波控系统的自动测试设计及实现

　　摘要介绍了某型雷达波控系统的自动测试方法。本测试方法主要为先边界扫描测试后进行功能测试。测试覆盖率高达95%以上。已经应用于某型雷达波控系统的测试与维修。另外本自动测试系统具有良好的通用性，即通过设计不同的适配器可以满足多种被测件的测试需求。
　　【关键词】波控 边界扫描 功能测试
　　1 引言
　　随着微电子技术和大规模继承电路的不断发展，雷达波控系统设备数字电路板级故障测试及维修越来越复杂。为了实现能智能化地对波控系统设备进行测试、故障隔离，并最终完成对波控系统设备的故障修理，我们提出并实现了波控系统设备的自动测试 。
　　根据现有成熟技术，本文采用基于JTAG测试技术、GPIB总线网络、基于数据库的功能测试技术，通过系统硬件平台、系统软件的测试程序集，波控系统待测件的状态，将故障定位到可更换单元。
　　2 测试原理
　　由于波控分系统中的所有被测件都带有JTAG接口，所以本设计以边界扫描测试技术为主来完成测试。但是有一些被测件，虽然有JTAG接口，但只能测试大部分电路，而计算机总线、电源芯片、晶振电路、模拟电路等无法测试到，因此这部分电路采用功能测试方法。
　　由于基于边界扫描测试方法有简洁、快速、准确、安全等优势，所以本自动测试采用边界扫描测试为主、功能测试为辅的测试方案。在待测件选择测试方法时，必须采取以下原则：对于每个待测件优先考虑边界扫描测试方法，如果能满足要求，就采用边界扫描测试方法；如果部分满足要求，可以先用边界扫描测试方法进行测试，然后进行功能测试。
　　3 测试方案
　　波控系统设备为非标结构和外形设计，其输入和输出接口为若干个J30J插座形式，分系统被测件连接插头数量非常大，接口信号数量也非常大。
　　波控系统自动测试是基于边界扫描和功能测试方式，适用于标准DB210芯插件板，因为接口为210芯接口，测试信号的最大接入量为192路。要使波控系统待测件接入自动化测试台，要对插件所有信号量的特性进行分析，并进行信号接入方法研究，同时要兼顾测试的便捷性、兼容性、有效性、外观性实现。
　　根据波控系统设备功能及原理的分析，波控系统待测件的信号量入出关系可通过图1所示。
　　由波控系统设备信号量入出关系图可知，所有输入和输出的信号量都能通过缓冲驱动或者是接口芯片与可编程的边界扫描器件相连。
　　经过统计，波控系统设备输入输出信号汇总如下：TTL输出：500路；TTL输入：68路（PC104信号）；差分信号输入：12路；差分信号输出：9路；电源品种：+5V 。所以为了保证波控系统待测件接入自动化测试台，需进行波控集线器、计算机总线适配器及波控适配器等的设计。具体测试框图如图2所示。
　　3.1 波控适配器设计
　　波控适配器是一个功能和信号转接器，它将测试台背板上的信号线、电源线转换成和波控集线器匹配的形式。由于测试台的测试底板对外接口是210芯，且测试空间、测试面板空间等的限制，故本适配器设计成如下的结构形式 ：一边插座形式是DB210芯，一边设计为几个J30J插座形式，实现信号的转接，其设计样式如图3所示。
　　3.2 波控集线器设计
　　由于波控系统设备信号量大，插头接口多，为此，设计了一个专用的集线器。该集线器的作用是将各种插件不同信号源汇集成从面板输出，且输出的连接形式统一成3组J30J74芯的形式，为后面的专用适配器提供一个标准接口。
　　3.3 计算机总线适配器设计
　　波控系统设备电路设计中包含嵌入式PC104模块。为了检测波控印制板电路同PC104模块之间总线的连接情况，特别设计了计算机总线适配器，可以用来检测JTAG器件内部相应位置故障，以及计算机总线信号通道上的器件好坏及焊盘虚焊等故障，计算机总线信号数为68路。
　　计算机总线适配器的设计同集线器的设计统一进行考虑，其一头连接被测件的PC104模块的PCI总线插座，另外一端同集线器的面板插座相连，其外形图如图4所示。被测试的计算机总线信号中，信号线通过74芯J30J电缆转接至波控集线器中，电源线通过电源插座被引出至集线器的面板上，可通过万用表或示波器进行测试。
