电路板电源参数测试系统和方法
技术领域
本申请涉及电子设备技术领域,特别是涉及一种电路板电源参数测试系统和方法。
背景技术
电路板电源参数(包括电压、电流及功耗等)是电子产品中影响可靠性最关键的因数,为了提高产品的稳定性,电路工程师除了参考各芯片手册预估电路板电源参数从而预留足够的设计余量外,在产品开发后期还需要实时测试电路板在运行中的动态电源参数,从而得到电路板的实际工作电源特性。
在实现过程中,发明人发现传统技术中至少存在如下问题:传统的测试方法是电路工程师使用示波器、直流电源和万用表等多种仪器配合测试,电路板的测试数量受到仪器端口限制。
发明内容
基于此,有必要针对传统的电路板电源参数测试方式存在电路板的测试数量受到仪器端口限制的问题,提供一种电路板电源参数测试系统和方法。
为了实现上述目的,一方面,本申请实施例提供了一种电路板电源参数测试系统,包括:
远程控制设备;
至少一个电路板电源参数测试设备。
电路板电源参数测试设备包括:
数据传输接口,用于与远程控制设备通信连接;
处理单元,连接数据传输接口;
电源参数采集单元,包括连接处理单元的单片机,可调电源模块,用于连接待测电路板的供电接口的电源输出端口,第一电气参数采样模块,第二电气参数采样模块以及用于连接待测电路板的功能电路的采样端口;
单片机通过可调电源模块连接电源输出端口;第一电气参数采样模块的一端连接电源输出端口,另一端连接单片机;第二电气参数采样模块的一端连接采样端口,另一端连接单片机。
在其中一个实施例中,电路板电源参数测试设备包括至少两个电源参数采集单元。处理单元设有至少两个通信接口。各通信接口与各电源参数采集单元一一对应连接。
在其中一个实施例中,各通信接口独立选自RS485接口、CAN接口和串口。
在其中一个实施例中,第一电气参数采样模块包括第一电流采样电路和第一电压采样电路。第一电流采样电路的第一端连接可调电源模块,第二端连接电源输出端口,第三端连接单片机;第一电压采样电路连接在电源输出端口和单片机之间。
在其中一个实施例中,第二电气参数采样模块包括第二电流采样电路和第二电压采样电路。采样端口包括用于连接功能电路的电流采样端口和电压采样端口。
第二电流采样电路连接在电流采样端口和单片机之间;第二电压采样电路连接在电压采样端口和单片机之间。
在其中一个实施例中,电路板电源参数测试设备还包括电流采样电阻和电压采样电阻。
第二电流采样电路的一端通过电流采样电阻连接电流采样端口,另一端连接单片机的ADC数据采集接口;第二电压采样电路的一端通过电压采样电阻连接电压采样端口,另一端连接单片机的ADC数据采集接口。
在其中一个实施例中,数据传输接口包括以下接口终端至少一种:USB接口、串口、蓝牙接口、Wi-Fi接口和NB-IOT接口;处理单元分别连接USB接口、串口、蓝牙接口、Wi-Fi接口和NB-IOT接口。
在其中一个实施例中,电路板电源参数测试设备还包括连接处理单元的显示单元。
在其中一个实施例中,处理单元为FPGA、单片机、ARM处理器或DSP处理器。
另一方面,提供了一种电路板电源参数测试方法,应用于如上述的电路板电源参数测试系统。电路板电源参数测试方法包括:
处理单元根据远程控制设备传输的配置信息,配置电源参数采集单元,向电源参数采集单元发送测试指令;测试指令用于指示电源参数采集单元对待测电路板进行电源参数测试;
处理单元获取测试数据;其中,测试数据由电源参数采集单元对待测电路板进行电源参数测试得到;
处理单元通过数据传输接口,将测试数据发送给远程控制设备。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果:
电路板电源参数测试系统中,远程控制设备可通过网络连接多个电路板电源参数测试设备;电路板电源参数测试设备可测试至少一个待测电路板。具体地,处理单元通过电源参数采集单元分别连接待测电路板的供电接口和功能电路。基于上述结构,处理单元可获取远程控制设备传输的配置参数及测试参数,进而对电源参数采集单元进行配置,实现对待测电路板的电源参数进行自动测试,提高测试的效率及准确性。基于此,可根据待测电路板的数量及需求,灵活设置电路板电源参数测试设备的数量,方便简洁,灵活、高效实现多通道远程测试,提高远程操控的效率,避免待测电路板的测量数目受到设备端口数的限制。
进一步地,远程控制设备可远程动态控制可调电源模块输出的电压幅度等参数,测试电路板不同供电状态的动态特性参数。同时,电源参数采集单元可将采样数据传输给处理单元,由处理单元处理后通过数据传输接口传输给远程控制设备。此外,在电源参数采集单元中,单片机通过可调电源模块连接电源输出端口,电源输出端口通过第一电气参数采样模块连接单片机,形成一个闭环控制系统,可实现电路板电源参数的安全测试。
