CN115712055A - 一种加速产线自动化测试pcb的方法、系统及介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加速产线自动化测试PCB的方法、系统及介质，属于电路板测试领域。针对现有电路板测试自动化程度低和成本高的问题，本发明提供了一种加速产线自动化测试PCB的方法，包括以下步骤：测试主机向网络分析仪发送指令；网络分析仪生成刺激信号，将刺激信号传入电路板，电路板产生反射信号；反射信号发送至网络分析仪中，网络分析仪根据反射信号生成S参数；S参数上传至测试主机中，测试主机对S参数进行测试分析，并得到测试结果。本发明将分析运算S参数的模块从网络分析仪中剥离出来，通过测试主机对S参数进行测试分析，能够实现快速校准，增加测试主机对流程的把控力，降低电路板测试系统的开发难度和成本，更有利于进行定制化开发。

Description

一种加速产线自动化测试PCB的方法、系统及介质

技术领域

本发明属于电路板测试技术领域，更具体地说，涉及一种加速产线自动化测试PCB的方法、系统及介质。

背景技术

随着半导体行业的发展，市场上对电路板性能的要求越来越高，矢量网络分析仪作为一种测量电路板等多种电子设备的工具被广泛地应用于电路板性能的检验中。仪器连通被测设备后生成刺激信号并发送至被测设备——通常为电路板，再由被测设备以[实值-虚值]向量的形式反射回仪器。仪器比较反射信号与已知的原始信号，比较的结果则由仪器的嵌入式软件展示，从而使被测设备的性能得以分析揭示。S参数(S-Parameters)，亦称散射参数(Scattering Parameters)，是一种描述电气网络特性的行为模型，通常由[实值-虚值]向量的形式表示。以2端口网络为例，S参数可用矩阵方程表示为

其中，a₁为端口1的入射参量，a₂为端口2的入射参量，b₁为端口1的反射参量，b₂为端口2的反射参量；S₁₁与S₂₂为反射系数，工程上称作返回损失，即回损(Return Loss，简称RL)；S₁₂与S₂₁为传输系数，工程上称作插入损失，即插损(Insertion Loss，简称IL)。只有一个信号端和一个参考端(即接地端)的网络叫做单端(Single-Ended)，具有两个信号端的网络叫做差分(Differential)。信号可分为频域信号(Frequency Domain)和时域信号(Time Domain)，对于时域信号，时域反射/时域传输(Time Domain Reflection/Time Domain Transmission，简称TDR/TDT)是一个重要的测量方法。

在一个测量系统中，所述电路板作为被测设备(Device Under Test，简称DUT)本身是一个无法获知内部信息的黑盒，同时也是矢量网络分析仪的基本测量对象。仪器向被测设备释放刺激信号生成的S参数可用来描述当前设备对信号的影响，进而反应被测设备的性质。如图1所示，在测试中，仪器将脉冲信号传输至被测电路板的输入端口，随后接收电路板输出端口的信号并测量。

使用仪器进行测量时，往往需要使用夹具辅助连接被测设备和仪器，而为了消除夹具对测量结果的影响，需要对S参数进行去嵌。本发明中使用的Delta-L算法就是一种去嵌算法。一般Delta-L测试包含两块电路板(按长度分为短线和长线，其运算叫做Delta-2L)或三块电路板(按长度分为短线、中线和长线，其运算叫做Delta-3L)。

传统检验电路板性能的方法局限于对电路板的测试，所示的结果也比较单一，对于经验不足的使用者，未必能够得出充足的结论。而且网络分析仪的嵌入式软件开发起来往往成本高、针对性强，兼容性和灵活性弱，不适用于跨平台测试，除此之外，传统方法对操作人员的技术要求较高，操作较为复杂，难以满足产线上大批量、高速度检验的需求。

