【導(dǎo)讀】一般以針床來測試不上電的電路板，使用直接數(shù)字合成（DDS）和離散傅立葉變換（DFT）等技術(shù)生成刺激信號進(jìn)行模擬測量分析，以此讓在線測試儀（ICA）測量電感、電容、阻抗和電阻等實(shí)際數(shù)據(jù)，以便確認(rèn)所有被測器件（DUT）測試節(jié)點(diǎn)的結(jié)果在公差范圍內(nèi)，以及是否有開路、短路、錯(cuò)件或極性接反的問題。這些都在不上電的情況下進(jìn)行測量。繼電器多路復(fù)用器可以用來連接探針觸點(diǎn)和電路板的模擬通道或數(shù)字驅(qū)動(dòng)器/傳感器（D/S）（圖1）。
在線測試（ICT）是一種分析生產(chǎn)中電子產(chǎn)品的方法。
一般以針床來測試不上電的電路板，使用直接數(shù)字合成（DDS）和離散傅立葉變換（DFT）等技術(shù)生成刺激信號進(jìn)行模擬測量分析，以此讓在線測試儀（ICA）測量電感、電容、阻抗和電阻等實(shí)際數(shù)據(jù)，以便確認(rèn)所有被測器件（DUT）測試節(jié)點(diǎn)的結(jié)果在公差范圍內(nèi)，以及是否有開路、短路、錯(cuò)件或極性接反的問題。這些都在不上電的情況下進(jìn)行測量。繼電器多路復(fù)用器可以用來連接探針觸點(diǎn)和電路板的模擬通道或數(shù)字驅(qū)動(dòng)器/傳感器（D/S）（圖1）。
圖1：典型2x16針床繼電器多路復(fù)用器（圖中僅顯示其中一個(gè)通道）
在一些更先進(jìn)的系統(tǒng)中，通過電路上電并測量帶負(fù)載的輸入和輸出特性，還可以使用ICA模塊做一部分的器件功能測試（FCT）。這個(gè)測試通常是使用另一個(gè)測試適配器單獨(dú)完成。這樣做的原因如下：
首先，ICT針床的探針無法承載所需的電源電壓或負(fù)載電流來對上電設(shè)備進(jìn)行全功能測試。專用FCT測試臺的重載探針必須能夠承受高電流或高電壓而不會(huì)有過熱、飛弧或過度磨損的問題。缺點(diǎn)是這些重載探針占用更多的空間，因此FCT測試適配器通常一次只能檢查一個(gè)DUT。
其次，ICA內(nèi)部的可編程電源、繼電器和電子負(fù)載也不適合大電流測試。如果只是簡單地?fù)Q成更大的電源，較高的電流可能會(huì)嚴(yán)重干擾到敏感的ICT測量的模擬量而導(dǎo)致誤差，包括接地反彈、線壓降以及感性負(fù)載在開關(guān)瞬間產(chǎn)生的瞬變。使用專用FCT適配器進(jìn)行測量通常會(huì)有較低的分辨率和更大的濾波器，因此對于干擾并不敏感。另外，電源和繼電器觸點(diǎn)更堅(jiān)固耐用，因此能夠切換超過1安培的電流。
第三，繼電器接口硬件和軟件控制一般是通過并行輸入輸出（PIO）控制器和繼電器驅(qū)動(dòng)器來更改繼電器配置（圖2）。繼電器的開關(guān)速度在ICT應(yīng)用上通常不是問題，因?yàn)槔^電器在每次DUT測試結(jié)束后會(huì)多路復(fù)用連接進(jìn)行重新配置，從一組引腳到下一組。如果是FCT測試適配器，每次測試時(shí)都要使用繼電器來更改每個(gè)DUT的功能測試設(shè)置，因此繼電器的控制數(shù)據(jù)吞吐量更高。在專用的FCT設(shè)置中，這不會(huì)造成問題，因?yàn)橐淮蝺H檢查一個(gè)DUT，但是如果要以ICT/FCT適配器測試多個(gè)設(shè)備，那么中繼控制的速度限制會(huì)是一個(gè)瓶頸。
圖2：測試系統(tǒng)圖
最后，雖然ICT可以在幾毫秒內(nèi)完成測量，但FCT程序無法在設(shè)備通電時(shí)立即進(jìn)行測量，所以比ICT慢得多，因此在進(jìn)行測量之前必須先確定FCT程序有輸出，才能得到可靠的數(shù)據(jù)。通常，測量相同的產(chǎn)品，F(xiàn)CT程序所需的時(shí)間是ICT的五至十倍。如果將測試合并到一個(gè)ICT/FCT平臺中，F(xiàn)CT的部分可能會(huì)阻礙生產(chǎn)。如果將兩個(gè)程序分開，那么一臺ICT儀器可以供給多個(gè)FCT測試臺以提高吞吐量并減少阻塞。