附图说明
通过附图中所示的本申请的优选实施例的更具体说明,本申请的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分,且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图,重点在于示出本申请的主旨。
图1为一个实施例中电路板电源参数测试系统的结构示意图;
图2为一个实施例中电路板电源参数测试设备的第一示意性结构图;
图3为一个实施例中电路板电源参数测试设备的第二示意性结构图;
图4为一个实施例中电源参数采集单元的结构示意图;
图5为一个实施例中电路板电源参数测试设备与待测电路板的接线示意图;
图6为一个实施例中电源参数采集单元的工作流程示意图;
图7为一个实施例中处理单元的工作流程示意图;
图8为一个实施例中电路板电源参数测试设备的第三示意性结构图。
具体实施方式
为了便于理解本申请,下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是,本申请可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是,当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体,或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“端口”、“一端”、“另一端”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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请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,不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/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。
在一个实施例中,提供了一种电路板电源参数测试设备,如图1所示,包括:
远程控制设备;
至少一个电路板电源参数测试设备。
如图2所示,电路板电源参数测试设备包括:数据传输接口,用于与远程控制设备通信连接。
处理单元,连接数据传输接口。
电源参数采集单元,包括连接处理单元的单片机,可调电源模块,用于连接待测电路板的供电接口的电源输出端口,第一电气参数采样模块,第二电气参数采样模块以及用于连接待测电路板的功能电路的采样端口。
单片机通过可调电源模块连接电源输出端口;第一电气参数采样模块的一端连接电源输出端口,另一端连接单片机;第二电气参数采样模块的一端连接采样端口,另一端连接单片机。
具体而言,电路板电源参数测试系统包括远程控制设备,以及多个与远程控制设备通信连接的电路板电源参数测试设备。远程控制设备可同时控制多个电路板电源参数测试设备,以实现对更多的待测电路板进行测试,极大提高测试效率。具体地,电路板电源参数测试设备的数量可根据待测电路板的数量来灵活配置;同时,一个电路板电源参数测试设备可测试至少一个待测电路板。基于此,电路板电源参数测试系统通过两级的扩展架构,避免设备端口对电路板测试数量的限制,高效实现多通道远程测试,有效提高远程操控的测试效率,便于批量电路板的电源参数测试。
在电路板电源参数测试设备中,处理单元通过数据传输接口连接远程控制设备,可获取远程控制设备的配置参数、测试参数等。并且,处理单元还通过电源参数采集单元分别连接待测电路板的供电接口和功能电路,可根据获取到的配置参数、测试参数对电源参数采集单元进行配置,以使电源参数采集单元为待测电路板提供相应的供电参数并采集测试数据,实现对待测电路板的测试。进一步地,处理单元还可通过数据传输接口,将电源参数采集单元采集得到的测试数据传输给远程控制设备,实现对电路板电源参数的远程测试。示例性地,处理单元可根据获取到配置参数,配置电源参数采集单元的采样通道、供电参数和测试时间等;处理单元还可处理电源参数采集单元采集到的电流信号、电压信号等,得到功耗数据并进一步输出,进行显示或存储等。
