戶使用方便靈活，只需知道被測電路基本原理，就可以選擇測試點進行測試；系統可靠性高，適合直接放置在生產線上；系統采用模塊化設計，具有極強的通用性和擴展性，可以根據客戶要求在I/O通道上靈活擴展，以滿足客戶多樣性需求。

圖5 系統運行結果

圖6 數據庫編寫界面

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