针对上述问题也进行了相应的测试，如中国专利申请号CN202011145519.0，公开日为2021年1月8日，该专利公开了一种PCB板自动测试系统，通过测试主机存储有测试程序，根据不同被测PCB板可以选择对应的测试程序，发送相应的测试指令，直流源根据测试指令向被测PCB板提供对应的直流激励信号，通过探针板上的探针将直流激励信号施加到被测PCB板上的元器件，同时，多路切换开关根据当前被测元器件的具体位置将探针切换为相应的断开状态或接通状态，最后，从被测PCB板上元器件测得的响应信号由探针上传至测试分析模块，通过测试分析模块进行信号处理和运算分析，得到测试结果。该专利所提供方案的不足之处在于，在以网络分析仪作为实际使用背景中，测试分析模块本质上属于网络分析仪的功能，完成运算分析的实际程序需要载入网络分析仪才可运行，而运行运算分析程序的软件则必然为网络分析仪的嵌入式软件，运行时环境也为网络分析仪的系统环境。因此，总体上，对电路板的测试分析卡定在网络分析仪本身的框架内，流程的自动化程度仍然较低，同时也较为缺乏灵活性，对产线作业人员来说，可能存在不满足需求之处。更为关键的是，开发相应的嵌入式软件难度大、成本高。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有电路板测试自动化程度低、开发难度大和成本高的问题，本发明提供了一种加速产线自动化测试PCB的方法、系统及介质。本发明的方法通过将对S参数的分析从网络分析仪中进行剥离出来，通过测试主机对S参数进行测试分析，能够实现快速校准，增加测试主机对流程的把控力，降低电路板测试系统的开发难度和成本，更有利于进行定制化开发。本发明的系统内部组成简单，自动化程度更高、开发难度小、成本低。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种加速产线自动化测试PCB的方法，包括以下步骤：

S1：测试主机向网络分析仪发送指令；

S2：网络分析仪生成刺激信号，将刺激信号传入电路板，电路板产生反射信号；

S3：反射信号发送至网络分析仪中，网络分析仪根据反射信号生成S参数；

S4：S参数上传至测试主机中，测试主机对S参数进行测试分析，并得到测试结果。

更进一步的，所述步骤S4中测试主机对S参数进行测试分析具体包括TDR测试、S参数测试和Delta-L测试中的一个或多个。

更进一步的，对S参数进行TDR测试具体包括如下步骤：

S411：预设阻抗标准值I、传输速率、夹具延迟、取值区间(长度或时间)、判断范围(单位为Ohm)和容错阈值±t(％或Ohm)、选择最值或平均值作为与标准值比较的判据；

S412：获取S参数，加载并解析S参数；

S413：根据传输速率和夹具延迟计算，移除夹具；

S414：以(长度/时间-电阻)形式绘制TDR；

S415：根据判断范围作出水平线以表示判断范围的上限和下限；

S416：若指定区间内的TDR曲线全部落在上限和下限之间，则为合格；否则，若指定区间内的TDR曲线部分落在上限或下限之外但未超出容错阈值，即仍落在阴影区域的上边界或下边界之内，则为折中；否则为不合格。

更进一步的，对S参数进行S参数测试具体包括如下步骤：

S421：预设指定频率点向量Freq和对应的标准值向量Spec；

S422：获取S参数，加载并解析S参数；

S423：以(频率-阻抗)形式绘制曲线；

S424：根据向量Freq与表达式计算出对应曲线上阻抗值，叫做向量V；

S425：以绝对值判决，用整数i表示元素下标，若存在i使得|V_i|>|Spec_i|，则为不合格；否则为合格。

更进一步的，对S参数进行Delta-L测试具体包括如下步骤：

S431：获取若干个S参数线、加载并解析、指定频率点向量Freq(单位为GHz)和对应的损耗标准值向量RawSpec(位为dB/inch)、不确定性标准值U(拟合vs原始数据)和3L差分(DUT1 vs DUT2)，读取阻抗取值区间；

