CN111090034B - Pcba的电容测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PCBA的电容测试方法，工控机检测当前测试次数是否达到上位机设定的校准次数，校准模块对系统进行校准，校准完成后执行接触检测步骤；传感器模块检测是否接触及动作到位，若是，执行下一步，若否，返回启动步骤；环境监测模块检测环境条件都是满足设定范围，若是，执行下一步，若否，返回启动步骤；上位机测试模块调用电控模块指令控制信号并通过电路信号切换模块选择切换测试点位，控制LCR表对相应点位进行测量，测试组件对待测产品的电容进行测试。将LCR的高精度测试设备与可能提高测试精度的因素相结合，尽可能的提高测试的精度、稳定性。在以自动化的治具与上位机，实现测试的高效性，确保可以满足工厂的长期需求。

Description

PCBA的电容测试系统及方法

技术领域

本发明涉及测试领域，尤其涉及一种PCBA的电容测试系统及方法。

背景技术

电子技术的突飞猛进，人们对电子产品的性能的要求也越来越高。这使得设计人员对PCBA的各元件的选型、利用和整合要更加合理、可靠。其中，PCBA的各点的电容性能是必须要重点处理的对象。因此，一种合理的、高效的、精度高的电容测试方法势必会成为一种新的需求。

目前电容的测量基本都是手动，或半自动的利用万用表、LCR和其他电容测试仪进行测试。万用表的测量精度不高，且同一待测产品用不同的万用表测出的数值会有差异；LCR表精度、可靠性较高，但是对测量的手法比较讲究；其他电容测量仪器，虽然测试性能也较好，但受制于效率、稳定性以及其他原因，不能不满足工厂的快速高效测试流程的需求。

但是，现有的电容的测试存在以下缺陷：

(1)测试环境：忽略了环境对电容的影响，这会导致在不同温湿度下测量的值有很大的偏差，影响设计及验证。

(2)接触不良：电容的测量的要求相对其他电性能测试，对接触的要求较高，如果没有很好的连接到测试点，其测得值有很大偏差。

(3)稳定性：测试仪器仪表会随时间发生测量性能的偏差，从而影响测量结果。

(4)效率低下：传统的测量方法，测试时间相对较长。

(5)测试标准的执行不高：由于测试人员的测试手法的影响，会导致测试标准执行不能长期保持高效一致。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种PCBA的电容测试系统及方法，其能解决测量不准确及效率低的问题。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种PCBA的电容测试方法，应用于PCBA的电容测试系统，PCBA的电容测试系统包括工控机、校准模块、环境监测模块、电控模块及测试组件，所述工控机设置有上位机测试模块，所述测试组件包括气动模块、传感器模块、电路信号切换模块、LCR表，所述工控机分别与所述校准模块、所述环境监测模块及所述电控模块交互，所述电控模块分别与所述气动模块、传感器模块、电路信号切换模块、LCR表交互并控制所述气动模块、传感器模块、电路信号切换模块、LCR表针对PCBA进行电容测试；包括以下步骤：

启动步骤：待测产品到位后，工控机启动测试；

次数检验步骤：工控机检测当前测试次数是否达到上位机设定的校准次数，若是，执行校准步骤；若否，执行接触检测步骤；

校准步骤：校准模块对系统进行校准，校准完成后执行接触检测步骤；

接触检测步骤：传感器模块检测是否接触及动作到位，若是，执行下一步，若否，返回启动步骤；

环境检测步骤：环境监测模块检测环境条件都是满足设定范围，若是，执行下一步，若否，返回启动步骤；

测试步骤：上位机测试模块调用电控模块指令控制信号并通过电路信号切换模块选择切换测试点位，控制LCR表对相应点位进行测量，测试组件对待测产品的电容进行测试。

进一步地，在所述校准步骤中，依次放置三块电路板，经LCR表测试连接性后，在2V的电压下计算出相应的测试电流，并调用LCR的自动修正指令，校准LCR表。

进一步地，在所述环境检测步骤中，环境监测模块对测试的温度和湿度进行检测并反馈到工控机。

进一步地，在所述环境检测步骤中，设定范围为温度0℃～50℃，湿度0％～100％RH。

进一步地，在所述测试步骤中，上位机测试模块是通过用LUA编写脚本并通过调用相关指令实现工控机与LCR表、电控模块和环境监测模块的通讯。

一种PCBA的电容测试系统，包括工控机、校准模块、环境监测模块、电控模块及测试组件，所述工控机设置有上位机测试模块，所述测试组件包括气动模块、传感器模块、电路信号切换模块、LCR表，所述工控机分别与所述校准模块、所述环境监测模块及所述电控模块交互，所述电控模块分别与所述气动模块、传感器模块、电路信号切换模块、LCR表交互并控制所述气动模块、传感器模块、电路信号切换模块、LCR表针对PCBA进行电容测试；所述校准模块对系统进行校准，所述传感器模块检测是否接触及动作到位，所述环境监测模块检测环境条件都是满足设定范围，所述上位机测试模块调用电控模块指令控制信号并通过电路信号切换模块选择切换测试点位，控制LCR表对相应点位进行测量，测试组件对待测产品的电容进行测试。

