CN203178431U - 一种电路板全自动测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及实装电路板的测试技术领域，具体涉及一种电路板全自动测试系统，包括中央处理器、测试治具、ICT电路板、FCT电路板，以及实现元件级测试和板级测试之间转换的开关板；中央处理器包括输入单元、控制单元、数据转换输出单元，所述控制单元分别与输入单元、数据转换输出单元连接；开关板的一端与测试治具连接，ICT电路板的一端、FCT电路板的一端分别与开关板的另一端连接；控制单元分别与开关板的另一端、ICT电路板的另一端、FCT电路板的另一端连接。本实用新型在对被测电路板进行元件级测试时，还能对电路板进行功能检测，能够减少测试人员的工作强度，提高效率，减少测试人为错误的发生，具有较高的实用价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及实装电路板的测试技术领域，具体涉及一种电路板全自动测试系统。
背景技术
在实装电路板(Printed- Circuit Board Assembly，PCBA）的批量生产过程中，由于设备和操作者的各种可能的因素，不可能保证生产出来的PCBA全部都是完好品。这就要求在生产的末端加入各种的测试设备和测试工具，以保证出厂的所有实装电路板与设计的各种规格和参数完全一致。
在线测试(In Circuit Test，ICT)，可测试PCBA上已焊接的电阻、电容、电感、二极管、三极管、运算放大器及数字器件。ICT使用范围广，测量准确性高，对检测出的问题指示明确，即使电子技术水准一般的工人处理有问题的PCBA也非常容易。使用ICT能极大地提高生产效率，降低生产成本。
功能测试（Functional Circuit Test，FCT）指的是对测试目标板PCBA提供模拟的运行环境，使其工作于各种设计状态，从而获取到各个状态的参数来验证PCBA的功能好坏的测试方法。即对PCBA加载合适的激励信号，测量输出端响应是否符合要求，以检测PCBA生产质量的好坏。
在现有测试系统中，主要功能还是完成电路板的测试。对于组成比较复杂的系统，需要所有的电路板一起配合才能完成所有功能。而在前期不进行完善的测试，而仅靠后期的整机功能测试，是很难发现所有设计、加工、生产等过程中出现的错误的。
目前，在PCBA的质量检测中，元件级测试采用ICT，板级测试采用FCT。检测人员必须是做完ICT元件级测试工序后将被测PCBA从治具中拿出再放入FCT的治具上，并且需等待一段放电时间，才能开始进行板级测试，测试时间长、效率低；要完成PCBA检测，必须购置ICT和FCT二套系统以及二套不同的治具，增加了用户的使用成本；另外，两个系统的中央处理器将分别出具相应的检测报告，检测人员需另外进行数据整合，才能得到完整的检测报告，增加了检测人员的工作量。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供一种电路板全自动测试系统，该系统整合了ICT和FCT的测试功能，能够在一套治具中同时完成ICT和FCT的功能，即完成被测电路板的元件级和板级的测试。
一种电路板全自动测试系统，包括中央处理器、用于安装被测电路板的测试治具、对被测电路板进行元件级测试的ICT电路板、对被测电路板进行板级测试的FCT电路板，以及实现元件级测试和板级测试之间转换的开关板；
所述中央处理器包括输入系统参数的输入单元、控制整个系统运行的控制单元、整合测试数据并输出最终结果的数据转换输出单元，所述控制单元分别与输入单元、数据转换输出单元连接；
所述开关板的一端与测试治具连接， ICT电路板的一端、FCT电路板的一端分别与开关板的另一端连接；中央处理器的控制单元分别与开关板的另一端、ICT电路板的另一端、FCT电路板的另一端连接。