4322：计算若干个S参数线的两两作差阻抗，显示相应图像；

S433：进行运算，计算结果中，向量Raw表示IL，即原始插损(单位为dB/inch)，向量Fit表示拟合损耗(单位为dB/inch)，向量U表示不确定性(％)；

S434：判决，用整数i表示元素下标，若若干个S参数线的两两作差的差值中存在i使得Fit_i>RawSpec_i，或存在i使得U_i>U，则为不合格，否则为合格。

一种应用如上述任一项所述的加速产线自动化测试PCB方法的系统，包括：

测试主机：用于发送指令给网络分析仪，并同时用于对网络分析仪生成的S参数进行运算分析；

网络分析仪：用于接收测试主机的指令生成刺激信号，接收电路板的反射信号并生成S参数；

电路板：用于产生反射信号；

探针：用于连接网络分析仪与电路板，进行刺激信号以及反射信号的传输；

网线：用于连接测试主机与网络分析仪。

更进一步的，所述测试主机设有显示屏，用于显示测试过程以及测试结果。

一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的一种加速产线自动化测试PCB的方法。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明通过测试主机发送命令给网络分析仪，并将对S参数的分析从网络分析仪中进行剥离出来，通过测试主机对S参数进行测试分析，能够实现快速校准，并且增加了测试主机对流程的把控力，运算分析程序的运行独立于网络分析仪的系统，所依赖的固定部分仅为测试指令的传送接口，降低了电路板测试系统的开发难度和成本，更有利于进行定制化开发，提高了测试操作的自动化程度，集校准、发送命令控制仪器获取S参数、运算参数设置、对S参数运算分析、展示图像与分析结果、导出报告于测试主机一体，方便快捷；整个对PCB板的测试自动化程度高，且操作简便快捷，更适用于产线作业；

(2)本发明通过在测试主机内集成TDR测试、S参数测试和Delta-L测试中的一个或多个算法达到对获取的S参数进行测试分析，可按不同的需求进行独立开发，整个算法不受测试主机环境的影响，提高整个流程的稳定性与准确性；

(3)本发明的系统通过测试主机向网络分析仪发送校准指令和测试指令，网络分析仪生成刺激信号，通过探针将刺激信号传入电路板，电路板产生反射信号，通过探针将反射信号传入网络分析仪，网络分析仪生成相应的S参数，存储至共享路径，测试主机通过共享路径获取S参数，测试主机运行测试程序进行运算分析；系统内部组成简单，自动化程度更高、开发难度小、成本低。

附图说明

图1为现有的PCB板测试示意图；

图2为本发明的系统结构示意图；

图3为本发明的TDR测试模块示意图；

图4为本发明的S参数测试模块示意图；

图5为本发明的Delta-L测试模块示意图。

图中：100、测试主机；200、网线；300、网络分析仪；400、电路板；500、探针。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。

实施例1

一种加速产线自动化测试PCB的方法，包括以下步骤：

S1：测试主机100向网络分析仪300发送指令，所述指令包括校准指令和测试指令；

S2：网络分析仪300生成刺激信号，将刺激信号通过探针500传入电路板400，电路板400产生反射信号；

S3：电路板400产生的反射信号通过探针500发送至网络分析仪300中，网络分析仪300根据反射信号生成相应的S参数，将其存储至共享路径；

S4：S参数通过共享路径上传至测试主机100中，测试主机100对S参数进行测试分析，并得到测试结果；测试主机100对S参数进行测试分析具体包括TDR测试、S参数测试和Delta-L测试中的一个或多个，可根据现场实际情况进行不同种类的测试；如图3所示，以2端口单端回损(RL)为例，对S参数进行TDR测试具体包括如下步骤：

S411：预设阻抗标准值I(单位为Ohm)、传输速率、夹具延迟、取值区间(长度或时间)、判断范围(单位为Ohm)和容错阈值±t(％或Ohm)、以最大值和最小值判断或以平均值与标准值比较进行判断；