处理单元通过单片机连接可调电源模块,可通过单片机控制可调电源模块进行供电。可调电源模块通过电源输出端口连接待测电路板的供电接口,可向待测电路板输出不同幅值的电压。电源输出端口通过第一电气参数采样模块连接单片机;单片机可通过第一电气参数采样模块获取供电接口的电气数据。单片机依次通过第二电气参数采样模块和采样端口,连接待测电路板的功能电路,可采集电路板上功能电路的电源参数。应该注意的是,电源参数采集单元可包括多个第二电气参数采样模块,对应连接待测电路板上的多个功能电路,实现全方位、多功能地检测。
进一步地,单片机、可调电源模块、电源输出端口和第一电气参数采样模块组成一个闭环控制系统。在正常情况下,单片机可把测试数据回传给处理单元进行分析、记录;当待测电路板内部电路出现异常时,第一电气参数采样模块反馈的电压、电流瞬间增大,单片机可控制可调电源模块的电源输出,及时切断电路板供电,并向处理单元发送告警信息,保证电路板电源供电安全,避免电路板过压、过流损坏,实现安全测试。
需要说明的是,数据传输接口与远程控制设备之间可采用有线连接或无线连接。数据传输接口可用于测试数据和配置参数的传输;可选地,数据传输接口可为USB(Universal Serial Bus,通用串行总线)接口、无线通信接口等,此处不做具体限定。应该注意的是,远程控制设备与数据传输接口之间的数据传输可根据现有的协议或通信方式来实现。示例性地,远程控制设备可为手机、平板、计算机或服务器等。
处理单元可主要由处理器和外围电路组成,可用于配置电源参数采集单元,通过电源参数采集单元对待测电路板进行测试,且通过电源参数采集单元获取到测试数据。应该注意的是,处理单元配置电源参数采集单元、获取测试数据的过程可采用现有通信总线及协议来实现,此处不做具体限定;处理单元对测试数据的处理、分析和记录等过程,例如功耗计算等,也可采用现有技术来实现,此处不做具体限定。
单片机可用于控制电气参数采样模块,采集及传输电源参数等。可调电源模块可用于根据单片机传输的信号进行供电。通过单片机的控制接口可动态配置可调电源模块,输出不同幅值的电压,实现对不同供电需求的待测电路板进行供电,并且,还可测试电路板电压暂降、骤升、短时中断等动态参数特性。同时,还可通过单片机的控制接口控制可调电源模块电源的输出和关闭,测试电路板上电过冲、掉电延时参数特性。电源输出端口可提供接插头,电源参数采集单元可通过该物理端口给待测电路板供电。
第一电气参数采样模块可用于待测电路板供电接口的电源参数的采集与处理;第二电气参数采样模块可用于待测电路板功能电路的电源参数的采集与处理。具体地,电气参数采样模块可用于采集电压数据、电流数据等电气参数。示例性地,电气参数采样模块可包括电流传感器、电压传感器和采样电阻等,具体结构可根据实际需求进行设置,此处不做具体限定。
基于上述结构,本申请实施例能够基于远程控制,对多个待测电路板进行供电,且对待测电路板的功能电路进行电源参数测试,还可动态控制可调电源模块输出的电压幅度参数,测试电路板不同供电状态的动态特性参数。基于此,电路板电源参数测试设备接受远程控制设备的指令进行配置和测试,无需通过独立的仪器来搭建测试系统,避免上掉电顺序的混淆,能够高效、准确、安全地测试电路板在工作中的动态电源参数,从而使工程师能掌握电路板的实际工作中的电流、电压和功耗等电源特性,并可以实现远程测试。本申请实施例可用于电子产品测量、认证机构的电路板电源参数测试等。
示例性地,基于数据传输接口、处理单元与电源参数采集单元的配合,远程控制设备可在测试过程中随时程控调整输出电压幅度,关断或开启供电,进而能够测试电路板电压暂降、骤升、短时中断、上电过冲以及掉电延时等动态参数特性。
在一个实施例中,如图3所示,电路板电源参数测试设备包括至少两个电源参数采集单元;处理单元设有至少两个通信接口。
各通信接口与各电源参数采集单元一一对应连接。
具体而言,电路板电源参数测试设备可包括多个电源参数采集单元,每个电源参数采集单元可对应一个待测电路板;相应地,处理单元设有多个通信接口,用于与各电源参数采集单元一一对应连接;处理单元可基于远程控制设备的指令,配置通信接口采集通道的数量。进一步地,处理单元可同时接收多路电源参数采集单元传输的电源参数,灵活、高效实现多通道远程测试。基于此,本申请实施例可远程测量多个待测电路板的电源参数,进一步提高远程操控的效率。本申请实施例采用模块化的灵活配置方式,处理单元可以连接多路电源参数采集单元,根据待测电路板的数量及需求,灵活设置接入采集单元数量,方便简洁。
在一个实施例中,如图3所示,通信接口独立选自RS485接口、CAN(ControllerArea Network,控制器局域网络)接口和串口。