其中，所述开关板包括隔离开关矩阵电路，所述隔离开关矩阵电路包括矩阵阵列芯片和继电器；所述矩阵阵列芯片的一端分别与ICT电路板的一端、FCT电路板的一端连接，矩阵阵列芯片的另一端与继电器的一端连接，继电器的另一端与测试治具连接。
其中，所述ICT电路板包括产生测试所需的恒压源和恒流源的DC信号板、产生测试所需的波形和相位的AC信号板、以及进行元件级测试控制的ICT控制器，所述ICT控制器分别与DC信号板、AC信号板连接；所述DC信号板、AC信号板分别与矩阵阵列芯片的一端连接；所述ICT控制器与中央处理器的控制单元连接。
其中，所述AC信号板与ICT控制器之间设有采样电路，所述DC信号板与ICT控制器之间设有采样电路。
其中，所述FCT电路板包括采集板级测试所需信号的数据采集单元、对被测电路板进行板级测试的波形信号测试单元、以及进行板级测试控制的FCT控制器；所述FCT控制器分别与数据采集单元、波形信号测试单元连接；所述波形信号测试单元还与数据采集单元连接；所述数据采集单元与矩阵阵列芯片的一端连接；所述FCT控制器与中央处理器的控制单元连接。
其中，所述电路板全自动测试系统还包括无源插箱背板，所述DC信号板、AC信号板、开关板均插接于无源插箱背板上。
其中，所述无源插箱背板的核心控制部件采用FPGA器件。
其中，所述中央处理器还包括用于产生信号源并确保只有测试时才向被测电路板提供测试激励信号的测试激励信号单元，所述测试激励信号单元与控制单元连接。
其中，所述测试信号激励单元包括电平缓冲单元和对激励信号进行隔离的光电隔离单元。
其中，所述光电隔离单元为光耦或继电器。
本实用新型的有益效果是：本实用新型的电路板全自动测试系统在对被测电路板进行元件级测试时，还能对电路板进行功能检测，尤其是对功能复杂的电路板，能够减少测试人员的工作强度，提高效率，减少测试人为错误的发生，具有较高的实用价值。具体体现在以下几个方面：（1）能在一个工序内完成电路板的ICT与FCT的测试；减少工作步骤；检测人员不必将被测PCBA从一个设备拿出再放入另外一个设备，可在一个治具内完成所有测试，测试时间缩短，可提高工作效率，降低用户使用成本；（2）该电路板全自动测试系统在ICT与FCT测试完毕后，自动生成一张反映被测电路板的元件级和板级质量状况的测试报告，简化了测试人员的工作程序，同时提高了工作效率；（3）该电路板全自动测试系统可根据用户的要求，完成ICT和FCT的完整模式测试，也可只做ICT或FCT单独模式的测试，系统工作模式可灵活设置。
附图说明
图1为本实用新型的电路板全自动测试系统的结构框图。
图2为本实用新型的隔离开关矩阵电路的原理图。
具体实施方式
为了使实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。
参见图1至图2，一种电路板全自动测试系统，包括中央处理器、用于安装被测电路板的测试治具、对被测电路板进行元件级测试的ICT电路板、对被测电路板进行板级测试的FCT电路板，以及实现元件级测试和板级测试之间转换的开关板；被测电路板放置于测试治具的针床上，针床上对应被测电路板设置有若干个测试针，开关板通过测试针与被测电路板连接。
所述中央处理器包括输入系统参数的输入单元、控制整个系统运行的控制单元、整合测试数据并输出最终结果的数据转换输出单元，所述控制单元分别与输入单元、数据转换输出单元连接；
所述开关板的一端与测试治具连接， ICT电路板的一端、FCT电路板的一端分别与开关板的另一端连接；中央处理器的控制单元分别与开关板的另一端、ICT电路板的另一端、FCT电路板的另一端连接。
该电路板全自动测试系统的测试过程：首先进行系统的初始化，然后对被测电路板进行相应参数的设置，如测试点数、信号源类型、采集速度等；接着进行元件级测试（即ICT测试），测试完毕后进行板级测试（即FCT测试），最后输出一张具有ICT和FCT测试结果的表格，整个被测电路板的测试在同一个工序就能完成。也可根据用户的要求，只做ICT或FCT测试，系统工作状态可灵活设置。