S412：获取S参数，加载并解析S参数使其可被软件识别；

S413：根据传输速率和夹具延迟计算，移除夹具；

S414：以(长度/时间-电阻)形式绘制曲线图像；

S415：根据判断范围作出水平线以表示判断范围的上限和下限；

S416：判决：若指定区间内的TDR曲线全部落在上限和下限之间，则为合格；否则，若指定区间内的TDR曲线未超出容错阈值，即阴影区域的上线边界，则为折中；否则为不合格。如图3所示，此例中取值区间为[4inch，6inch]，上限为60Ohm，下限为40Ohm，区间内的曲线最大值为51.6865Ohm<60Ohm，最小值为46.5283Ohm>40Ohm，因此合格。

如图4所示，以2端口单端插损(IL)为例，对S参数进行S参数测试具体包括如下步骤：

S421：预设指定频率点向量Freq(单位为GHz)和对应的标准值向量Spec(单位为dB)；

S422：获取S参数，加载并解析S参数使其可被软件识别；

S423：以(频率-阻抗)形式绘制曲线图像；

S424：根据向量Freq与IL表达式计算出对应曲线上阻抗值，叫做向量V；

S425：以绝对值判决，用整数i表示元素下标，若存在i使得|V_i|>|Spec_i|，则为不合格(Fail)；否则为合格(Pass)。如图4，此例中频点1为1GHz，标准值为-5dB，测量值为-1.13179dB，因此Pass；频点2为2GHz，标准值为-10dB，测量值为-1.78956dB，因此Pass；频点3为4GHz，标准值为-20dB，测量值为-2.91908dB，因此Pass；频点4为8GHz，标准值为-1dB，测量值为-4.91682dB，因此Fail。综上，结果为不合格。

如图5所示，对S参数进行Delta-L测试具体包括如下步骤，一般Delta-L测试为两块电路板(按长度分为长线和短线，其运算叫做Delta-2L)或三块电路板(按长度分为长线、中线和短线，其运算叫做Delta-3L)，本实施例中以4端口、3块电路板为例：

S431：获取若干个S参数，即获取三块电路板，加载并解析S参数使其可被软件识别，对三个S参数根据其长度分为短线长度T1、中线长度T2、长线长度T3，获取指定频率点向量Freq(单位为GHz)和对应的损耗标准值向量RawSpec(单位为dB/inch)，获取不确定性标准值U(拟合vs原始数据)和3L差分(DUT1 vs DUT2)，读取阻抗取值区间；

4322：计算若干个S参数的两两作差阻抗即分别计算T1-T2、T1-T3、T2-T3的阻抗，显示相应图像；

S433：进行Delta-L运算，计算结果中，向量Raw表示IL原始损耗(单位为dB/inch)，向量Fit表示拟合损耗(单位为dB/inch)，向量U表示不确定性(％)；

S434：判决，用整数i表示元素下标，若干个S参数的两两作差的差值中存在i使得Fit_i>RawSpec_i，或存在i使得U_i>U，则为不合格，否则为合格。如图5，此例中，不确定性标准值均为20％，频点1为4GHz，对应的损耗标准值为0.5dB/inch，频点2为8GHz，对应的损耗标准值为1dB/inch，频点3为12.89GHz，对应的损耗标准值为1.5dB/inch，频点4为16GHz，对应的损耗标准值为2dB/inch。对于T1-T2，DUT长度为5inch，参考长度为2inch，DUT阻抗为86.6122Ohm，参考阻抗为88.4048Ohm，频点1处的原始损耗为0.546914dB/inch，拟合损耗为0.541447dB/inch，不确定性为4.8％，由于拟合损耗大于所对应的损耗标准值5dB/inch，因此Fail。依此逐一判断，其余频点处皆为Pass。综上，结果为不合格。

