PCB背板自動(dòng)測試儀的設計開(kāi)發(fā)

隨著(zhù)各種電子設備使用的PCB日益精密復雜，光靠人工檢測PCB背板故障不僅繁瑣且可靠性低，本文介紹的基于PLD的PCB背板自動(dòng)測試儀可提高工作效率并保證檢測可靠性。

　　隨著(zhù)電子技術(shù)的快速發(fā)展，被廣泛應用于各種電子設備的印刷電路板（PCB）的產(chǎn)量大幅增加，技術(shù)人員需要快速確定背板上的短路、斷路故障或對超標的電阻進(jìn)行定位，如果單純依靠人工檢測則非常繁瑣，且可靠性低，因此對電路板背板自動(dòng)測試的需求大大增加。本文提出使用基于EPM7128控制多路選擇開(kāi)關(guān)ADG732實(shí)現電路板背板自動(dòng)測試系統的方法，并給出了具體的實(shí)現，應用于電路板背板測試后表明，該測試方法快速有效。

　　系統硬件組成

　　自動(dòng)測試儀的系統結構如圖1所示，它由微型機、USB總線(xiàn)DIO接口卡、PLD控制塊、多路選擇開(kāi)關(guān)、測試夾具等幾個(gè)部分組成。該系統可以快速測試單面、雙面和多層電路板背板的開(kāi)路和短路故障。

　　微型機沒(méi)有特殊要求，一般可采用普通計算機。系統接口采用價(jià)格便宜的由宏拓測控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的USB-7802ADIO工控模板，輸入輸出電壓為0~5V，符合USB總線(xiàn)+5V標準。USB-7802A是32路通用數字TTL電平輸入/輸出板，具有4個(gè)8位數字輸入口及4個(gè)8位數字輸出鎖存口，共有32路輸入及32路輸出；提供Win95/98/2000/NT下測試程序和動(dòng)態(tài)鏈接程序（DLL）。由于是USB總線(xiàn)， USB協(xié)議自動(dòng)分配該板的基地址。

　　多路選擇開(kāi)關(guān)采用ADG732組成。其有32通道模擬多路復用器，雙/差分16到1通道多路復用器，TTL/CMOS兼容輸入。

　　譯碼控制采用PLD器件EPM7128。EPM7128是Altera公司生產(chǎn)的CPLD芯片，其內部有2，500個(gè)門(mén)可用，128個(gè)宏單元，允許對外有68個(gè)輸入、輸出引腳。該CPLD可編程邏輯器件支持在線(xiàn)現場(chǎng)可編程操作，只要用一根專(zhuān)用電纜接到芯片的特定引腳上，無(wú)需拆下芯片，不需要編程器及芯片適配器，通過(guò)上位機打印口就可對芯片編程。EPM7128利用邏輯信號來(lái)控制ADG732選擇電路板的被測節點(diǎn)，同時(shí)EPM7128通過(guò)USB-7802A DIO工控模板向計算機輸出被測節點(diǎn)間的通斷信號。在EPM7128輸入口通過(guò)連接一定的電阻，可以實(shí)現設置被測電路板背板節點(diǎn)間通斷電阻的閥值，如果被測電路板背板兩節點(diǎn)間的阻值大于所設定的閥值，則可以判定兩節點(diǎn)間為斷路。在整個(gè)系統中PLD芯片除了起到控制譯碼作用以外還有對數據進(jìn)行中轉傳輸的作用。

　　微機通過(guò)測試設備的USB總線(xiàn)DIO卡輸出控制信號，EPM7128控制多路選擇開(kāi)關(guān)ADG732向底板上的節點(diǎn)施加激勵信號，同時(shí)控制多路選擇開(kāi)關(guān)選擇出底板上的一個(gè)或多個(gè)節點(diǎn)（選擇多個(gè)節點(diǎn)時(shí)可以顯著(zhù)提高測試速度），多個(gè)節點(diǎn)的狀態(tài)信號通過(guò)USB接口卡并行讀入微機的數據總線(xiàn)。由計算機處理采集到的數據并判斷電路板上節點(diǎn)的連通性，于是自動(dòng)測試儀自“學(xué)習”到電路板的電路連接圖，診斷模塊利用標準電路板的電路連接圖同采集到的故障電路板的電路連接圖比對，便能夠準確判斷故障電路板的開(kāi)路和短路故障位置，并記入故障數據庫以備統計分析。

