【導讀】一般以針床來(lái)測試不上電的電路板，使用直接數字合成（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(xiàn)測試儀（ICA）測量電感、電容、阻抗和電阻等實(shí)際數據，以便確認所有被測器件（DUT）測試節點(diǎn)的結果在公差范圍內，以及是否有開(kāi)路、短路、錯件或極性接反的問(wèn)題。這些都在不上電的情況下進(jìn)行測量。繼電器多路復用器可以用來(lái)連接探針觸點(diǎn)和電路板的模擬通道或數字驅動(dòng)器/傳感器（D/S）（圖1）。
在線(xiàn)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(lái)測試不上電的電路板，使用直接數字合成（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(xiàn)測試儀（ICA）測量電感、電容、阻抗和電阻等實(shí)際數據，以便確認所有被測器件（DUT）測試節點(diǎn)的結果在公差范圍內，以及是否有開(kāi)路、短路、錯件或極性接反的問(wèn)題。這些都在不上電的情況下進(jìn)行測量。繼電器多路復用器可以用來(lái)連接探針觸點(diǎn)和電路板的模擬通道或數字驅動(dòng)器/傳感器（D/S）（圖1）。
圖1：典型2x16針床繼電器多路復用器（圖中僅顯示其中一個(gè)通道）
在一些更先進(jìn)的系統中，通過(guò)電路上電并測量帶負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)測試適配器單獨完成。這樣做的原因如下：
首先，ICT針床的探針無(wú)法承載所需的電源電壓或負載電流來(lái)對上電設備進(jìn)行全功能測試。專(zhuān)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(guò)熱、飛弧或過(guò)度磨損的問(wèn)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內部的可編程電源、繼電器和電子負載也不適合大電流測試。如果只是簡(jiǎn)單地換成更大的電源，較高的電流可能會(huì )嚴重干擾到敏感的ICT測量的模擬量而導致誤差，包括接地反彈、線(xiàn)壓降以及感性負載在開(kāi)關(guān)瞬間產(chǎn)生的瞬變。使用專(zhuān)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)更堅固耐用，因此能夠切換超過(guò)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(guò)并行輸入輸出（PIO）控制器和繼電器驅動(dòng)器來(lái)更改繼電器配置（圖2）。繼電器的開(kāi)關(guān)速度在ICT應用上通常不是問(wèn)題，因為繼電器在每次DUT測試結束后會(huì )多路復用連接進(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(lái)更改每個(gè)DUT的功能測試設置，因此繼電器的控制數據吞吐量更高。在專(zhuān)用的FCT設置中，這不會(huì )造成問(wèn)題，因為一次僅檢查一個(gè)DUT，但是如果要以ICT/FCT適配器測試多個(gè)設備，那么中繼控制的速度限制會(huì )是一個(gè)瓶頸。
圖2：測試系統圖
最后，雖然ICT可以在幾毫秒內完成測量，但FCT程序無(wú)法在設備通電時(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，才能得到可靠的數據。通常，測量相同的產(chǎn)品，FCT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，FCT的部分可能會(huì )阻礙生產(chǎn)。如果將兩個(gè)程序分開(kāi)，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(kāi)發(fā)的DC/DC產(chǎn)品系列來(lái)說(shuō)，兩個(gè)獨立測試適配器帶來(lái)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）結合起來(lái)。這是一個(gè)復雜的技術(shù)挑戰：該產(chǎn)品系列涵蓋的器件具有高達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(zhù)需要使用強大耐用的電源進(jìn)行并行測試。因此數據吞吐量不僅很高，而且任何的定時(shí)錯誤都可能成為問(wèn)題。RECOM與捷克的Elmatest簽訂了合同，共同為EMS供應商使用的Teledyne Teststation LH建造一個(gè)ICT/FCT組合測試適配器。
Elmatest的應用工程師Zdenek Martinek從一開(kāi)始就意識到這不是一個(gè)普通的項目。有幾個(gè)重要的問(wèn)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據吞吐量；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(wèn)題的方法。
