CN104345262A - 一种通用电路板测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通用电路板测试系统，包括测试机台和测试软件，测试机台包括自动测试资源和矩阵开关；自动测试资源通过总线集成到一起，并通过接口与矩阵开关及PC机连接，PC机配置有测试软件，测试软件通过总线控制自动测试资源输出满足要求的电源或信号，读入被测电路板的输出信号，同时通过总线控制矩阵开关使插座中相应的引脚类型与被测电路板的引脚相匹配，工作时，在测试软件的数据库中添加电路板的接口定义，系统自动切换插座各引脚功能，输出符合要求的信号或电源，并将电路板的输出口自动连接到自动测试资源的相应设备上，在软件界面显示电路板各输出口的参数、波形。本发明具有扩充性强、通用性强、自动化程度高、操作方便等优点。

Description

一种通用电路板测试系统

技术领域

本发明涉及电路板测试系统的技术领域，尤其是指一种通用电路板测试系统。

背景技术

电路板是电子系统研制和生产中不可缺少的部分，其质量直接影响整机设备的质量，它的生产和检验周期影响整机的研制进度及交付时间，因而，对电路板的测试是关系到电子系统的质量和生产周期的重要环节。然而，传统的电路板测试仪器往往是针对单一或固定的几块电路板的测试设备，存在多种明显的不足。首先其自动化程度较低：传统的测试仪器面板上有许多开关，测试过程中需要操作诸多的开关，操作过程复杂，工作质量和效率难以提高，且测试工作易受人为因素影响，使得测试过程难于精确控制；其次其通用性较差：传统的测试仪器往往是针对单一或固定的几种电路板的测试设备，当要检测一种新的电路板时，又需要研制一种新的电路板测试仪器，不同电路板的测试设备之间不可通用，测试和设计都需要专门的技术人员。因此，传统的人工测试手段和简单的自制测试设备将难以满足对电路板测试越来越高的测试要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种扩充性强、通用性强、自动化程度高、操作方便的通用电路板测试系统，可自动进行测试，适用于多种类型电路板。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种通用电路板测试系统，包括有测试机台和测试软件两部分，其中，所述测试机台用于完成测试任务的全部硬件，包括自动测试资源，用于产生激励信号和测试分析响应信号，以及矩阵开关，通过相应开关的切换，实现激励信号的加载以及响应信号的测试；所述自动测试资源通过总线集成到一起，并通过接口与矩阵开关及PC机连接，所述PC机配置有测试软件，所述测试软件通过总线控制自动测试资源输出满足要求的电源或信号，读入被测电路板的输出信号，同时通过总线控制矩阵开关使插座中相应的引脚类型与被测电路板的引脚相匹配，工作时，在测试软件的数据库中添加电路板的接口定义，系统自动切换插座各引脚功能，输出符合要求的信号或电源，并将电路板的输出口自动连接到自动测试资源的相应设备上，在软件界面显示电路板各输出口的参数、波形。

所述自动测试资源包括有：

可扩展的电源模块，包含程控电源，可输出幅值可调的正、负电压，用于加载到被测电路板的电源端；

可扩展的信号发生模块，包含带功率放大器的任意信号发生器和GPIO板，所述任意信号发生器用于产生被测电路板所需要的模拟信号、数字信号，可分别输出正弦波、方波、斜波、脉冲、三角波、高斯噪声、伪随机二进制序列、直流信号，还可输出由用户自定义小于1MSa的任意波形，自定义波形由用户在PC机的软件上绘制、生成后将波形参数传输至任意信号发生器使之输出自定义波形，所述功率放大器可将任意信号发生器的输出信号幅值放大，用于驱动被测电路板的相应器件，所述GPIO板用于实现电路板数字电平的输入读取和输出控制，输出电路板的电平控制信号，以激励和控制电路板工作，当任意信号发生器的通道数不能满足被测电路板需求时或被测电路板需要输入数字信号时，通过GPIO板进行输出信号的通道扩展；

可扩展的信号采集模块，包含示波器、逻辑分析仪、数据采集卡，所述示波器用于监测被测电路板上输出的模拟、数字信号，所述逻辑分析仪用于连续不断地采集被测电路的逻辑电平，并通过存储和波形显示直观地呈现信号时序关系，分析电路中存在的通信问题，当被测电路板有多路模拟信号输出、示波器模拟通道不足时，可通过所述数据采集卡扩展系统的模拟通道输入口；

负载及接口电路，包含程控电子负载、通信接口电路，所述程控电子负载用于检测被测电路板的电源性能，可通过编程模拟负载变化，动态测量被测设备的相关参数，所述通信接口电路用于输出满足被测电路板需求的电平信号，由各个通信模块组成，每个模块具有单一的功能；