进一步地，所述电控模块包括由单片机STM32FO51C6T6组成的微控制单元、输入输出端口控制单元、串口通讯单元以及电源转换单元；电源转换单元与微控制单元、输入输出端口控制单元、串口通讯单元连接并供电；串口通讯与工控机通讯，输入输出端口控制单元分别与气动模块、传感器模块、电路信号切换模块、LCR表通讯。

进一步地，所述环境监控模块是由TH2302M2温湿度变送器组成。

进一步地，所述校准板模块包括三块不同测试点开短路的功能电路板。

进一步地，所述LCR表的规格型号为Keysight E4980A。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、采用自动化测试，将大部分人为因素排除在外，在合理的测量环境里，能够长期保持正确的测量方式，确保能准确的对测试点进行测量，得到精确数据，提高准确度；并且可以在相应合适的测试次数后对测量仪器进行校准补偿，使得测得值能够保证在高精度范围内。

2、融合了多个仪器仪表的优点，并提供准确、高效的智能测试方法，以达到精度高、智能化、高效化、可靠性强的测试目的，满足电子产品集成化智能化越来越高的要求，顺应了电路板测试行业的发展，也节省了人力，财力，时间等成本。

3、本申请关键点是将LCR的高精度测试设备与可能提高测试精度的因素相结合，尽可能的提高测试的精度、稳定性。在以自动化的治具与上位机，实现测试的高效性，确保可以满足工厂的长期需求。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明PCBA的电容测试系统的流程图；

图2为模块图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1-2，一种PCBA的电容测试方法，应用于PCBA的电容测试系统，PCBA的电容测试系统包括工控机、校准模块、环境监测模块、电控模块及测试组件，所述工控机设置有上位机测试模块，所述测试组件包括气动模块、传感器模块、电路信号切换模块、LCR表，所述工控机分别与所述校准模块、所述环境监测模块及所述电控模块交互，所述电控模块分别与所述气动模块、传感器模块、电路信号切换模块、LCR表交互并控制所述气动模块、传感器模块、电路信号切换模块、LCR表针对PCBA进行电容测试；包括以下步骤：

一、启动步骤：待测产品到位后，工控机启动测试；

二、次数检验步骤：工控机检测当前测试次数是否达到上位机设定的校准次数，若是，执行校准步骤；若否，执行接触检测步骤；

三、校准步骤：校准模块对系统进行校准，校准完成后执行接触检测步骤；在所述校准步骤中，依次放置三块电路板，经LCR表测试连接性后，在2V的电压下计算出相应的测试电流，并调用LCR的自动修正指令，校准LCR表。

四、接触检测步骤：传感器模块检测是否接触及动作到位，若是，执行下一步，若否，返回启动步骤；

五、环境检测步骤：环境监测模块检测环境条件都是满足设定范围，若是，执行下一步，若否，返回启动步骤；

在所述环境检测步骤中，环境监测模块对测试的温度和湿度进行检测并反馈到工控机。

优选的，在所述环境检测步骤中，设定范围为温度0℃～50℃，湿度0％～100％RH。

六、测试步骤：上位机测试模块调用电控模块指令控制信号并通过电路信号切换模块选择切换测试点位，控制LCR表对相应点位进行测量，测试组件对待测产品的电容进行测试。

在所述测试步骤中，上位机测试模块是通过用LUA编写脚本并通过调用相关指令实现工控机与LCR表、电控模块和环境监测模块的通讯。测试智能化，从放入产品开始到测试结束，整个测试过程，都是由治具完成，尽可能的减少干扰环节，确保时效性、稳定性、准确率

在具体实施过程中，将待测产品放置到载板相应位置，按下开始键，治具将会按照既定的测试软件进行测试，测试完自检测试结果，期间若检测到测试环境得温湿度不在所需测量环境内，上位机将会反馈出温湿度值，并以失效结果结束测试；若设定的测试次数已到校准需求，上位机会提示使用校准板按提示步骤进行校准，校准完成后自动保存校准数据，上位机会调用测试仪器进行补偿修正，以待下次测试。若整个测试正常，最后将反馈测试结果。以达到智能、高效、准确测试的目的。

