電子測試系統的硬件通用設計

劉飛

（中國電子科技集團第29所，四川成都，611731）

關鍵字：通用測試；FPGA；微波測試

1 問題

一個電子系統通常包含接收天線、微波前端（放大）、微波下變頻、信號處理、信號上變頻、信號發射、發射天線等部分。我們把這些各個功能部分叫做某分機或模塊，各個分機（模塊）都需要各自解決自己的測試問題，以便后續總體部門進行集成。

我們將常用的分機（模塊）的接口梳理如下表1所示。

表1 常見的分機模塊接口表

從上面的統計看，被測試設備的射頻輸入都可以用傳統通用信號源、輸出可以用頻譜儀，這些儀器也可以程控來作為自動測試部分，這個方面借助現在的網線、GPIB控制現在都能實現很好的通用化，這部分在自動測試領域討論得非常多。但是其中的數字類接口由于定制通信協議、定制控制時序等，很難實現通用化。雖然市場有很多第三方板卡（如數字IO，數據采集卡，串口卡）等能夠部分實現產生時序，控制等功能，但是離通用化還有一段距離。本文就提一種把數字模塊實現通用化的設計思路。

2 通用化測試硬件架構

2.1 外部接口部分

多年的工程實踐，接口部分技術發展快，外部接口變化也快，對外部接口的種類數量要求有不確定性，我們提出一個較為激進的辦法，叫物理接口飽和設計。大致就是統計一些可能會測試到的對象的具體接口形式、控制總線種類，采用其中最多的一種組合并且保留一定余量。

圖1為一種接口設計需求，其中包括如RS232、TTL電平接口、LVTTL電平接口、LVDS、MLVDS、SRIO等接口。其中需要數量都按照可能需要數量的最大值來設計硬件，以保證硬件端口足夠，為后續FPGA編程留下空間。

圖1 通用化的測試硬件接口部分

主要核心為兩個可編程的FPGA器件，一個用flash加載固定軟件，負責和計算機通信；另一片FPGA采用PC計算機配置軟件，在這一片上設計各種測試接口，有些接口通過FPGA直接實現，有些通過接口芯片連接實現（如上圖1），用FPGA編程來實現對各種接口的靈活使用。

表2 各種接口用的芯片一覽

板卡和計算機配合，在計算機上通過通用的總線如PCI總線（USB總線）來實現計算機和板卡之間的通信。再將計算機的命令通過FPGA轉譯成和對應端口相匹配的數據格式和命令，發出給被測試設備。在數據接收時正好相反，各接口接收到被測試件發送的數據，在轉換格式通過PCI總線（USB總線）轉給計算機顯示或記錄。這樣實現計算機和被測試件之間的通信。

2.2 配置靈活性解決

采取方法：FPGA軟件采用多個，為了能在一個測試臺快速的切換多個被測試對象，在PC計算機端進行多個FPGA軟件的在線配置，滿足一個工作臺在多個測試設備需求下的靈活切換。在線配置FPGA的硬件設計示意如下圖圖2所示。

圖2 FPGA的在線配置硬件示意圖

要對FPGA進行動態配置，必須正確連接M2、M1、M0三個配置模式管腳，硬件上正確連接CCLK、PROG_B、DIN、CS_B、RDWR_B、INIT_B、DONE、BUSY等信號，其中CCLK、PROG_B、DONE等信號要進行相應的上下拉處理。

在操作人員需要更換FPGA程序是，在人機交互界面上選擇新的軟件，通過總線下發給XC2VP40芯片，芯片將BIT文件格式進行轉換，并且產生加載時序（如圖3），加載給XC4VFX60，這樣就在線更新了FPGA軟件，適應新的測試對象的需求。

圖3 在線配置FPGA時序

3 應用實例及效果

在通用化的指導思想下，我們實際設計了多款基于PCI總線的測試板卡，如下圖4為其中之一。

圖4 通用測試板卡

此板卡將TTL，LVTTL、LVDS，RS232串口總線等通信需求融合到一起，實現了多個產品共用。實例中的產品沒有實現軟件的在線配置，但是效果已經非常不錯，測試常見種類的模塊覆蓋率可以到80%左右。更新的具有重加載功能的辦卡也已經設計下圖。預計測試覆蓋效果會高于95%。

4 結束語

在測試通用性領域，大家對通用儀器，程控儀器等討論比較多，但是在實際過程中，我們發現除了通用儀器控制，軟件需要通用之外，還有數字板卡的通用設計討論較少。雖然很多第三方測試產品中有類似的產品，很難實現高靈活性的使用。作者在硬件設計領域從業，根據多年工作總結，提出一點這方面通用設計思路，算是拋磚引玉，供大家一起討論。