条形码扫描器，用于读入被测电路板的类型，这样系统将自动调用电路板所对应的接口定义数据库，并通过开关矩阵切换插座引脚的连接，实现自动测试；

插座配置器，其一端连接到所述矩阵开关的列线，另一端连接至被测电路板的输入/输出接口，根据被测电路板接口特点，分配所需要的接口数量，配置接口的类型；

所述矩阵开关为可扩展的矩阵开关，主要是实现自动测试资源各设备与被测电路板之间的通道切换，包括以下四种功能：1)将所述程控电源输出的电源自动加至被测电路板要求的针脚上；2)将所述任意信号发生器和GPIO板上输出的信号转接至被测电路板要求的针脚上；3)将被测电路板输出的信号转接至所述信号采集模块的相应测量通道上；4)为被测电路板提供所需的外接元件。

所述测试软件包括更新或构建新电路板数据库时的添加新电路板功能，以及正常测试时的选择电路板功能，其中，所述添加新电路板主要是指将电路板所需要的电源类型、输入信号类型及特征、输出信号类型及特征、电路板接口的定义、需要显示的参数类型及方式写入到数据库中，生成对应的软件模块；而正常测试时，选择相应的软件模块，系统自动配置矩阵开关、信号特征，自动选择监视设备，并在PC机软件窗口中显示相应参数数值和波形，主要过程如下：

1)按顺序设置被测电路板的引脚，设置为输入口或输出口；

2)输入口有四种类型，分别为电源、模拟信号、数字信号和通信信号，选择后设置相应的参数；

3)输出口可连接三种监视设备，分别为示波器、逻辑分析仪和通信信号，选择对象后，矩阵开关自动切换，使之连接到相应设备的输入通道上；

4)设置好引脚的输入/输出参数后，设置显示方式。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、扩充性强，在需要测试新电路板时，只需在软件数据库中添加接口参数；

2、通用性强，系统能测试150W以下多种类型的电路板；

3、自动化程度高，在软件数据库中选择电路板型号后，测试过程由计算机进行控制，不需操作人员介入；

4、操作方便，测试时用户只需在测控软件界面上进行选择、设置，不涉及到硬件。

附图说明

图1为本发明的系统结构框图。

图2为本发明的软件功能框图。

图3为本发明的矩阵开关示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图3所示，本实施例所述的通用电路板测试系统，包括有测试机台和测试软件两部分，其中，所述测试机台用于完成测试任务的全部硬件，最大具有32×32矩阵，行线和列线分别可连接32路输入、输出信号。测试机台中的所有硬件部分，可根据实际需求扩展或精简。所述测试机台包括自动测试资源和矩阵开关，所述自动测试资源包含可扩展的电源模块、可扩展的信号发生模块、可扩展的信号采集模块、条形码(二维码)扫描器、插座配置器、负载及接口电路，用于产生激励信号和测试分析响应信号。所述矩阵开关通过相应开关的切换，实现激励信号的加载以及响应信号的测试。所述自动测试资源通过总线集成到一起，并通过接口与矩阵开关及PC机连接，所述PC机配置有测试软件，所述测试软件通过总线控制自动测试资源输出满足要求的电源或信号，读入被测电路板的输出信号，同时通过总线控制矩阵开关使插座中相应的引脚类型与被测电路板的引脚相匹配，工作时，在测试软件的数据库中添加电路板的接口定义，系统自动切换插座各引脚功能，输出符合要求的信号或电源，并将电路板的输出口自动连接到自动测试资源的相应设备上，在软件界面显示电路板各输出口的参数、波形。

电源是测试系统的基本部件，复杂的自动测试系统通常需要多组电源。测试系统需要具有量程可调、启停可控及状态可检测功能的直流电源。该电源主要负责给被测电路板供电，并且带有短路、过流过压保护。程控电源可通过外部控制来设定输出电压、输出电流的稳压、稳流或稳压/稳流的电源。测试机台中的电源模块包含三个独立的、可分别输出正、负电压的程控电源，用于加载到被测电路板的电源端，可根据实际需要相应输出功率、输出电压。

可扩展的信号发生模块，包含带功率放大器的任意信号发生器和GPIO板。所述任意信号发生器用于产生被测电路板所需要的模拟信号、数字信号，可分别输出正弦波、方波、斜波、脉冲、三角波、高斯噪声、伪随机二进制序列、直流等基本信号，还可输出由用户自定义小于1MSa的任意波形，自定义波形由用户在PC机的软件上绘制、生成后将波形参数传输至任意信号发生器使之输出自定义波形。所述功率放大器可将任意信号发生器的输出信号幅值放大至25Vp-p，用于驱动被测电路板的相应器件。所述GPIO板用于实现电路板数字电平的输入读取和输出控制，输出电路板的电平控制信号，以激励和控制电路板工作；通过电路板输出I/O口即测试系统输入I/O口读取电路的输出信号和工作状态。测试机台中的GPIO板可输出32路数字信号和2路模拟信号，当任意信号发生器的通道数不能满足被测电路板需求时或被测电路板需要输入数字信号时，通过GPIO板进行输出信号的通道扩展。