一种PCBA的电容测试系统，包括工控机、校准模块、环境监测模块、电控模块及测试组件，所述工控机设置有上位机测试模块，所述测试组件包括气动模块、传感器模块、电路信号切换模块、LCR表，所述工控机分别与所述校准模块、所述环境监测模块及所述电控模块交互，所述电控模块分别与所述气动模块、传感器模块、电路信号切换模块、LCR表交互并控制所述气动模块、传感器模块、电路信号切换模块、LCR表针对PCBA进行电容测试；所述校准模块对系统进行校准，所述传感器模块检测是否接触及动作到位，所述环境监测模块检测环境条件都是满足设定范围，所述上位机测试模块调用电控模块指令控制信号并通过电路信号切换模块选择切换测试点位，控制LCR表对相应点位进行测量，测试组件对待测产品的电容进行测试。采用自动化测试，将大部分人为因素排除在外，在合理的测量环境里，能够长期保持正确的测量方式，确保能准确的对测试点进行测量，得到精确数据，提高准确度；并且可以在相应合适的测试次数后对测量仪器进行校准补偿，使得测得值能够保证在高精度范围内。

优选的，所述电控模块包括由单片机STM32FO51C6T6组成的微控制单元、输入输出端口控制单元、串口通讯单元以及电源转换单元；电源转换单元与微控制单元、输入输出端口控制单元、串口通讯单元连接并供电；串口通讯与工控机通讯，输入输出端口控制单元分别与气动模块、传感器模块、电路信号切换模块、LCR表通讯。在具体应用过程中，电控模块是由单片机STM32FO51C6T6组成的微控制单元、输入输出端口控制单元、串口通讯单元以及电源转换单元组成。电源转换模块给微控制单元、串口通讯单元以及输入输出端口供电；微控制单元通过底层驱动的编写设置，实现对输入输出端口的控制以及串口通讯；串口通讯是实现微控制单元与工控机上位机通讯；输入输出端口实现对传感器、气动模块、信号切换模块的控制。气动模块是由两组电磁阀构成，实现治具的自动动作。传感器模块是由四对电磁开关组成，实现对电磁阀运行位置的控制。电路信号切换模块是由继电器和信号端口连接组成。

优选的，所述环境监控模块是由TH2302M2温湿度变送器组成。在设计中增加了测量环境的监测，提高测试精度，解决了环境对电容测试的影响问题。具体的，设备的测量范围为：温度0℃～50℃(精度≤±0.3℃在25℃)；湿度0％～100％RH(精度≤±3％RH～80％RH)。同时具备MODBUS协议，RS485输出。上位机可以实时读取数据，这样可以确保测试环境的实时状态。

优选的，所述校准板模块包括三块不同测试点开短路的功能电路板。所述LCR表的规格型号为Keysight E4980A。定期的校准补偿，且使用了高精度的LCR表，可以尽可能的确保测量的高精度。具体的，选用Keysight E4980A高精度LCR表，测试频率为20Hz～2MHz(测量分辨率为0.01Hz，精度达到±0.01％)；测试电压信号0Vrms～2.0Vrms(分辨率100uVrms，精度±6％mVrms)；测试电流信号0Arms～20mArms(分辨率1uArms，精度±(10％+10uA))；电容显示精度±1.000000aF～999.9999EF。这样的精度可以满足大部分工厂的测量需求。

优选的，在本实施例中，还包括电源模块及急停按钮模块，电源模块选用明纬开关电源NED-50B，供电参数为：

85～264VAC/120～370VDC；5V/4A；24V/1.4A；53.6W。

急停按钮模块使用固态继电器，利用弱电信号来控制触点端的强电开断，以达到紧急状态下，切断供电，停止治具运行。

本设计方案是融合了多个仪器仪表的优点，并提供准确、高效的智能测试方法，以达到精度高、智能化、高效化、可靠性强的测试目的，满足电子产品集成化智能化越来越高的要求，顺应了电路板测试行业的发展，也节省了人力，财力，时间等成本。

在涉及到应用的实际操作时，具体涉及如下操作步骤：

1、治具上电上气后，打开紧急按钮，使整个测试电路上电。

2、打开上位机测试软件，加载测试脚本。

3、放置待测产品至待测位置。

4、双手同时按下治具上的两个“开始”按钮(也可以设置成点击上位机的“开始”按钮)，电控模块的微控制单元接受到开始信号，便开始发送治具动作指令，使动作到位，同时到位传感器亮，并将信号发回至电控板的微控制单元。微控制单元得到对应动作到位信号后，治具就开始自动测试。如果微控制单元检测到治具动作没到位，则控制电磁阀回到初始测试状态。

