PCBA功能测试

1.1. 研制指导原则
a) 坚持模块化的设计思想，满足用户更换被测电路板后，能充分利用测试资源，仅更换测试控制箱就能用于其他电路板的测试；
b) 采用操作台实现测试，测试仪器需要内置，使用简单，便于操作；
c) 测试满足用户的测试内容的要求，功能齐备，并留有一定后续功能扩展能力；
d) 尽量采用主流产品和成熟技术，缩短研制周期，提高检测装置的可靠性；
e) 测试台应兼顾高性能与时效的要求。
1.2. 组成
测试台的结构参照安培通现有测试台结构（见图1）；从功能角度由以下几部份组成：电源部份、测量处理中心（计算机系统）、可编程电源、程序烧写器、检测工装、信号（通道）自动切换设备等组成。
2. 需求概述
2.1. 结构要求
a) 测试台采用一体化结构，符合人体力学功能特点，满足测试人员长期测试工作的需要，可参照现有的测试设备结构；
b) 测试台设有方便拆卸的海量端子连接机构，便于调整、更换及改造；
c) 测试台应保持现场的一致性及整体外观效果；
d) 测试台应便于测试人员对被测电路板的固定、接线、测量、观测；
e) 测试台应安装电源开关、指示灯、人机界面、打印输出设备等。
2.2. 电气性能要求
a) 测试台供电电源为220V±22V/50Hz。
b) 测试台应带漏电保护措施保证操作人员安全。
c) 测试台应具备电磁兼容能力，外部扰动不影响设备的正常工作，干扰清除后能保证测试精度。
d) 测试台各组合应有接地螺柱，螺柱一般应与机柜导通。各组合的地线汇总至机柜后统一至现场接地点。
2.3. 测试台的要求
a) 能实现对144V铝基板PCBA、144V主控板PCBA功能测试：提供测试条件、测量电路板输出。
b) 测试台使用AMPTON自主研发的海量连接机构。
c) 电压、电流、电阻、频率测试精度1%以上。
d) 测试台采用卧式琴台或者立式琴台模式。
3. 技术方案
3.1. 总则
我方提供的PCBA功能测试台将达到用户技术要求中规定的功能及指标。同时具备以下特点：
a) 采用安全、可靠的设计方案；
b) 具有高度的可靠性和可维护性。
c) 测控台应有必要的检查、维修措施设计，各测试点、各组件易于拆卸和更换；
d) 尽量使用通用的工业产品，保证有长期的备件来源和较好的扩展性。易于配置、易于使用；
e) 采用模块化设计，适当留有功能扩展余地，便于以后不同功能电路板的测试。
3.2. 方案思路
结构设计参照用户现有测试台结构，保持现场环境的整体性、协调性。
测试针床及适配器采用现有方式，可由用户提供。
按用户的要求，通过更换针床及适配器的方式，实现对不同被测线路板的测试。
电气设计方面，测试设备（工控机、标准信号测试设备34401）、电源等内置。
由于测试台的功耗不大，可采用交流 220V/50 Hz作为供电。
测试台应具备断电拔插功能。
测控台除满足“2 需求概述”的全部要求外，应具备以下功能：
a) 为PCBA功能测试台及外部被测仪器提供工作所需的各种电源；
b) PCBA功能测试台应具有一定的通用性，为以后其它电路板的测试提供可能而方便的测试解决方案。
3.3. 原理框图
测试台工作原理见图 1。
      
                   
图 1  系统原理框图(仅作参考)
 
电气控制组件能实现对测试台供电控制，保证测试人员及设备安全，实现气动控制。
在气动装置的作用下，测试针床及其适配器实现对被测电路的连接。
可编程电源、线性电源给信号调理电路提供电源。信号调电路在工控机、开关量输入输出卡的控制下，控制外接64路测试点的通断，给被测电路板提供测试条件（供电及通讯控制）。
被测电路板上的电压、电阻、频率输出信号能通过48路控制信号，上传进入数字万用表，测量其电压输出值；被测电路板上的电流输出信号能通过4路控制信号，上传进入数字万用表电流测试端，测量电流值；被测电路板上的开关输出信号，能通过8路开关量输入来测量。
3.4. 设备清单
                          表 2