可扩展的信号采集模块，包含示波器、逻辑分析仪、数据采集卡。所述示波器具有4通道100MHz的模拟输入口和16通道的数字输入口，可用来监测被测电路板上输出的模拟、数字信号。所述逻辑分析仪可连续不断地采集被测电路的逻辑电平，并通过存储和波形显示直观地呈现信号时序关系，分析电路中存在的通信问题，系统中的逻辑分析仪具有34通道逻辑输入口，主要用于观察、分析被测电路板输出的通信信号的时序，也可用于观察数字信号。所述数据采集卡具有40通道模拟输入口，当被测电路板有多路模拟信号输出、示波器模拟通道不足时，用于扩展系统的模拟通道输入口。可根据实际需要，扩充或精简该部分的组成。

负载及接口电路，包含程控电子负载、通信接口电路。所述程控电子负载用于检测被测电路板的电源性能，可以通过编程模拟负载变化，动态测量被测设备的相关参数；系统中的程控电子负载具有恒压、恒流、恒阻的工作方式；程控电子负载靠内部功率管的耗散功率消耗电能，能准确检测出负载电压，精确调整负载电流，同时可以模拟负载短路，模拟感性、阻性和容性负载及容性负载电流上升时间；可对程控电子负载本身进行过压保护、过流保护、过功率保护、电压反向和过温保护，对被测设备进行过流保护、过功率保护、吃载电压和低电压保护；系统中的程控电子负载接到被测电路板的负载输出端，吸收、消耗负载输出端的电能。系统中的程控电子负载性能为150W，150V，20A；程控电子负载内置6位半的数字万用表，用于测量程控电子负载端的输出电压、电流等；也可根据实际需要增、减、更换大功率电子负载。通信接口电路用于输出满足被测电路板需求的电平信号，由各个通信模块组成，每个模块具有单一的功能，如RS232-RS485的电平转换，RS232-CAN的电平转换等。可根据被测电路板需要，增、减模块的数量，选择相应类型。所述通信接口电路用于输出满足被测电路板需求的电平信号，由各个通信模块组成，每个模块具有单一的功能，如RS232-RS485的电平转换，RS232-CAN的电平转换等；可根据被测电路板需要，增、减模块的数量，选择相应类型。

条形码(二维码)扫描器，用于读入被测电路板的类型，这样系统将自动调用电路板所对应的接口定义数据库，并通过开关矩阵切换插座引脚的连接，实现自动测试。

所述插座配置器的一端连接到矩阵开关的列线，另一端连接至被测电路板的输入/输出接口，根据被测电路板接口特点，分配所需要的接口数量，配置接口的类型。

所述矩阵开关为可扩展的矩阵开关，包含有32×32矩阵，根据需要可扩展至48×32、48×48或64×32。所述矩阵开关主要是实现测试系统各设备与被测电路板之间的通道切换，主要有以下几种功能：1)将程控电源输出的电源自动加至被测电路板要求的针脚上；2)将任意信号发生器和GPIO板上输出的信号转接至被测电路板要求的针脚上；3)将被测电路板输出的信号转接至数据采集卡、示波器和逻辑分析仪等自动测试设备的适当测量通道上；4)为被测电路板提供必要的外接元件，如电子负载等。

通用电路板测试系统的全部功能都通过测试软件控制测试机台实现。所述测试软件包括更新或构建新电路板数据库时的添加新电路板功能，以及正常测试时的选择电路板功能。所述添加新电路板主要是指将电路板所需要的电源类型、输入信号类型及特征、输出信号类型及特征、电路板接口的定义(包含引脚顺序、属性等)、需要显示的参数类型及方式等写入到数据库中，生成对应的软件模块。而正常测试时，选择相应的软件模块，系统自动配置矩阵开关、信号特征，自动选择监视设备，并在PC机软件窗口中显示相应参数数值和波形。主要过程如下：