5、治具开始测试后，先进温湿度读取测试，当温湿度都是满足设定范围，则上位机调用电控板指令控制信号控制板选择切换测试点位，同时控制LCR表对相应点位进行测量。如果测试过程中有失效测试项出现，则显示失效值，并以失效结果退出测试，治具恢复初始测试状态；如果一切正常，则最后的测试值以“通过”结束测试，治具恢复初始测试状态。

6、当测试次数达到上位机设定的校准次数，则上位机会自动跳出校准界面，提醒进行校准。上位机会让测试人员按顺序分别放入测试校准板C1、C2、C3。当所有校准都通过后，才可以进行正常测试。

7、测试期间，若遇到紧急情况，可以按下急停按钮，以切断电源，同时治具停止动作。

在实际应用时，优点如下：

测试时间可控，测试精度高，测试智能化，测试治具易操作，测试治具易于维护。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种PCBA的电容测试方法，应用于PCBA的电容测试系统，PCBA的电容测试系统包括工控机、校准模块、环境监测模块、电控模块及测试组件，所述工控机设置有上位机测试模块，所述测试组件包括气动模块、传感器模块、电路信号切换模块、LCR表，所述工控机分别与所述校准模块、所述环境监测模块及所述电控模块交互，所述电控模块分别与所述气动模块、传感器模块、电路信号切换模块、LCR表交互并控制所述气动模块、传感器模块、电路信号切换模块、LCR表针对PCBA进行电容测试；其特征在于，包括以下步骤：

启动步骤：待测产品到位后，工控机启动测试；

次数检验步骤：工控机检测当前测试次数是否达到上位机设定的校准次数，若是，执行校准步骤；若否，执行接触检测步骤；

校准步骤：校准模块对系统进行校准，校准完成后执行接触检测步骤；依次放置三块电路板，经LCR表测试连接性后，在2V的电压下计算出相应的测试电流，并调用LCR的自动修正指令，校准LCR表；

接触检测步骤：传感器模块检测是否接触及动作到位，若是，执行下一步，若否，返回启动步骤；

环境检测步骤：环境监测模块检测环境条件都是满足设定范围，若是，执行下一步，若否，返回启动步骤；环境监测模块对测试的温度和湿度进行检测并反馈到工控机；设定范围为温度0℃～50℃，湿度0％～100％RH；

测试步骤：上位机测试模块调用电控模块指令控制信号并通过电路信号切换模块选择切换测试点位，控制LCR表对相应点位进行测量，测试组件对待测产品的电容进行测试；上位机测试模块是通过用LUA编写脚本并通过调用相关指令实现工控机与LCR表、电控模块和环境监测模块的通讯。

2.一种PCBA的电容测试系统，包括工控机、校准模块、环境监测模块、电控模块及测试组件，其特征在于：所述工控机设置有上位机测试模块，所述测试组件包括气动模块、传感器模块、电路信号切换模块、LCR表，所述工控机分别与所述校准模块、所述环境监测模块及所述电控模块交互，所述电控模块分别与所述气动模块、传感器模块、电路信号切换模块、LCR表交互并控制所述气动模块、传感器模块、电路信号切换模块、LCR表针对PCBA进行电容测试；所述校准模块对系统进行校准，所述传感器模块检测是否接触及动作到位，所述环境监测模块检测环境条件都是满足设定范围，所述上位机测试模块调用电控模块指令控制信号并通过电路信号切换模块选择切换测试点位，控制LCR表对相应点位进行测量，测试组件对待测产品的电容进行测试，所述电控模块包括由单片机STM32FO51C6T6组成的微控制单元、输入输出端口控制单元、串口通讯单元以及电源转换单元；电源转换单元与微控制单元、输入输出端口控制单元、串口通讯单元连接并供电；串口通讯与工控机通讯，输入输出端口控制单元分别与气动模块、传感器模块、电路信号切换模块、LCR表通讯。

3.如权利要求2所述的PCBA的电容测试系统，其特征在于：所述环境监控模块是由TH2302M2温湿度变送器组成。

4.如权利要求2所述的PCBA的电容测试系统，其特征在于：所述校准模块包括三块不同测试点开短路的功能电路板。

5.如权利要求4所述的PCBA的电容测试系统，其特征在于：所述LCR表的规格型号为Keysight E4980A。

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