具体而言,处理单元可设有多种类型的通信接口,用于满足各电源参数采集单元的通信需求。并且,通信接口采用RS485、CAN及串口等通信总线,抗干扰性能强,可远距离连接电源参数采集单元,实现处理单元与电源参数采集单元之间信息的可靠传输。
在一个实施例中,如图4所示,第一电气参数采样模块包括第一电流采样电路和第一电压采样电路。第一电流采样电路连接在可调电源模块和电源输出端口之间,第一电流采样电路连接单片机;第一电压采样电路连接在电源输出端口和单片机之间。
具体而言,在第一电气参数采样模块,第一电流采样电路采集电源输出端口的电流数据,实时检测可调电源模块给待测电路板的供电电流并传输给单片机。第一电压采样电路采集电源输出端口的电压数据,实时检测可调电源模块给待测电路板的供电电压并传输给单片机。示例性地,第一电流采样电路和第一电压采样电路均可连接单片机的ADC(Analog-to-Digital Converter,模数转换器)数据采集接口。本申请实施例可采用简单的电流、电压采样电路,完成对待测电路板供电接口的电气参数采样,降低设备的成本。
在一个实施例中,如图4所示,第二电气参数采样模块包括第二电流采样电路和第二电压采样电路。采样端口包括用于连接功能电路的电流采样端口和电压采样端口。
第二电流采样电路连接在电流采样端口和单片机之间;第二电压采样电路连接在电压采样端口和单片机之间。
具体而言,第二电气参数采样模块中,第二电流采样电路通过电流采样端口采集待测电路板的功能电路的电流数据,并将采集到的数据传输给单片机;第二电压采样电路通过电压采样端口采集待测电路板的功能电路的电压数据,并将采集到的数据传输给单片机。基于此,本申请实施例可采用简单的电流、电压采样电路,完成对待测电路板的功能电路的电气参数采样,降低设备的成本。
在一个实施例中,电路板电源参数测试设备还包括电流采样电阻和电压采样电阻。
第二电流采样电路的一端通过电流采样电阻连接电流采样端口,另一端连接单片机的ADC数据采集接口。
第二电压采样电路的一端通过电压采样电阻连接电压采样端口,另一端连接单片机的ADC数据采集接口。
具体而言,第二电流采样电路可通过电流采样电阻串联到待测电路板的功能电路上,进而采集功能电路的电流数据并传输给单片机的ADC数据采集接口。第二电压采样电路可并联在待测电路板的功能电路和地之间,通过电压采样电阻采集功能电路的电压数据并传输给单片机的ADC数据采集接口。基于此,本申请实施例可实现对功能电路电流、电压的准确采集。
在一个示例中,如图5所示,第二电压采样电路并联在待测电路板功能子电路与地之间,通过精密采样电阻分压,得到0V(伏)至3.3V幅度的信号,此信号连接至单片机的ADC数据采集接口,实现待测电路板功能电路电压的准确采集。
第二电流采样电路通过采样电阻串联在待测电路板功能电路上,电流流过采样电阻产生微小的电压差,然后通过精密电流检测放大器放大到0V至3.3V、适合采样的电压值,并将此信号传给单片机的ADC数据采集接口,实现待测电路板功能电路电流的准确采集。
在另一个示例中,如图6所示,电源参数采集单元上电后,先进行初始化,接收处理单元发来的配置信息,程控配置可调电源模块的输出电压幅值,然后开启电源输出,给待测电路板供电,进而通过电压采样电路和电流采样电路,采集待测电路板总电源的电压、电流参数,以及电路板上某功能电路的电压、电流参数。在电压、电流等电源参数采集完成后,通过RS485、CAN总线或者串口等通信接口,及时反馈给处理单元进一步处理分析、记录。
在一个实施例中,数据传输接口包括以下接口终端至少一种:USB接口、串口、蓝牙接口、Wi-Fi(无线上网)接口和NB-IOT(Narrow Band Internet of Things窄带物联网)接口。
处理单元分别连接USB接口、串口、蓝牙接口、Wi-Fi接口和NB-IOT接口。
具体而言,数据传输接口的数量为至少一个,各数据传输接口独立选自USB接口、串口、蓝牙接口、Wi-Fi接口或NB-IOT接口等,包括有线通信连接和无线通信连接,可连接PC机、手机、平板等设备,或者通过蓝牙、Wi-Fi、NB-IOT等无线方式上传到云平台,能够满足不同远程控制设备的通信需求,实现对多块待测电路板电源参数的远程测试,具备良好的可扩展性,提高本申请实施例的适用性。
示例性地,处理单元可通过USB、串口发送给PC机、手机、平板等,也可通过蓝牙、Wi-Fi、NB-IOT等无线方式上传到云平台。
在一个实施例中,电路板电源参数测试设备还包括连接处理单元的显示单元。