1)按顺序设置被测电路板的引脚，设置为输入口或输出口；

2)输入口有四种类型，分别为电源、模拟信号、数字信号和通信信号，选择后设置相应的参数，如电源的电压值、模拟信号的波形及特征、数字信号的频率、通信信号的电平等；

3)输出口可连接三种监视设备，分别为示波器、逻辑分析仪和通信信号，选择对象后，矩阵开关自动切换，使之连接到相应设备的输入通道上；

4)设置好引脚的输入/输出参数后，设置显示方式。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种通用电路板测试系统，其特征在于：包括有测试机台和测试软件两部分，其中，所述测试机台用于完成测试任务的全部硬件，包括自动测试资源，用于产生激励信号和测试分析响应信号，以及矩阵开关，通过相应开关的切换，实现激励信号的加载以及响应信号的测试；所述自动测试资源通过总线集成到一起，并通过接口与矩阵开关及PC机连接，所述PC机配置有测试软件，所述测试软件通过总线控制自动测试资源输出满足要求的电源或信号，读入被测电路板的输出信号，同时通过总线控制矩阵开关使插座中相应的引脚类型与被测电路板的引脚相匹配，工作时，在测试软件的数据库中添加电路板的接口定义，系统自动切换插座各引脚功能，输出符合要求的信号或电源，并将电路板的输出口自动连接到自动测试资源的相应设备上，在软件界面显示电路板各输出口的参数、波形。

2.根据权利要求1所述的一种通用电路板测试系统，其特征在于，所述自动测试资源包括有：

可扩展的电源模块，包含程控电源，可输出幅值可调的正、负电压，用于加载到被测电路板的电源端；

可扩展的信号发生模块，包含带功率放大器的任意信号发生器和GPIO板，所述任意信号发生器用于产生被测电路板所需要的模拟信号、数字信号，可分别输出正弦波、方波、斜波、脉冲、三角波、高斯噪声、伪随机二进制序列、直流信号，还可输出由用户自定义小于1MSa的任意波形，自定义波形由用户在PC机的软件上绘制、生成后将波形参数传输至任意信号发生器使之输出自定义波形，所述功率放大器可将任意信号发生器的输出信号幅值放大，用于驱动被测电路板的相应器件，所述GPIO板用于实现电路板数字电平的输入读取和输出控制，输出电路板的电平控制信号，以激励和控制电路板工作，当任意信号发生器的通道数不能满足被测电路板需求时或被测电路板需要输入数字信号时，通过GPIO板进行输出信号的通道扩展；

可扩展的信号采集模块，包含示波器、逻辑分析仪、数据采集卡，所述示波器用于监测被测电路板上输出的模拟、数字信号，所述逻辑分析仪用于连续不断地采集被测电路的逻辑电平，并通过存储和波形显示直观地呈现信号时序关系，分析电路中存在的通信问题，当被测电路板有多路模拟信号输出、示波器模拟通道不足时，可通过所述数据采集卡扩展系统的模拟通道输入口；

负载及接口电路，包含程控电子负载、通信接口电路，所述程控电子负载用于检测被测电路板的电源性能，可通过编程模拟负载变化，动态测量被测设备的相关参数，所述通信接口电路用于输出满足被测电路板需求的电平信号，由各个通信模块组成，每个模块具有单一的功能；

条形码扫描器，用于读入被测电路板的类型，这样系统将自动调用电路板所对应的接口定义数据库，并通过开关矩阵切换插座引脚的连接，实现自动测试；

插座配置器，其一端连接到所述矩阵开关的列线，另一端连接至被测电路板的输入/输出接口，根据被测电路板接口特点，分配所需要的接口数量，配置接口的类型；

所述矩阵开关为可扩展的矩阵开关，主要是实现自动测试资源各设备与被测电路板之间的通道切换，包括以下四种功能：1)将所述程控电源输出的电源自动加至被测电路板要求的针脚上；2)将所述任意信号发生器和GPIO板上输出的信号转接至被测电路板要求的针脚上；3)将被测电路板输出的信号转接至所述信号采集模块的相应测量通道上；4)为被测电路板提供所需的外接元件。

3.根据权利要求1所述的一种通用电路板测试系统，其特征在于：所述测试软件包括更新或构建新电路板数据库时的添加新电路板功能，以及正常测试时的选择电路板功能，其中，所述添加新电路板主要是指将电路板所需要的电源类型、输入信号类型及特征、输出信号类型及特征、电路板接口的定义、需要显示的参数类型及方式写入到数据库中，生成对应的软件模块；而正常测试时，选择相应的软件模块，系统自动配置矩阵开关、信号特征，自动选择监视设备，并在PC机软件窗口中显示相应参数数值和波形，主要过程如下：

1)按顺序设置被测电路板的引脚，设置为输入口或输出口；

2)输入口有四种类型，分别为电源、模拟信号、数字信号和通信信号，选择后设置相应的参数；

3)输出口可连接三种监视设备，分别为示波器、逻辑分析仪和通信信号，选择对象后，矩阵开关自动切换，使之连接到相应设备的输入通道上；

4)设置好引脚的输入/输出参数后，设置显示方式。