通用电路板自动测试系统方案设计与实现

电路板已经成为当今电子产品的重要组成部分，随着电子技术及印制板制造技术的发展，现代电子产品日趋复杂，印制电路板的密度日趋增加，随之而来的是印制板的测试及修理也愈加困难。为了提高印制电路板的检测及维修的自动化程度，设计电路板的自动测试系统是非常必要的。

　　目前，印制电路板自动测试技术发展迅速，印制板在线测试系统（ATE）广泛应用于印制板光板及各种产品的印制电路板的生产、检测和维修等环节。由于用户的测试要求、测试对象各不相同，其具体性能（或功能）、测试原理及测试方法也各不相同，它需要量体裁衣、单台定制才能满足用户的要求，并且系统的通用性较差，资源可重复利用率低。鉴于上述状况，本文设计了一款较为通用的自动测试系统，用来测试电路板是否工作正常，实现了对多款电路板的在线测试。

　　1 系统的总体结构

　　1.1 系统总体考虑

　　本系统的主要目的是测试电路板是否工作正常，是通过对电路板上关键信号进行测试来达到的。因此，本系统的任务就是对电路板上的关键信号进行采集，通过PC 端的软件进行分析得出测试结果。系统分为针床、信号采集和传输模块、测试软件3个部分。作为一个通用的测试系统，在3 个部分中均考虑了较强的通用性。

　　1.2 系统结构

　　本自动测试系统的结构框图见图1。系统的工作原理是：通过针床将待测信号导出，FPGA 通过控制多路模拟开关将待测信号采集进来，将数据通过相应协议传送到PC 机，用自动测试软件测试各个信号是否正常。

　　由于待测信号的频率相差较大，有直流信号，也有频率高于103 MHz 的脉冲信号，以及在其间的多种频率的信号，因此本系统采用低频和高频2 组信号采样电路，来适应不同信号采集的需要。

　　1.3 主要芯片介绍

　　本系统中用到的主要芯片有：主芯片EP2S63，AD 采样芯片AD7864 和AT84AD331。以下对这3 种芯片进行简要介绍：

　　EP2S63 是ALTERA 公司的Strati 系列的FPGA，该系列的FPGA 采用先进的93 nm 生产工艺；将FPGA 性能推向了新高度，该系列是业界最快、密度最高的FPGA。EP2S63 拥有多达84个专用LVDS 差分逻辑接收通道，每个LVDS 通道数据传输速率最高达1 Gb/ｓ。其内部具有专门的高速数字锁相环电路，能够产生可供ADC 电路使用的时钟信号。

　　AD7864 是一种较低速、低功耗、可以4 通道同时采样的12b A/D转换器。它拥有12 位A/D转换器，可同时采样4 个输入通道，并具有4 个采样、保持放大器；单电源供电（+5 V），多个转换电压范围， 对于每一个模拟输入通道均有过压保护电路；4 通道同时工作时，最大采样率为133 kHz。

　　AT84AD331 是Atmel 公司生产的高速采集芯片。该器件集成了两路（I 和Q）独立的ADC，具有8 b 转换精度，每个通道具有ｌ Gs/ｓ 的采样率，在交错模式下采样率达2 Gs/ｓ。本芯片基于高速应用场合的要求，模拟输入、数字时钟输入、数字时钟输出、数据输出，同步时钟输出都采用差分方式。数据输出采用LVDS标准，其传输率可达1 Gb/ｓ，使用其内部的多路分离器，可以降低输出数据率，也可以方便地与多种类型的高速FPGA 直接相连。

　　采用1∶2 模式时，输出数据速率降为533 Mb/ｓ，可以满足多数FPGA 接收数据的要求。