本测试系统中，ICT电路板通过USB接口与中央处理器连接，FCT电路板通过RS-485接口与中央处理器连接，由中央处理器控制其完成对被测电路板各元件和板级功能的检测。
其中，所述开关板包括隔离开关矩阵电路，如图2所示，所述隔离开关矩阵电路包括矩阵阵列芯片和继电器；所述矩阵阵列芯片的一端分别与ICT电路板的一端、FCT电路板的一端连接，矩阵阵列芯片的另一端与继电器的一端连接，继电器的另一端与测试治具连接。
其中，所述ICT电路板包括产生测试所需的恒压源和恒流源的DC信号板、产生测试所需的波形和相位的AC信号板、以及进行元件级测试控制的ICT控制器，所述ICT控制器分别与DC信号板、AC信号板连接；所述DC信号板、AC信号板分别与矩阵阵列芯片的一端连接；所述ICT控制器与中央处理器的控制单元连接。
其中，所述AC信号板与ICT控制器之间设有采样电路，所述DC信号板与ICT控制器之间设有采样电路。
其中，所述FCT电路板包括采集板级测试所需信号的数据采集单元、对被测电路板进行板级测试的波形信号测试单元、以及进行板级测试控制的FCT控制器；所述FCT控制器分别与数据采集单元、波形信号测试单元连接；所述波形信号测试单元还与数据采集单元连接；所述数据采集单元与矩阵阵列芯片的一端连接；所述FCT控制器与中央处理器的控制单元连接。
其中，所述电路板全自动测试系统还包括无源插箱背板，所述DC信号板、AC信号板、开关板均插接于无源插箱背板上。
其中，所述无源插箱背板的核心控制部件采用FPGA器件。
其中，所述中央处理器还包括用于产生信号源的测试激励信号单元，所述测试激励信号单元与控制单元连接，测试激励信号单元只有在测试时才向被测电路板提供测试激励信号。
其中，所述测试信号激励单元包括电平缓冲单元和对激励信号进行隔离的光电隔离单元。
其中，所述光电隔离单元为光耦或继电器。通过对继电器或光耦的导通和断开控制，确保只有测试时才向被测电路板提供各种信号源，安全可靠。
本实用新型的电路板全自动测试系统在对被测电路板进行元件级测试时，还能对电路板进行功能检测，尤其是对功能复杂的电路板，能够减少测试人员的工作强度，提高效率，减少测试人为错误的发生，具有较高的实用价值。具体体现在以下几个方面：（1）能在一个工序内完成电路板的ICT与FCT的测试；减少工作步骤；检测人员不必将被测PCBA从一个设备拿出再放入另外一个设备，可在一个治具内完成所有测试，测试时间缩短，可提高工作效率，降低用户使用成本；（2）该电路板全自动测试系统在ICT与FCT测试完毕后，自动生成一张反映被测电路板的元件级和板级质量状况的测试报告，简化了测试人员的工作程序，同时提高了工作效率；（3）该电路板全自动测试系统可根据用户的要求，完成ICT和FCT的完整模式测试，也可只做ICT或FCT单独模式的测试，系统工作模式可灵活设置。
元件级测试的具体方式：
电阻的检测：通过DC信号板产生的恒流源，让电流流过被隔离的被测电阻，通过采样电路读取被测电阻两端电压，由U=IR，即可得出电阻值。
电容的检测：让恒流源流过被测电容，由采样电路读取电容两端电压值，再通过V=Ic*Zc，Zc=1/2π*f*c，即可得出被测电容容值。
对于电容和电阻并联的情况，可利用相位差的方法来检测。具体测量方法为：让恒流源流过被测电路两端，采样电路读取被测电路两端电压值，由V=Iz*Zrc，Zc=Zrc*sinθ，Zc=1/2*π*f*c，即可得出电容值。
电感的检测：与电容检测相同，让恒流源流过被测电感两端，采样电路读取被测电感两端电压值，由V=Il*Zl，Z1=2πfL，即可得知电感值。
对于电感与电阻并联等情况，利用相位差检测。让恒流源流过被测电路两端，采样电路读取被测电路两端电压值，由V=Iz*Zr1，Z1=Zr1*sinθ，Z1=2*π*f*L。
二极管的检测：将3mA或20mA的固定电流及0V-10V可程控电压源，直接加在二极管两端，再通过放大器转换为电压值，由采样电路读取两端电压值，即可得出二极管的两端的压降。