　　3.4 波控系统设备测试方法
　　波控系统具体测试时，首先通过波控集线器将被测件所有的输入和输出信号转接至测试面板上，而后利用专用的电缆，将面板上的信号分批同波控适配器相连，最后再通过适配器将这些信号分批转入测试台上的测试底板。测试底板通过特定的测试规则，接收和激励被测件的信号，形成测试链路，启动JTAG测试流程，分步骤完成被测件的测试任务。波控系统的测试方法有两种，介绍如下：
　　3.4.1 边界扫描测试方法
　　波控系统大量使用的器件包括驱动电路、FPGA、串联电阻等，这些都适合通过边界扫描的方式进行测试、故障隔离、和故障定位。所以波控系统测试主要采用边界扫描方式实现故障定位，边界扫描不能覆盖的器件和电路则需要用人工方式来定位故障。边界扫描测试方式具体测试时，首先将被测插件与对应适配器相连，最后再通过适配器将这些信号分批转入测试台上的测试底板。测试底板通过特定的测试规则，接收和激励被测件的信号，形成测试链路，启动JTAG测试流程，分步骤完成被测件的测试任务。
　　边扫测试系统硬件组成如图2所示。图中的测试底板和被测试PCB共同组成一个系统，通过系统测试就可以覆盖原本单板测试无法覆盖的部分，比如接插件、接口存储器（双口RAM）、驱动器（244）、匹配电阻网络等。将BSDL文件及网表文件输入到ScanWorks中，通过网表分析后，将中间信息传递给自动测试激励产生器（ATPG），然后由它产生测试激励，并且通过连通性测试报告来说明被测件的测试覆盖率等统计信息。
　　3.4.2 人工测试方法
　　波控分系统的测试插件的器件和电路不能被边界扫描覆盖时，则需要用人工测试方式去测试，比如插件上的晶振电路，需要用示波器来观察；配置电路中的上下拉电阻，以及电源电容的有效性，需要用万用表来测量；计算机模块的测试需要用人工调整判断的方式来测试和故障隔离；还有一些测
　　试方法在每块被测插件做实际测试时有具体说明。需要说明的一点是，通过边界扫描的方法也可以完成部分的功能测试，比如电路中指示灯的功能测试。
　　晶振的测试方法：
　　晶振的型号为JA8B-10M，是一个10M时钟晶振。我们用示波器探头测试FPGA电路的时钟输入脚，如果有10M时钟输出，则晶振电路是正常的；如果没有10M时钟输出，则晶振电路失效。
　　配置电阻的测试方法：
　　被测插件中，有一些电阻是属于FPGA电路的配置加载用，这些电路在完成配置内容加载后就不再起作用了，它们的上下拉电平状态影响FPGA电路的初始态，必须要保证正确。另外还有一些电阻属于单元识别电路，它们都不需要信号激励，直接同电源或地相连，可以用万用表进行阻值测量、连接通断测试。插件中配置电路部分见图5。
　　计算机模块的测试方法：
　　进行模块测试时，先用好的测试程序更换实际工作程序，再将模块插入被测件。上电后，通过上位机与被测件进行网络连接测试。
　　（1）如果网络不通，则模块有故障，需要更换模块；
　　（2）如果网络通，但运行测试程序结果不对，则模块总线有故障，也需要更换模块；
　　（3）如果测试程序运行结果正常，则模块本身正常。
　　而后断电，更换实际的工作程序。再次上电后，与被测件进行网络连接测试。
　　（1）如果网络连接不正常，则更换电子盘；
　　（2）如果正常，则模块测试结束。
　　3.5 测试覆盖率
　　波控系统设备故障覆盖率统计结果如表1所示。
　　4 结束语
　　本自动测试系统已经应用于某型雷达波控系统的测试与维修。另外本系统具有良好的通用性，即通过不同的适配器可以满足多种被测件的测试需求。同时具备可靠的安全性能，确保测试人员及被测件的安全。
　　
　　参考文献
　　[1]胡小波.数字电路自动测试系统研究[J].江汉大学学报(自然科学版),2007, 6(2),33-36.
　　[2]赵红军等.边界扫描测试技术的原理及其应用[J].现代电子技术,2005,11,20-24.
　　
　　作者单位
　　中国电子科技集团公司第三十八研究所 安徽省合肥市230000