序号	名称	型号/代号	数量	说明
1	工控机	研华工控机	1	CPU 酷睿双核
2	显示器	三星	1	含键盘、鼠标等
3	高精度数字万用表	KeySight34410A	1	6.5分辨率
4	大功率可编程电源	菊水皇家DPS2001	1	0-120V 10A DC 可编程
5	信号发生器	Rigol普源DG1022Z	1	25MHz,200MSa/s采样率,CH2
6	数字存储示波器	Rigol普源 DS1104Z	1	100MHz带宽,1GSa/s,24Mpts存储深度,CH4
7	USB-CAN通信模块	UT8251	2	带隔离
8	小功率可编程电源	AMPTON品牌	1	0-60V 5A  DC 可编程
9	高精度电压测量卡	AMPTON品牌	1	24bit ADC高精度，可替代序号2 数字万用表(自主研制)
10	高精度电流测量卡	AMPTON品牌	1	24bit ADC高精度，可替代序号2 数字万用表(自主研制)
11	高精度电阻测量卡	AMPTON品牌	1	24bit ADC高精度，可替代序号2 数字万用表(自主研制)
12	开关量输入输出板	AMPTON品牌	2	自主研制96DIO
13	模拟量输出板卡	AMPTON品牌	1	0-10V 0-20mA输出自主研制
14	信号转接电路	AMPTON品牌	2	自主研制
15	信号调理电路	AMPTON品牌	2	自主研制
16	信号调理测试箱	AMPTON品牌	2
17	开关电源	明纬	1	24V/15A以上
18	供电电源部份	含空气开关保护	1	自主研制
19	线缆、线材、附件	AMPTON品牌	1	自主研制
20	测试适配器	AMPTON品牌	1	自主研制
21	测试针床	AMPTON品牌	1	可用户提供
22	测试台或测试柜	AMPTON品牌	1	自主研制
23	JTAG接口程序烧写器	根据客户MCU确定	1	可用户提供
24	通用接口互连接收器	AMPTON品牌	1	自主研制

 
系统特点：从配置列表可以看出，AMPTON STS100通用化标准测试平台，不单单和市场上的各种测试台一样，通用购买各种仪器仪表，然后编写一个上位机的专用测试软件来做系统集成；而是从硬件系统结构上、从软件架构上、从仪器仪表的自主研发实力上来体现出来的一套机电自动化的测试解决方案；机械设计100%自主研发、电子控制95%自主研发(包括自主研发的PLC)，可编程的测试系统编程平台100%自主研发。
3.5. 整体设计效果
                                                         
        卧式桌式                                   立式琴台式
                           图2 测试台样式
3.6. 重要组件介绍
3.6.1. 控制器
名称：工控机
厂家：研华
型号：IPC610
参数： CPU 酷睿双核2.4G以上, 内存 4GB ,硬盘 500GB, 并口 1个, USB接口 4个, 网络接口 1个,两个232串口 ,带4个PCI扩展槽，带鼠标、
3.6.2. 模拟量输出板卡
名称：模拟量输入输出卡
厂家：AMPTON
型号：MW
参数：模拟量为0-10V、 0-20mA编程输出。
3.6.3. 开关量输入输出卡 
名称：数据采集卡
厂家：AMPTON
型号：MW
参数：128DIO、96DIO、64DIO、32DIO、16DIO
3.6.4. 可编程电源
名称：大功率可编程电源
厂家：菊水皇家
型号：DPS2001
参数： 0-120VDC /1CH/10A, 纹波 1mVrms/3mVpp ；
分辨率：1mA/ 1mV, 稳定精度 0.02%+5mV，负载调节率 0.01%+3mV  ；
3.7. 测试软件设计
3.7.1. 总则
我方采用模块化的软件包来完成整个系统的软件功能。我方提供的软件包将涵盖用户技术中的功能要求。
我方提供的所有软件将具有良好的兼容性。系统软件方案将该具有足够的透明度和可开发性，以便于系统投入生产后，技术人员能够根据生产过程实际情况对软件进行修改和二次开发。
3.7.2. 软件平台
测试台环境具备以下条件：
a) 系统安装微软Microsoft Windows 2000或XP 操作系统；
b) Vb.net或者C#.net 语言开发环境，基于.net framework平台。
3.7.3. 软件架构
软件构架如3所示，分成用户界面层、逻辑控制计算层、底层驱动等三层。
用户界面层是面向用户的软件界面，通过该层取得用户设置的测试参数、控制参数、设备自检状态。
逻辑控制计算层包括信号发生控制、模拟量采集、被测电路板的供电控制等，该层完成了各板卡模块的底层函数封装，为逻辑控制计算层调用。
底层驱动包括IO驱动、输出控制信号，控制被测电路板的上电、信号输入、信号输出等。
   
