CN214201683U - 用于监测pcb在板卡测试过程中形变的数据处理电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了用于监测PCB在板卡测试过程中形变的数据处理电路，涉及PCB检测领域，包括FPGA以及与其相连的DSP、温度采集电路和形变采集电路，形变采集电路包括非接触式形变采集电路和接触式形变采集电路，其中非接触式形变采集电路的多个线圈传感器间隔放置在基板上，数据处理电路的其他电路和待测PCB放置在设定框架中，基板正对待测PCB放置，线圈传感器用于间接测量待测PCB的形变量，实现非接触式测量，温度采集电路用于测量待测PCB的环境温度，DSP用于构建待测PCB的形变量与环境温度的关系，实现PCB在环境应力筛选过程中的形变监测及变化过程重构，并由上位机进行展示。
Description
技术领域
本实用新型涉及PCB检测领域，尤其是用于监测PCB在板卡测试过程中形变的数据处理电路。
背景技术
常规印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)是一种由FR4与铜箔压合而成的结构，FR4材料相对于铜有较高的膨胀系数，因此在高温、低温变化过程中FR4会产生一定的形变，同时电路图形的设计也会影响形变，尤其是不合理的设计会加剧这种形变。当形变超过一定幅度或经过一定的受热次数，会导致PCB内部的过孔断裂、线断裂、BGA焊球断裂等不可逆损伤。尤其在高可靠性的设备中，PCB在装配前需要经过一定程序的环境应力筛选，如高低温筛选，如果高低温情况下导致PCB内部损伤，则PCB在使用过程中存在严重的隐患。目前的PCB裸板测量手段为大理石平台，通过测量形变量判断PCB的翘曲度。热应力筛选时常用手段为在PCB表面粘贴应变片，通过采集应变片的形变量获取PCB变形程度，很难直观的测量还原出形变过程，因此一种用于监测PCB在板卡测试过程中形变的数据处理电路应运而生。
实用新型内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了用于监测PCB在板卡测试过程中形变的数据处理电路。该数据处理电路可以对PCB裸板、电装后的电路板进行非接触式和/或接触式形变量采集，实现PCB在环境应力筛选过程中的形变监测及变化过程重构。
本实用新型的技术方案如下：
用于监测PCB在板卡测试过程中形变的数据处理电路，包括数据处理电路包括FPGA以及与FPGA相连的DSP、温度采集电路和形变采集电路，形变采集电路包括非接触式形变采集电路，非接触式形变采集电路包括多个线圈传感器、多个信号调理电路和电感转换电路，每个线圈传感器与相应的信号调理电路的输入端对应连接，各个信号调理电路的输出端通过电感转换电路与FPGA相连，多个线圈传感器间隔放置在基板上，数据处理电路的其他电路和待测PCB放置在设定框架中，基板正对待测PCB放置，线圈传感器用于间接测量待测PCB的形变量，实现非接触式测量，温度采集电路用于测量待测PCB的环境温度，DSP用于构建待测PCB的形变量与环境温度的关系，DSP的网络接口作为数据处理电路的输出端连接上位机。
其进一步的技术方案为，形变采集电路包括接触式形变采集电路，接触式形变采集电路包括依次相连的应变片、信号调理电路和ADC转换器，ADC转换器连接FPGA，在设定框架中，应变片粘接在待测PCB表面，用于直接测量待测PCB的形变量。
其进一步的技术方案为，温度采集电路包括依次相连的温度传感器、信号调理电路和ADC转换器，ADC转换器连接FPGA，在设定框架中，温度传感器粘接在待测PCB表面，用于测量待测PCB的环境温度。
其进一步的技术方案为，数据处理电路还包括DAC转换器和恒流源，DAC转换器与FPGA相连，恒流源的输入端连接DAC转换器、输出端分别连接温度采集电路、接触式形变采集电路的输入端，用于提高温度采集电路和接触式形变采集电路的精度。
其进一步的技术方案为，FPGA基于XC7K325T芯片实现，DSP基于TMS320C6748芯片实现，电感转换电路基于LDC1614RGH芯片实现，ADC转换器基于ADS1220芯片实现。
本实用新型的有益技术效果是：
本申请的非接触式形变采集电路的各个线圈传感器间隔放置在基板上，并与待测PCB正对设置，以实现最优测量精度，线圈传感器与待测PCB之间距离不同导致电感量不同进而间接测量出待测PCB的形变量，测量精度相比于接触式形变采集电路的准确度更高，用户可以根据精度需求在监测时做出选择，通过温度采集电路实时采集待测PCB的环境温度并传输至FPGA中，FPGA将获取的形变量和环境温度高速传输至DSP中处理，DSP构建待测PCB的形变量与环境温度的关系，通过设定形变量最大值，以保证待测PCB的可靠性，并将上述关系传递至上位机，由上位机展示形变监测及重构变化过程。
附图说明
图1是本申请提供的数据处理电路的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。
本申请公开了一种用于监测PCB在板卡测试过程中形变的数据处理电路，其原理图如图1所示，数据处理电路包括FPGA以及与FPGA相连的DSP、温度采集电路和形变采集电路，可选的，FPGA均通过ISO隔离器与温度采集电路和形变采集电路相连，本申请的FPGA基于XC7K325T芯片实现，DSP基于TMS320C6748芯片实现。