　　本文應用設計為可以測試4，096個(gè)節點(diǎn)的PCB背板，為了便于測試，測試儀的PLD控制電路和多路選擇開(kāi)關(guān)部分根據需要可以分布在多塊電路板上，由微機選擇出多塊電路板中的一塊電路板。在每塊電路板上，能完成對所要測的節點(diǎn)激勵信號的發(fā)送和狀態(tài)信號的接收；由一塊EPM7128選擇出測試孔中的一個(gè)測試節點(diǎn)輸入+5V激勵信號，由一塊EPM7128控制ADG732每次選擇出3個(gè)測試節點(diǎn)作為響應信號，然后并行輸入USB數據采集卡的3個(gè)輸入端口。測試的基本原理如圖2所示。

　　測試時(shí)，在多路選擇開(kāi)關(guān)部分，由DIO卡的輸出端口輸出的開(kāi)關(guān)量信號作為控制信號，控制EPM7128選擇出電路板中的一塊，再由DIO卡的輸出端口1輸出的開(kāi)關(guān)量信號作為譯碼信號選擇出每塊電路板上的節點(diǎn)中的1個(gè)節點(diǎn)，在選擇出的這個(gè)節點(diǎn)上施加+5V的電壓激勵信號。在多路受控開(kāi)關(guān)部分，由DIO卡的端口3輸出的高位數字量信號作為譯碼信號選擇出多塊電路板中的1塊電路板和在這塊電路板上選擇出有響應的節點(diǎn)，輸入信號為1則代表有激勵信號的節點(diǎn)與有響應信號的節點(diǎn)連通， 無(wú)響應信號則代表兩節點(diǎn)不相連通，由計算機測試軟件對采集的信號進(jìn)行處理，從而建立電路板的電路連接圖。

　　另外，測試夾具的設計很關(guān)鍵。我們選用針床作為被測板與測試平臺的夾具，針床一次性投入成本低，測試效率高，但隨著(zhù)產(chǎn)品的變化需要不斷制作新的測試針床，后期需要不斷投入。通常一個(gè)針床只能連接一類(lèi)電路板，因此針床必須與相應的電路板成套同時(shí)使用。

　　系統軟件設計

　　廠(chǎng)家根據USB7502ADIO工控模板提供了USB7502A.dll動(dòng)態(tài)鏈接庫，是用VC編寫(xiě)的，供VC調用，通過(guò)VC++6.0調用USB7502A.dll動(dòng)態(tài)鏈接庫完成測試系統地址擴展譯碼器譯碼信號的輸出和被測對象的狀態(tài)信號的采集。而譯碼控制采用的PLD器件EPM7128需要VHDL語(yǔ)言編程實(shí)現其控制。

　　PCB電路自動(dòng)測試儀的軟件在Windows XP操作系統平臺上，采用VC++6.0編程語(yǔ)言進(jìn)行設計編程，實(shí)現窗口、事件和消息的WINDOWS工作方式與USB7502A硬件驅動(dòng)程序相融合，軟件完全按事件驅動(dòng)順序來(lái)執行程序，而非按“過(guò)程化”來(lái)執行程序；同時(shí)軟件本著(zhù)方便儀器測試使用和提高可靠性的原則設計，改善人機接口界面，便于軟件功能擴充和系統維護。按照系統的功能劃分，軟件系統功能可分為以下幾塊：

　　1. 主控模塊，利用VC++6.0編程，能提供良好人機接口界面，使熟悉Windows XP操作系統的人員能夠迅速掌握和使用；

　　2. 系統設備自檢模塊，自檢時(shí)，由自檢板代替被測試電路板，主控程序調用自檢模塊對測試設備的功能進(jìn)行自檢。全開(kāi)路測試時(shí)，檢測全部測試點(diǎn)兩兩間有無(wú)短路故障存在，全短路測試時(shí)，檢測全部測試點(diǎn)兩兩間有無(wú)開(kāi)路故障存在；

　　3. PCB電路連接采集模塊，該模塊按照一定的數據結構對電路板的電路連接進(jìn)行提取，注意采取好的算法和數據結構避免多余的連線(xiàn)測試；

　　4. 電路板診斷模塊，把標準PCB電路連接圖和待測PCB電路連接圖進(jìn)行比對，準確判斷故障位置并把故障情況錄入數據文件或故障數據庫；

　　5. 測試診斷結果報告模塊，顯示、打印或者存儲PCB的測試診斷結果。

　　結語(yǔ)

　　基于PLD和多路選擇開(kāi)關(guān)ADG732的電路板自動(dòng)測試儀實(shí)現了對4，096個(gè)節點(diǎn)的電路板背板的故障檢測，該系統模型能夠很好地提高工作效率，減少測試現場(chǎng)的勞動(dòng)強度和人為因素引起的記錄錯誤，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟效益。