                         图 3
3.7.4. 主要界面  
测试界面应配合测试台，使测试台具备自动断电拔插功能，提供测试流程编辑的设置、显示测试结果。提供系统自检和退出界面。
Ø 测试流程编辑设置界面
 
               图4  测试流程编辑界面
Ø 自动测试界面
 
                  图5  自动动测试界面
3.7.5. 软件总述   
该套软件完成主要实现对用户要求电路板的测试，它具有良好功能扩展性和软件的可移植性，为用户以后的其它电路板的测试提供了方便的软件环境；同时该套测试及软件不单单是专用测试软件，而是集合了IDE开发系统软件平台，方便客户自主建议测试流程。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     
4. 系统可靠性
4.1. 可靠性设计
a) 工控机及其采集卡采用工业级产品，保证有电机工作状态下，提高抗干扰能力，保障采集数据实时性、可靠性；
b) 电气设计中，将控制系统与大电流分离，强弱电分开布线， 保证信号传输的可靠性；
c) 对于与可动部份的电气连接，尽量采用航空插头，保证线路连接可靠性；
d) 各设备工作应稳定可靠，平均故障间隔不小于2000h；
e) 寿命不小于8年；
f) 平均修复时间不大于4h；
g) 测控台应用必要的检查、维修措施设计，各测试点、各组件易于拆卸和更换；
h) 尽量使用通用的工业产品，保证有长期的备件来源和较好的扩展性。
4.2. 维修性设计
a) 坚持模块化设计；
b) 设备和器件尽量分类安装；
c) 软件有独立的检修模式，在检修模式下，可以独立操作通讯模块和数采模块，排除其他模块的限制因素，便于检修；
d) 易损件布置在便于维修和更换的地方。
4.3. 保障性设计
用户负责在使用设备的场所提供220VAC/50Hz的电源并按我公司设备尺寸提供充足的设备安装及使用的场地。用户需要提前提供用户要测试电路板，以便我公司在交货前，对整个设备进行充分测试，并对其可靠性进行充足试验。其它内部各专用测试设备、接口设备等部件的供电由我方负责提供。
4.4. 测试性设计
对于系统工作起重要作用的电气连接点，或反映相互关联设备之间信号传递的点预留测试点，以便监测设备运行状态；
对于测量精度影响测试台整体运行状态或精度的点，设立专门测试点，以便对前置探头、后续通道进行测量及校准。
4.5. 电磁兼容性设计
强电信号与弱电信号坚持电气隔离，包括电缆的隔离和地线的处理；
数据的传输采用专用的传输电缆。
4.6. 安全性设计
测试台出现异常运转时，可紧急制动，以保护人员和设备的安全；
测试台设有接地装置；
不同的设备和接口均有明显、准确标志。
4.7. 环境适应性设计
a) 实验室环境下使用；
b) 使用温度： 0℃～+50℃； 
c) 贮存温度：-20℃～+70℃。
5. 校准方法
标准仪器、数字万用表34410A、送第三方检验。
AMPTON自主仪器仪表返回检验，或者使用高精度仪器进行校验。