形变采集电路包括非接触式形变采集电路和接触式形变采集电路，具体的，非接触式形变采集电路包括多个线圈传感器、多个信号调理电路和电感转换电路，其中线圈传感器为铜质印制线圈，电感量为20uH；电感转换电路基于LDC1614RGH芯片实现，每个芯片接四通道线圈传感器，通过多组芯片搭建传感器测量阵列；通过FPGA配置电感转换电路的频率、幅值、延时、增益、偏置等参数。每个线圈传感器通过BNC连接器与相应的信号调理电路的输入端对应连接，各个信号调理电路的输出端通过电感转换电路与FPGA相连，多个线圈传感器间隔放置在基板上，可选的，基板为陶瓷基板，线圈传感器绕制呈蚊香形状的平面线圈。数据处理电路的其他电路和待测PCB放置在设定框架中，可选的，设定框架为金属立方体框架，并预留传感器的安装位置，基板正对待测PCB放置。线圈传感器用于间接测量待测PCB的形变量，实现非接触式测量。
接触式形变采集电路包括依次相连的应变片、信号调理电路和ADC转换器，ADC转换器通过ISO隔离器连接FPGA。在设定框架中，应变片粘接在待测PCB表面，用于直接测量待测PCB的形变量。
温度采集电路用于测量待测PCB的环境温度，温度采集电路包括依次相连的温度传感器、信号调理电路和ADC转换器，ADC转换器通过ISO隔离器连接FPGA，温度传感器基于TMP117芯片实现。在设定框架中，温度传感器粘接在待测PCB表面，用于测量待测PCB的环境温度。可以通过FPGA配置ADC转换器的增益、灵敏度、滤波参数等，以实现精密测量。
可选的，数据处理电路还包括DAC转换器和恒流源，DAC转换器通过ISO隔离器与FPGA相连，恒流源的输入端连接DAC转换器、输出端分别连接温度采集电路、接触式形变采集电路的输入端，具体与温度传感器、应变片的输入端相连，用于提高温度采集电路和接触式形变采集电路的精度。
可选的，数据处理电路采用型号为PTN78020WAH的电源模块供电，输入电压12V，输出电压5V/6A，作为功能电路的主电源。采用型号为MAX15021的双通道开关电源为FPGA、DSP、电感转换电路供电，IO接口电源3.3V，主芯片内核电源1.2V。具体的，电感转换电路通过线性稳压芯片供电，线性稳压芯片基于LP5951芯片实现，与双通道开关电源相连，用于抑制开关电源产生的噪声，提高测量精度。
本申请的DSP通过upp并行接口与FPGA进行高速数据通信，DSP的网络接口作为数据处理电路的输出端连接上位机。DSP用于构建待测PCB的形变量与环境温度的关系，通过设定形变量最大值，以保证待测PCB的可靠性。
本申请的ADC转换器基于ADS1220芯片实现，DAC转换器基于DACx0508芯片实现，需要说明的是，本申请采用的电路、传感器均为现有电路和传感器，在此不详细介绍其内部电路结构。
数据处理电路的工作原理为：
DSP发送初始化指令到FPGA，FPGA对形变采集电路和温度采集电路进行配置，完成初始化后DSP发送启动测量指令，电感转换电路给线圈传感器激励信号并反馈电感量，当线圈传感器到待测PCB的距离变化时，电感量也会有变化，并呈现一定的函数关系。FPGA获取电感量数据、形变量数据和环境温度数据，并通过upp并行接口发送到DSP，DSP使用相应的传递函数把电感量值转换成距离数值(也即形变量)，并构建形变量与环境温度的关系，最终通过本地显示设备或上位机展示形变监测及重构变化过程。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.用于监测PCB在板卡测试过程中形变的数据处理电路，其特征在于，所述数据处理电路包括FPGA以及与所述FPGA相连的DSP、温度采集电路和形变采集电路，所述形变采集电路包括非接触式形变采集电路，所述非接触式形变采集电路包括多个线圈传感器、多个信号调理电路和电感转换电路，每个所述线圈传感器与相应的所述信号调理电路的输入端对应连接，各个所述信号调理电路的输出端通过所述电感转换电路与所述FPGA相连，多个所述线圈传感器间隔放置在基板上，所述数据处理电路的其他电路和待测PCB放置在设定框架中，所述基板正对所述待测PCB放置，所述线圈传感器用于间接测量所述待测PCB的形变量，实现非接触式测量，所述温度采集电路用于测量所述待测PCB的环境温度，所述DSP用于构建所述待测PCB的形变量与环境温度的关系，所述DSP的网络接口作为所述数据处理电路的输出端连接上位机。
2.根据权利要求1所述的用于监测PCB在板卡测试过程中形变的数据处理电路，其特征在于，所述形变采集电路包括接触式形变采集电路，所述接触式形变采集电路包括依次相连的应变片、信号调理电路和ADC转换器，所述ADC转换器连接所述FPGA，在所述设定框架中，所述应变片粘接在所述待测PCB表面，用于直接测量所述待测PCB的形变量。
3.根据权利要求1所述的用于监测PCB在板卡测试过程中形变的数据处理电路，其特征在于，所述温度采集电路包括依次相连的温度传感器、信号调理电路和ADC转换器，所述ADC转换器连接所述FPGA，在所述设定框架中，所述温度传感器粘接在所述待测PCB表面，用于测量所述待测PCB的环境温度。
4.根据权利要求2所述的用于监测PCB在板卡测试过程中形变的数据处理电路，其特征在于，所述数据处理电路还包括DAC转换器和恒流源，所述DAC转换器与所述FPGA相连，所述恒流源的输入端连接所述DAC转换器、输出端分别连接所述温度采集电路、接触式形变采集电路的输入端，用于提高所述温度采集电路和接触式形变采集电路的精度。
5.根据权利要求2所述的用于监测PCB在板卡测试过程中形变的数据处理电路，其特征在于，所述FPGA基于XC7K325T芯片实现，所述DSP基于TMS320C6748芯片实现，所述电感转换电路基于LDC1614RGH芯片实现，所述ADC转换器基于ADS1220芯片实现。
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