但是，對于RECOM Power新開發(fā)的DC/DC產(chǎn)品系列來說，兩個(gè)獨(dú)立測試適配器帶來的額外成本和測試時(shí)間是不被接受的，必須找到一種方法將ICT的速度優(yōu)勢與功能測試的100%質(zhì)量保證（全部集成在一個(gè)測試適配器）結(jié)合起來。這是一個(gè)復(fù)雜的技術(shù)挑戰(zhàn)：該產(chǎn)品系列涵蓋的器件具有高達(dá)6A輸出電流和60V輸入電壓。每個(gè)PCB板包含40個(gè)半成品模塊，這意味著需要使用強(qiáng)大耐用的電源進(jìn)行并行測試。因此數(shù)據(jù)吞吐量不僅很高，而且任何的定時(shí)錯(cuò)誤都可能成為問題。RECOM與捷克的Elmatest簽訂了合同，共同為EMS供應(yīng)商使用的Teledyne Teststation LH建造一個(gè)ICT/FCT組合測試適配器。
Elmatest的應(yīng)用工程師Zdenek Martinek從一開始就意識到這不是一個(gè)普通的項(xiàng)目。有幾個(gè)重要的問題需要解決：如何將ICT/FCT組合到一個(gè)連板；如何處理如此高的繼電器控制數(shù)據(jù)吞吐量；如何加速FCT程序，以及如何在高功率下不傷害到敏感的探針。與RECOM研發(fā)部的Markus St?ger密切合作之后，他們找到了解決這些問題的方法。
首先要解決的問題是如何在產(chǎn)品的連板設(shè)計(jì)中結(jié)合ICT/FCT。每個(gè)PCB包含40個(gè)獨(dú)立電路。這些模塊不是部分而是一個(gè)已經(jīng)完成生產(chǎn)、封裝和絲印的成品，因此并非所有的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)都可以與ICT引腳面板連結(jié)。這是有意如此的。DC/DC轉(zhuǎn)換器以較高的內(nèi)部頻率進(jìn)行開關(guān)，金屬外殼和多層PCB構(gòu)成一個(gè)完整的六面法拉第籠來避免EMI問題。任何外部連接到內(nèi)部高頻開關(guān)節(jié)點(diǎn)都將形成一條路徑讓EMI穿過EMC屏蔽并發(fā)射輻射，這可能會(huì)導(dǎo)致測量上的誤差。
“如何對密封的產(chǎn)品做ICT測試”的解決方法是為每個(gè)連板制作一個(gè)測試模塊。測試模塊可以通過連接到所有必要的ICT節(jié)點(diǎn)來驗(yàn)證每個(gè)連板是否正常。一旦測試模塊通過了常規(guī)ICT程序，其余模塊就只需要做FCT檢查。
圖3：PCB連板的正面和背面圖，ICT測試模塊位于角落
執(zhí)行一次測試和測量程序所需的代碼稱為測試向量。測量所需的輸入、輸出和模擬信道的配置是以“突發(fā)數(shù)據(jù)”的形式傳輸。這些配置加載到本地板載存儲器中，然后由定時(shí)觸發(fā)信號同時(shí)激活。配置會(huì)被鎖存直到測試完成，并且測量數(shù)據(jù)傳回到CPU。與此同時(shí)，下一個(gè)突發(fā)數(shù)據(jù)會(huì)事先加載到寄存器，以等待下一次的觸發(fā)信號。這種方法能夠讓ICT達(dá)到每向量約4μs的極高數(shù)據(jù)吞吐率。
但是GenRad Teststation使用的標(biāo)準(zhǔn)繼電器驅(qū)動(dòng)器是由并行輸入/輸出端口（PIO）控制器所驅(qū)動(dòng)，而控制器是通過MXIbus接收控制PC所發(fā)出的命令（圖2）。這個(gè)配置對于我們的項(xiàng)目而言太慢了，因?yàn)槲覀兿胧褂酶咚傧到y(tǒng)控制器來控制繼電器配置，在一個(gè)測試向量中處理不同的FCT測量。為了提高繼電器切換速率，RECOM的測試適配器使用了一種“主動(dòng)突發(fā)”的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)新的中繼驅(qū)動(dòng)器拓?fù)洹?nbsp;
