单片机的PCBA测试系统研究

2013年10月13日 15:04
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单片机的PCBA测试系统研究

随着计算机技术和网络技术以及微电子技术的飞速发展,在电子测量技术领域,测量仪器不断更新发展,数字化仪器,智能仪器和虚拟仪器对电子设备的电子测量系统提出越来越高的要求。在电子行业集成程度越来越高,从而使母板和PCB在材料和生产过程控制和发展越来越严格,而性能和可靠性的PCB测试要求会更高。

PCBA是Printed Circuit Board As­sembly的简称,是在空的PCB板经过SMT上件,再通过DIP插件的全过程后得到的电路板。任何电子产品的核心是PCBA,因此,为 PCBA测试,尤其是现代电子产品的自动测试是一个重要的组成部分。

1 PCBA测试系统总体概述

对不同性质的PCBA,该系统将重点讨论如何建立一个比较通用的PCBA的自动化测试平台。基于功能测试的方面,PCBA测试平台是模拟系统的反馈信号和控制信号,并从相应的输出探针捕获输出通道互连的信号,判断输出通道信号从PC端软件来实现。

测试设备通常基于嵌入式处理器核心的控制面板,既包括内部的数字电路和模拟电路,还包含嵌入式处理器,无论是模拟信号,数字信号都存在,所以需要测试更多类型的内容。为了全面完成设计任务,测试系统结构分为六个主要部分,即信号输入单元,信号采集与处理单元,数据存储单元,外部接口单元,控制单元,输出单元。

信号输入单元来完成从主电路板PCBA的被测试的信号预处理,如信号放大,滤波,整形,以满足后续的采集处理要求;采集与处理单元,分别是输入设备输出的信号采集和信号处理,以获得准确的测试数据,以确定系统是否准确;存储单元主要用于存储采集和处理的数据,和测试系统需要预先设定参数;输出单元有LED的输出, LCD液晶显示输出,并在主机上显示输出;接口单元是RS-232串行接口,USB接口,键盘接口和微控制器和FPGA的JTAG接口。

2 PCBA测试系统的设计

2.1测试系统核心板硬件设计

测试系统的核心板硬件由一个FPGA和USB接口芯片构成。FPGA使用Altera公司的CycloneII EP2C35。核心板上,USB接口芯片ISP1583的数据和控制信号与FPGA相连接,FPGA的连接通过实现USB-to­Avalon模块链接到ISP1583 Avalon总线。此外,还提供核心板与扩展板接口连接,包括提供的A/D芯片采样时钟信号,A/D采样数据信号接口芯片,DDS芯片的控制接口,模拟开关控制接口。

2.2测试系统扩展板硬件设计

 

测试系统扩展板主要是基于待测的 PCBA的需要进行独立的设计,但对于一般的测试系统,主要是激励输出信号产生和测试信号的采集。对于这个设计,主要以生产2.5MHz峰峰值大约为500mV的正弦波模拟回波信号输入,5V和-5V的直流控制信号发生器,输出信号的测试集,以及各种激励措施输入通道,输出通道和控制测试信号输入通道门,扩展板的硬件连接结构框图如图1所示。

3 PCBA测试系统实现与测试

3.1数据采集与接口电路设计

接口电路板包括:模拟通道模块,数字测试模块,多路开关模块。模拟通道模块用于实现信号调理,这将PCI -6220产生的模拟信号转换成一个合适的激励信号,对其他模拟通道调制到PCI -6220模拟输入信号范围。数字测试模块,以完成有关系统的数字测试,该数字模块实现 24路通用的双向数字测试通道和一组串行测试通道。多路切换开关模块有20个开关通道,主要作用是规定各种条件下的测试。

3.2通信和测试模块的设计与实现

通信和控制模块是测试仪器模块的主要部分,主要功能是在测试仪器和测试计算机通信,并且完成一些必要的测试工作,发送和收集测试激励波形。

图2为通信和测试模块的内部结构,通信和测试模块主要由USBN9404及其其附属电路和FPGA电路组成。USBN9604接收模块外的USB总线信号,并转化为SPI总线信号输入到FPGA。USBN9604重要作用是数据传输。

3.3 A/D和D/A功能的实现

FPGA的A/D转换器可以实现通过分时复用形成两个输入通道,两个测试波形可以被收集。A/D转换的全部过程控制由5个寄存器实现,分别AMUX通道选择寄存器,AMUX配置寄存器,ADC0的配置寄存器,ADC0数据寄存器和ADC0的控制寄存器。AMX0SL和AMX0CF决定输入的通道数量和输入波形的类型以及差分的形式。固件程序为A/D转换器开发了两个函数:adc_Ini和adc_Rd。用于初始化的A/D模块,adc _Rd用来控制转换和读取转换结果。

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