本发明通过测试主机100发送命令给网络分析仪300，并将对S参数的分析从网络分析仪300中进行剥离出来，通过测试主机100对S参数进行测试分析，能够实现快速校准，并且增加了测试主机100对流程的把控力，运算分析程序的运行独立于网络分析仪300的系统，所依赖的固定部分仅为测试指令的传送接口，降低了电路板400测试系统的开发难度和成本，更有利于进行定制化开发，提高了测试操作的自动化程度，集校准、发送命令控制仪器获取S参数、运算参数设置、对S参数运算分析、展示图像与分析结果、导出报告于测试主机100一体，方便快捷；整个对PCB板的测试自动化程度高，且操作简便快捷，更适用于产线作业。同时在测试主机内集成TDR测试、S参数测试和Delta-L测试中的一个或多个算法达到对获取的S参数进行测试分析，可按不同的需求进行独立开发，整个算法不受测试主机环境的影响，提高整个流程的稳定性与准确性。

实施例2

如图2所示，一种应用如上述所述的加速产线自动化测试PCB方法的系统，包括：

测试主机100：用于发送指令给网络分析仪300，并同时用于对网络分析仪300生成的S参数进行运算分析；即测试主机100，用于安装测试软件，发送校准指令，发送测试指令，获取S参数，运行测试程序，显示测试结果，生成报告；具体的，在本实施例中测试主机100为Windows操作系统并且在win10及以上，安装有

VISA软件，安装有测量软件

MeasureExpert，可对S参数进行运算分析；

网络分析仪300：用于接收测试主机100的指令生成刺激信号，接收电路板400的反射信号并生成S参数文件，所述的S参数文件格式符合

2.0；本实施例中网络分析仪300的具体型号为

ZNB/ZNBT；

电路板400：用于产生反射信号，即用于接受探针500传导的刺激信号并向探针500发送反射信号；

探针500：用于连接网络分析仪300与电路板400，进行刺激信号以及反射信号的传输，即向电路板400传输刺激信号，向网络分析仪300传输反射信号；

网线200：用于连接测试主机100与网络分析仪300，提供S参数共享路径的网络接口。

PC端100，用于安装测试软件，发送校准指令，发送测试指令，获取S参数，运行测试程序，显示测试结果，生成报告。

本发明的系统通过测试主机100向网络分析仪300发送校准指令和测试指令，网络分析仪300生成刺激信号，通过探针500将刺激信号传入电路板400，电路板400产生反射信号，通过探针500将反射信号传入网络分析仪300，网络分析仪300生成相应的S参数，存储至共享路径，测试主机100通过共享路径获取S参数，随后测试主机100运行测试程序进行运算分析。具体实施时，可根据实际的测试需求，通过测试主机100进行软件内的参数配置，也可调整或更改软件流程中的测试步骤，具体比如对错误数据删除并重新测量。软件内所建测试工程可完整保存，也可选择性地使软件自动定时保存，便于下次使用时导入工程和查阅纪录。更进一步地，所述测试主机100设有显示屏，用于显示测试过程以及测试结果，便于及时知晓以及直观的了解结果。

本发明的系统介入外部PC端作为测试主机100，PC端安装有测试软件，对仪器的配置在PC端操作即可，测试程序的运行、测试结果的显示和测试报告的生成完全由PC端完成，将流程的重心转移至测试主机，充分发挥PC端软件的优势。并且，因为控制运算分析的代码是写入软件MeasureExpert的，只要测试主机可安装该软件并持有有效证书，即可进行该软件所包含的任何运算，不受测试主机100系统环境的影响。系统内部组成简单，自动化程度更高、开发难度小、成本低。

实施例3

一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述实施例1所述的一种加速产线自动化测试PCB的方法。值得说明的是，对于本领域技术人员而言，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本申请提供的系统以及各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本申请提供的系统及各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编辑逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本申请提供的系统以及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构，也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种加速产线自动化测试PCB的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：测试主机(100)向网络分析仪(300)发送指令；