執(zhí)行主動(dòng)突發(fā)時(shí)，有些繼電器不是由PIO控制卡驅(qū)動(dòng)而是直接由D/S輸出驅(qū)動(dòng)的，這些輸出會(huì)一直保持在活動(dòng)狀態(tài)直到ICA測量完成。每個(gè)D/S可以設(shè)定9個(gè)獨(dú)立功能（閑置、低或高電平驅(qū)動(dòng)、低或高電平感應(yīng)、保持、驅(qū)動(dòng)深層串行存儲器、感應(yīng)深層串行存儲器和收集CRC數(shù)據(jù)）。在本例中，我們使用了驅(qū)動(dòng)回路供電給繼電器。D/S驅(qū)動(dòng)器輸出限制在TTL電壓和電流水平，通常不足以在沒有獨(dú)立驅(qū)動(dòng)回路的情況下驅(qū)動(dòng)繼電器，但是如果使用達(dá)林頓晶體管電流放大器繼電器線圈來制作測試適配器，D/S模塊就能夠繞過PIO控制器直接操作繼電器，不但讓繼電器控制變得即時(shí)也讓編碼更加簡單。
需要解決的第二個(gè)問題是如何加快FCT的測試速度，因?yàn)榈却M電平穩(wěn)定下來會(huì)使整個(gè)測試時(shí)間過長。技巧是利用ICA系統(tǒng)既有的處理能力，使用直接數(shù)字合成（DDS）和離散傅立葉變換（DFT）之類的波形生成和分析技術(shù)，因?yàn)樗鼈儽緛砭捅热魏文M電橋平衡測量技術(shù)還要快。這一突破使我們意識到這些先進(jìn)的技術(shù)可用來確定加電功能測試。與其施加穩(wěn)定負(fù)載、等待輸出穩(wěn)定之后測量輸入和輸出電流和電壓，不如將輸出負(fù)載脈沖延遲數(shù)毫秒之后，將處理結(jié)果用來得出最終輸出特性。這樣可以縮短80%的測量時(shí)間。
圖4：6端阻抗測量
一個(gè)重大的開發(fā)問題是將這種動(dòng)態(tài)負(fù)載和電源切換與GenRad測試設(shè)備使用的舊Spaghetti軟件相匹配，該軟件由Pascal、Assembler和Basic組成。雖然GenRad早在2003年就不再以獨(dú)立公司的身份存在，但它耐用的設(shè)計(jì)值得稱贊，即使在今天，也可以在它原始硬件基礎(chǔ)上使用最新的操作系統(tǒng) 。
第二個(gè)問題的解決方法也同時(shí)解決了第三個(gè)問題：如何避免損壞敏感探針。由于負(fù)載電流只在很短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生脈沖，即使6A峰值電流流過額定僅兩安培的探頭，在這非常小的接觸點(diǎn)上也不會(huì)有明顯的局部發(fā)熱。另外還可以編程開/關(guān)時(shí)間比，這樣即使進(jìn)行順序測量，探針尖端在脈沖之間得以冷卻，避免燒壞或燒焦。這種脈沖負(fù)載技術(shù)也可確保電源不會(huì)過載。
ICT還可以測量用來預(yù)先設(shè)置輸出電壓的內(nèi)部分壓器電阻，使測試系統(tǒng)能夠自動(dòng)從ICT得出輸出電壓、輸出電流和輸入電壓范圍，然后將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)紽CT測試程序中以便執(zhí)行適當(dāng)?shù)墓δ軠y試。這樣就消除了由于操作人員錯(cuò)誤地將FCT變量設(shè)置超出范圍，從而導(dǎo)致?lián)p壞產(chǎn)品、昂貴的引腳板或可編程電源的可能性。
使用這些技術(shù)的結(jié)果是，每個(gè)DC/DC模塊的ICT/FCT組合測試時(shí)間約1.8至1.9秒，這意味著可以在不到80秒的時(shí)間內(nèi)對整個(gè)PCB連板進(jìn)行100%的測試，包含了移除已測試完成的PCB以及將下一個(gè)要測試的PCB放入測試適配器中。最小的運(yùn)行量為5000次，累計(jì)節(jié)省下來的時(shí)間有助于整個(gè)產(chǎn)品系列的成功。正是如此，RPM模塊的設(shè)計(jì)從最初單一系列八個(gè)型號擴(kuò)展到現(xiàn)在三個(gè)系列共二十二個(gè)型號，所有模塊都具有相同的封裝和測試適配器。
圖5：測試中的適配器成品
來源：RECOM
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