基于電子設備自動測試系統的通用性設計分析

廖永進

摘 ? 要：電子設備產品越來越多，測試的復雜性和精準度要求也更高，為適應電子測試需求，文章詳細介紹了自動化測試系統的關鍵應用技術，闡述了自動測試系統基本原理，提出了測試系統校準的設計方案。自動化測試系統具有標準化、可重復化特點，有效降低了測試人員的勞動強度，大大降低了測試成本，保證了測試效率。

關鍵詞：電子設備;自動測試系統;校準;通用性設計

1 ? ?自動化測試系統主要技術

1.1 ?測試總線及計算機輔助技術

自動化測試方面，應用最為廣泛的是采用測試機箱底板總線vxl，PxI技術以及具有互聯功能的USB，SCXI，GPIB，MXI，FireWire等總線技術，另外還有基于LAN技術的LXI總線（LAN eXtensions for Instrumentation，LXI）技術，實現了網絡化自動測試系統成為行業的主導。計算機輔助系統應用較早，主要采用多維鼠標、高分辨率圖形監視器、多功能觸摸屏、語音合成器、高精度圖形照相機、攝像機、智能數據庫、存儲硬盤、跟蹤定位裝置等硬件，建立多維圖形世界或仿真虛擬場景（Artificial Intelligence，AI），實現全動態音頻、視頻形式的高精度、準確測試信息，滿足各種測試場景需求。

1.2 ?基于多傳感器的虛擬融合技術

目前，基于多傳感器的虛擬融合技術比較流行。隨著傳感器技術日益成熟，傳感器測量精度更加準確。利用計算機圖形軟件環境，建立逼真的圖形化虛擬儀器面板，利用功能強大的虛擬儀器、儀表以及各種專業的測試工具把傳感器獲得的多種信息和數據進行擬合，可以實現對設備的控制、數據分析處理及各種人機交互功能。尤其是IVI規范的應用，實現了軟件測試的相對獨立性和儀器級的互換性。基于多傳感器數據融合技術，對設備的多種特征信息進行提取、分析、擬合、分析判斷以及決策，提高了測試的便利性和高效性。另外采用商用現成品或技術（Commercial Off-The-Shelf，COTS），具有更加廣泛的通用性和標準化程度，大大減少了電子產品研發、生產、測試等費用。

1.3 ?基于人工智能的專家系統技術

基于機器智能化、網絡化自適應診斷測試系統的開發和應用是新一代測試系統應用的主要研究方向。廣泛采用模型算法、人工神經網絡、模糊邏輯模型理論、魚群模型算法、故障樹、鳥類仿真技術、診斷專家系統、遺傳算法等新型測試系統具有良好的市場優勢[1]。其中AI-ATE體系結構是基于人工智能的專家診斷測試系統研究工作，實現了商用可能。AI-ATE體系結構具有強大的數據庫系統，可以把標準圖冊、操作實用說明書、技術資料、維修指南等傳統電子技術手冊資料存儲到數據庫中，從而建立完全無紙化的人機交互測試環境，極大地提高了電子設備測試效能。

1.4 ?隔離式測試技術

隔離式測試技術可實現測試器與被測電路板間的完全無接觸狀態，不再需要很多測試工具、夾具、連接導線以及裝置。測試過程中，有效利用被測電路板各種特征參數（電氣參數之外），便于超大規模集成電路器件以及復雜結構電路板（具備表面安裝工藝）。隔離式測試技術具有測試安全性高、測試速度快、診斷效果良好的特點[2]。

2 ? ?電子設備自動測試系統設計

2.1 ?自動測試系統原理

自動測試設備集合計算機硬件、各種測量模塊、開關類模塊、控制模塊、傳感器等，在人機交互界面運行自動測試軟件，實現測試儀器設備的集中控制，對被測電子系統、電路板等功能特征參數的測試以及相關數據分析、性能評估和電子元器件參數調整等，滿足檢測、定位故障診斷等需求。針對多種自動測試設備中統一模塊進行相應的校準方案設計并滿足精度要求，可以實現通用校準。測試系統以計算機為中心，采用總線技術，實現對被測試設備進行測試。測試系統可實現人機交互，測試數據或報告可保存、打印。