S2：网络分析仪(300)生成刺激信号，将刺激信号传入电路板(400)，电路板(400)产生反射信号；

S3：反射信号发送至网络分析仪(300)中，网络分析仪(300)根据反射信号生成S参数；

S4：S参数上传至测试主机(100)中，测试主机(100)对S参数进行测试分析，并得到测试结果。

2.根据权利要求1所述的一种加速产线自动化测试PCB的方法，其特征在于：所述步骤S4中测试主机(100)对S参数进行测试分析具体包括TDR测试、S参数测试和Delta-L测试中的一个或多个。

3.根据权利要求2所述的一种加速产线自动化测试PCB的方法，其特征在于：对S参数进行TDR测试具体包括如下步骤：

S411：预设阻抗标准值I、传输速率、夹具延迟、取值区间(长度或时间)、判断范围(单位为Ohm)和容错阈值±t(％或Ohm)、选择最值或平均值作为与标准值比较的判据；

S412：获取S参数，加载并解析S参数；

S413：根据传输速率和夹具延迟计算，移除夹具；

S414：以(长度/时间-电阻)形式绘制TDR；

S415：根据判断范围作出水平线以表示判断范围的上限和下限；

S416：若指定区间内的TDR曲线全部落在上限和下限之间，则为合格；否则，若指定区间内的TDR曲线部分落在上限或下限之外但未超出容错阈值，即仍落在阴影区域的上边界或下边界之内，则为折中；否则为不合格。

4.根据权利要求2所述的一种加速产线自动化测试PCB的方法，其特征在于：对S参数进行S参数测试具体包括如下步骤：

S421：预设指定频率点向量Freq和对应的标准值向量Spec；

S422：获取S参数，加载并解析S参数；

S423：以(频率-阻抗)形式绘制曲线；

S424：根据向量Freq与表达式计算出对应曲线上阻抗值，叫做向量V；

S425：以绝对值判决，用整数i表示元素下标，若存在i使得|V_i|>|Spec_i|，则为不合格；否则为合格。

5.根据权利要求2所述的一种加速产线自动化测试PCB的方法，其特征在于：对S参数进行Delta-L测试具体包括如下步骤：

S431：获取若干个S参数线、对其进行加载并解析、指定频率点向量Freq(单位为GHz)和对应的损耗标准值向量RawSpec(单位为dB/inch)、不确定性标准值U(拟合vs原始数据)和3L差分(DUT1 vs DUT2)，读取阻抗取值区间；

S432：计算若干个S参数线的两两作差阻抗，显示相应图像；

S433：进行运算，计算结果中，向量Raw表示IL原始损耗(单位为dB/inch)，向量Fit表示拟合损耗(单位为dB/inch)，向量U表示不确定性(％)；

S434：判决，用整数i表示元素下标，若若干个S参数线的两两作差的差值中存在i使得Fit_i>RawSpec_i，或存在i使得U_i>U，则为不合格，否则为合格。

6.一种应用如权利要求1-5任一项权利要求所述的加速产线自动化测试PCB方法的系统，其特征在于：包括：

测试主机(100)：用于发送指令给网络分析仪(300)，并同时用于对网络分析仪(300)生成的S参数进行运算分析；

网络分析仪(300)：用于接收测试主机(100)的指令生成刺激信号，接收电路板(400)的反射信号并生成S参数；

电路板(400)：用于产生反射信号；

探针(500)：用于连接网络分析仪(300)与电路板(400)，进行刺激信号以及反射信号的传输；

网线(200)：用于连接测试主机(100)与网络分析仪(300)。

7.根据权利要求6所述的一种加速产线自动化测试PCB的系统，其特征在于：所述测试主机(100)设有显示屏，用于显示测试过程以及测试结果。

8.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一项权利要求所述的一种加速产线自动化测试PCB的方法。

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