具体而言,电路板电源参数测试设备还设有显示单元,用于待测电路板的电源参数的显示和输出,例如,可通过可视化大屏显示测试的电路板的电源参数数据。具体地,显示单元可为用于连接外部显示设备的显示接口,或为集成在设备上的显示模块。
基于此,本申请实施例可通过显示单元实时显示测试参数、绘制电压电流波形图等。
示例性地,处理单元可获取电源参数采集单元的电压数据和电流数据,并经过数据处理计算得出功耗参数,进而通过显示单元将处理后的电压、电流、功耗等电源参数显示出来、绘制波形图。
在一个实施例中,处理单元为FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程逻辑门阵列)、单片机、ARM处理器(Advanced RISC Machines)或DSP(Digital SignalProcessing,数字信号处理)处理器。
在一个实施例中,如图7和8所示,处理单元根据用户指令设置电路板电源参数测试设备的配置信息,配置连接的电源参数采集通道数量,并通过RS485、CAN总线或者串口等通信总线接口设置各通道电源参数采集单元中可调输出电压电源的幅值。正确设置完配置信息后,开始采集各路电源参数采集单元返回的电压、电流参数,处理各通道数据并计算功耗参数。然后通过显示单元实时显示测试参数、绘制电压电流波形图或者通过通信接口发送给PC机、手机、平板等,灵活、高效实现多通道电路板电源参数的远程测试。
在一个实施例中,提供了一种电路板电源参数测试方法,应用于如上述的电路板电源参数测试设备;电路板电源参数测试方法包括:
处理单元根据远程控制设备传输的配置信息,配置电源参数采集单元,向电源参数采集单元发送测试指令;测试指令用于指示电源参数采集单元对待测电路板进行电源参数测试;
处理单元获取测试数据;其中,测试数据由电源参数采集单元对待测电路板进行电源参数测试得到;
处理单元通过数据传输接口,将测试数据发送给远程控制设备。
具体而言,远程控制设备将配置信息发送给电路板电源参数测试设备。在电路板电源参数测试设备中,处理单元可通过数据传输接口获取配置信息,并根据配置信息配置电源参数采集单元。电源参数采集单元根据测试指令对待测电路板进行电源参数测试,采集待测电路板的测试数据并反馈给处理单元。处理单元获取测试数据,并通过数据传输接口发送给远程控制设备。基于此,远程控制设备可远程操控多台电路板电源参数测试设备进行测试,同时可及时获取测试数据,实现远程的监控。
在一个实施例中,测试数据包括电压数据和电流数据。
处理单元通过电源参数采集单元采集测试数据的步骤之后,还包括步骤:
处理单元处理电压数据和电流数据,得到功耗数据,并通过数据传输接口,将功耗数据发送给远程控制设备。
在一个实施例中,配置电源参数采集单元的步骤包括:
处理单元根据配置信息配置电源参数采集单元的输出电压。
在一个实施例中,处理单元根据数据传输接口获取到的配置信息,配置电源参数采集单元,以使电源参数采集单元对待测电路板进行电源参数测试的步骤之后,还包括步骤:
电源参数采集单元检测到待测电路板的电气参数超过安全阈值时,停止对待测电路板的电源输出,并传输告警信息给处理单元。
处理单元将电源参数采集单元传输的告警信息发送给远程控制设备;告警信息为电源参数采集单元检测到待测电路板的电气参数超过安全阈值时得到。
在一个实施例中,提供了一种电路板电源参数测试装置,应用于如上述的电路板电源参数测试设备的处理单元中;电路板电源参数测试装置包括:
测试配置模块,用于根据数据传输接口获取到的配置信息,配置电源参数采集单元,以使电源参数采集单元对待测电路板进行电源参数测试;
数据采集模块,用于通过电源参数采集单元采集测试数据;其中,测试数据由待测电路板经电源参数测试得到;
数据传输模块,用于通过数据传输接口,将测试数据发送给远程控制设备。
关于电路板电源参数测试装置的具体限定可以参见上文中对于电路板电源参数测试方法的限定,在此不再赘述。需要说明的是,本申请实施例中对模块的划分是示意性的,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式。上述电路板电源参数测试装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中,也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中,以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请的保护范围应以所附权利要求为准。