2.2 ?自動測試系統校準硬件設計

自動測試設備尤其是電子類產品的種類繁多，測試頻率高，通常需要較高的校準。為了適應通用性準則和擴展性需求，降低投資和研發成本，基于總線技術采用模塊化設計，按照機動化、自動化、通用化的設計原則，設計了通用校準系統。其硬件框架如圖1所示。采用通用儀器（模塊）對自動測試設備檢測、基準源等部分進行校準，將系統總線、連接電纜、信號轉接、電源等作為整體校準對象，采用校準適配板對同類型自動測試設備進行校準擴展，具備良好的通用性。

圖1中自動測試設備通用校準儀采用計算機作為控制中心，計算機通信適配網絡，實現采集、控制、處理、分析、存儲、顯示、打印等功能。系統主要包括信號測量模塊和基準源模塊。其中，信號測量模塊主要包括電壓測量模塊、周期/頻率測量模塊、電阻測量模塊，主要實現對交/直流電壓信號、頻率信號以及電阻的測量，用于對波形信息的檢測以及產生高精度電流信號等。基準源模塊主要由波形發生器模塊和標準直流電壓信號產生模塊構成，用于產生幅度頻率可調的方波、正弦波、梯形波信號和占空比可調的周期脈沖信號以及滿足測試需要、較高精度的直流電壓[3]。

校準儀采用計算機實現對校準儀和ATS程控。校準儀的基準源模塊通過接口電路和標準適配板，對測試設備發出電壓和波形等激勵信號，被校準信號通過測試電纜和適配板相連，再利用通用接口傳輸到測量模塊進行校準。計算機采用RS232，USB，WIF，CAN等實現與通信模塊的控制。控制模塊激勵信號的發出以及測試信號的接收。

根據計量標準和規范，校準滿足在計量有效期內（一般為1年），可以有效溯源到國家基準，校準技術指標高于被測試設備的0.1～0.25。

2.3 ?軟件功能設計

為了通用性要求，滿足多種電子設備的測試需求，軟件設計方面充分考慮系統實用性、可靠性，采用Windows 10操作系統，利用Labwindows/CVI開發軟件C語言平臺，具有豐富的源碼級設備驅動程序，可以面向儀器直接交互，編程方式簡單便捷。軟件功能框架如圖2所示。

軟件測試主要由校準管理軟件、DSP控制軟件、校準軟件、自動測試設備硬件控制軟件構成。校準管理軟件可實現校準人員、文件、數據庫等管理;校準軟件為集成軟件系統，包括校準測試所需的所有軟件，可實現軟件的自動更新。

3 ? ?結語

ATS，ATE等測試系統在武器裝備制造、電子產品制造、航空航天、移動通信等領域應用較為廣泛。隨著智能技術及網絡技術的成熟，利用嵌入式系統測試工具和方法，在測試規模、測試復雜度、測試精度、測試速度等方面，自動化測試系統都具有無可替代的作用。自動化測試系統具有標準化、可重復化的特點。利用計算機及軟件測試，有效降低了測試人員勞動強度，大大降低了測試成本保證了測試效率。在不久的將來，隨著5G技術的普及及AI技術的推廣，自動測試系統將更加先進和智能。

[參考文獻]

[1]雷婉琦.基于綜合通信導航識別設備的自動測試系統的設計與實現[D].成都：電子科技大學，2015.

[2]汪靜，歐陽紅軍，蔣薇.ATE可計量性信息流建模與分析研究[J].儀器儀表學報，2012（11）：105-110.

[3]張俊麗，宋家友，姚淼.某型自動測試系統校準周期的確定[J].南京郵電大學學報（自然科學版），2015（6）：96-99.

Abstract：There are more and more electronic equipment products， and the complexity and accuracy of testing are also higher. In order to meet the needs of electronic testing. This paper introduces the key application technologies of automated test systems in detail， explains the basic principles of automatic test systems， the design scheme of test system calibration is presented. The automated test system has the characteristics of standardization and repeatability， which effectively reduces the labor intensity of testers， greatly reduces the test cost， and ensures the test efficiency.

Key words：electronic equipment; automatic test system; calibration， universal design