稳压二极管的检测：与二极管的测量原理相同，只是将可程控电压源改为0V-48V，由采样电路读取其崩溃电压值。
三极管的检测：对于三极管的检测，主要是通过偏置采样的方法的检测。首先B-E集和B-C集与二极管的测试方法相同，测量两端压降。
E-C脚使用VCC的饱和电压值及截止电压值的不同，来测试晶体管是否反插。晶体管反插测试方法为：在晶体管的B-E脚及E-C脚两端各提供一个可程控电压源，并测量出晶体管E-C脚正向的饱和电压值为Vce=0.2V左右，若该晶体管反插时，则Vce电压将会变成截止电压，并大于0.2V。这样即可测出三极管E-C集插反。
晶振的检测：晶振的测量是通过让晶振正常工作，通过一探针与主控FPGA一IO口相连，利用定时器功能，当IO口每出现一次高电平，计数器自动加1，单位时间内出现高电平的次数，即可计算得出晶振的频率。
以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (10)
1.一种电路板全自动测试系统，其特征在于：包括中央处理器、用于安装被测电路板的测试治具、对被测电路板进行元件级测试的ICT电路板、对被测电路板进行板级测试的FCT电路板，以及实现元件级测试和板级测试之间转换的开关板；
所述中央处理器包括输入系统参数的输入单元、控制整个系统运行的控制单元、整合测试数据并输出最终结果的数据转换输出单元，所述控制单元分别与输入单元、数据转换输出单元连接；
所述开关板的一端与测试治具连接， ICT电路板的一端、FCT电路板的一端分别与开关板的另一端连接；中央处理器的控制单元分别与开关板的另一端、ICT电路板的另一端、FCT电路板的另一端连接。
2.根据权利要求1所述的一种电路板全自动测试系统，其特征在于：所述开关板包括隔离开关矩阵电路，所述隔离开关矩阵电路包括矩阵阵列芯片和继电器；所述矩阵阵列芯片的一端分别与ICT电路板的一端、FCT电路板的一端连接，矩阵阵列芯片的另一端与继电器的一端连接，继电器的另一端与测试治具连接。
3.根据权利要求2所述的一种电路板全自动测试系统，其特征在于：所述ICT电路板包括产生测试所需的恒压源和恒流源的DC信号板、产生测试所需的波形和相位的AC信号板、以及进行元件级测试控制的ICT控制器，所述ICT控制器分别与DC信号板、AC信号板连接；所述DC信号板、AC信号板分别与矩阵阵列芯片的一端连接；所述ICT控制器与中央处理器的控制单元连接。
4.根据权利要求3所述的一种电路板全自动测试系统，其特征在于：所述AC信号板与ICT控制器之间设有采样电路，所述DC信号板与ICT控制器之间设有采样电路。
5.根据权利要求2所述的一种电路板全自动测试系统，其特征在于：所述FCT电路板包括采集板级测试所需信号的数据采集单元、对被测电路板进行板级测试的波形信号测试单元、以及进行板级测试控制的FCT控制器；所述FCT控制器分别与数据采集单元、波形信号测试单元连接；所述波形信号测试单元还与数据采集单元连接；所述数据采集单元与矩阵阵列芯片的一端连接；所述FCT控制器与中央处理器的控制单元连接。
6.根据权利要求3所述的一种电路板全自动测试系统，其特征在于：所述电路板全自动测试系统还包括无源插箱背板，所述DC信号板、AC信号板、开关板均插接于无源插箱背板上。
7.根据权利要求6所述的一种电路板全自动测试系统，其特征在于：所述无源插箱背板的核心控制部件采用FPGA器件。
8.根据权利要求1所述的一种电路板全自动测试系统，其特征在于：所述中央处理器还包括用于产生信号源的测试激励信号单元，所述测试激励信号单元与控制单元连接。
9.根据权利要求8所述的一种电路板全自动测试系统，其特征在于：所述测试信号激励单元包括电平缓冲单元和对激励信号进行隔离的光电隔离单元。
10.根据权利要求9所述的一种电路板全自动测试系统，其特征在于：所述光电隔离单元为光耦或继电器。
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