首先要解決的問(wèn)題是如何在產(chǎn)品的連板設計中結合ICT/FCT。每個(gè)PCB包含40個(gè)獨立電路。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，因此并非所有的內部節點(diǎn)都可以與ICT引腳面板連結。這是有意如此的。DC/DC轉換器以較高的內部頻率進(jìn)行開(kāi)關(guān)，金屬外殼和多層PCB構成一個(gè)完整的六面法拉第籠來(lái)避免EMI問(wèn)題。任何外部連接到內部高頻開(kāi)關(guān)節點(diǎn)都將形成一條路徑讓EMI穿過(guò)EMC屏蔽并發(fā)射輻射，這可能會(huì )導致測量上的誤差。
“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(guò)連接到所有必要的ICT節點(diǎn)來(lái)驗證每個(gè)連板是否正常。一旦測試模塊通過(guò)了常規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
執行一次測試和測量程序所需的代碼稱(chēng)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)數據”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，并且測量數據傳回到CPU。與此同時(shí)，下一個(gè)突發(fā)數據會(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達到每向量約4μs的極高數據吞吐率。
但是GenRad Teststation使用的標準繼電器驅動(dòng)器是由并行輸入/輸出端口（PIO）控制器所驅動(dòng)，而控制器是通過(guò)MXIbus接收控制PC所發(fā)出的命令（圖2）。這個(gè)配置對于我們的項目而言太慢了，因為我們想使用高速系統控制器來(lái)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(lái)實(shí)現新的中繼驅動(dòng)器拓撲。
執行主動(dòng)突發(fā)時(shí)，有些繼電器不是由PIO控制卡驅動(dòng)而是直接由D/S輸出驅動(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可以設定9個(gè)獨立功能（閑置、低或高電平驅動(dòng)、低或高電平感應、保持、驅動(dòng)深層串行存儲器、感應深層串行存儲器和收集CRC數據）。在本例中，我們使用了驅動(dòng)回路供電給繼電器。D/S驅動(dòng)器輸出限制在TTL電壓和電流水平，通常不足以在沒(méi)有獨立驅動(dòng)回路的情況下驅動(dòng)繼電器，但是如果使用達林頓晶體管電流放大器繼電器線(xiàn)圈來(lái)制作測試適配器，D/S模塊就能夠繞過(guò)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(jiǎn)單。
需要解決的第二個(gè)問(wèn)題是如何加快FCT的測試速度，因為等待模擬電平穩定下來(lái)會(huì )使整個(gè)測試時(shí)間過(guò)長(cháng)。技巧是利用ICA系統既有的處理能力，使用直接數字合成（DDS）和離散傅立葉變換（DFT）之類(lèi)的波形生成和分析技術(shù)，因為它們本來(lái)就比任何模擬電橋平衡測量技術(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(lái)確定加電功能測試。與其施加穩定負載、等待輸出穩定之后測量輸入和輸出電流和電壓，不如將輸出負載脈沖延遲數毫秒之后，將處理結果用來(lái)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(kāi)發(fā)問(wèn)題是將這種動(dòng)態(tài)負載和電源切換與GenRad測試設備使用的舊Spaghetti軟件相匹配，該軟件由Pascal、Assembler和Basic組成。雖然GenRad早在2003年就不再以獨立公司的身份存在，但它耐用的設計值得稱(chēng)贊，即使在今天，也可以在它原始硬件基礎上使用最新的操作系統 。
第二個(gè)問(wèn)題的解決方法也同時(shí)解決了第三個(gè)問(wèn)題：如何避免損壞敏感探針。由于負載電流只在很短的時(shí)間內產(chǎn)生脈沖，即使6A峰值電流流過(guò)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(kāi)/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。這種脈沖負載技術(shù)也可確保電源不會(huì )過(guò)載。
ICT還可以測量用來(lái)預先設置輸出電壓的內部分壓器電阻，使測試系統能夠自動(dòng)從ICT得出輸出電壓、輸出電流和輸入電壓范圍，然后將這些數據傳輸到FCT測試程序中以便執行適當的功能測試。這樣就消除了由于操作人員錯誤地將FCT變量設置超出范圍，從而導致?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(zhù)可以在不到80秒的時(shí)間內對整個(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。最小的運行量為5000次，累計節省下來(lái)的時(shí)間有助于整個(gè)產(chǎn)品系列的成功。正是如此，RPM模塊的設計從最初單一系列八個(gè)型號擴展到現在三個(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(lái)源：RECOM
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