数字IO模块在数字电路板自动测试设备中的应用

数字I/O模块在数字电路板自动测试设备中的应用杜舒明1，钱芳1，章琳琳1，申加胜2（1、南京14所，江苏南京210013；2、北京航天测控公司，北京100830）摘要：本文介绍了一种基于VXI总线的数字I/O模块（型号为DIOM-64）在数字电路板ATE中的应用，内容包括模块的工作原理和测试设备的组成。该数字I/O模块已在某雷达的数字电路板ATE和数字/模拟混合电路板ATE中得到应用，实际验证表明模块设计合理，能满足指标要求，工作稳定可靠。关键词：自动测试设备；故障检测；故障隔离1概述数字电路板自动测试设备（简称数字电路ATE）用于雷达系统中各种数字电路板的故障检测和故障隔离。它能自动判断电路板是否有故障。当电路板有故障时，它能自动地把故障隔离到元器件级。它既可以用于雷达维修基地的电路板维修，又可以用于雷达生产线的电路板调试。早期的数字电路ATE都采用专用的硬件结构。近年来，数字ATE的发展趋势是通用化、模块化、易于扩展。于是，符合工业标准的数字电路ATE系统相继出现，例如基于VXI总线的ATE和基于PXI总线的ATE。数字电路ATE的新技术以美国泰瑞达(Teradyne)公司的数字功能测试产品为代表。美国陆海空三军的多数数字电路测试系统都采用泰瑞达的数字测试技术，例如海军的CASS测试系统、陆军的IFTE系统、爱国者导弹测试用的GFTS系统、空军的CATS系统、B-2隐形轰炸机测试系统。泰瑞达提供的基于VXI总线的数字功能测试产品是1998年推出的M9系列产品。它包含3种基于VXI总线的数字模块：M9中央资源板(CRB)、M910通道卡和M920通道卡。中央资源板的主要功能是定时产生和引导探头。M910和M920功能相同，但性能不同。M910的数据率为25MHz，M920的数据率为50MHz。M910/920的功能很强，能精确地模拟各种电路板所需要的测试信号。利用M9系列产品可方便地集成一个基于VXI总线的测试系统，但价格较贵。例如，组建具有192个数字I/O通道的测试系统，仅硬件成本就在10万美元以上。为了降低成本，南京14所和北京航天安捷测控技术发展中心合作开发了一种基于VXI总线的数字I/O模块。利用这种模块集成的系统不仅完全能满足测试需求，而且具有较好的性价比。目前，这种模块已在某出口雷达的数字电路ATE和混合电路ATE中得到应用。2数字I/O模块的工作原理模块的主要技术指标：通道数：64路；存储器：256K×3/每个通道；数据率：0.1-20Mbits/s；定时精度：±10ns；驱动电流：12mA；驱动电平：标准TTL；单槽、C尺寸、A24/A16寄存器基。模块的设计符合VXI总线规范和即插即用规范。在任何一个测试模式下，每个通道可单独设置为输入或输出状态。模块的组成见图1。模块的工作原理：每个测试通道对应3组SRAM存储器，其中激励SRAM用于存储测试模式，响应SRAM用于存储被测电路板的输出响应，状态控制SRAM用于控制通道状态。当状态控制位等于“1”时，通道设置为激励模式；当状态控制位等于“0”时，通道设置为响应模式。状态控制SRAM能使数字I/O通道的方向动态地改变，因此能方便地模拟数据的双向流动。例如，模拟单片机的数据总线。VXI接口时序、控制和地址信号产生地址数据总线同步时钟数据接口地址选择数据接口地址选择数据接口地址选择地址总线1数据总线地址总线2响应SRAM激励SRAM状态控制SRAM定时和控制信号VXI总线模块前面板接口图1VXI数字I/O模块组成框图I/O接口每种SRAM的地址线有2种选择：地址总线1和地址总线2。当选择地址总线1时，所有存储器可以由外部计算机进行数据读写；当选择地址总线2时，所有存储器的地址由本地产生。在向被测试的电路板施加激励信号和采集输出响应期间，应选择地址总线2。测试模式的产生、输出响应的录取和通道状态的控制是同步工作的，在任何一个测试模式下，每个通道都可以单独设置为激励或响应模式。本模块的控制方式是A24/A16寄存器基（Register-based）方式，数据传输方式采用块传输。通道模块的同步时钟信号有2种选择:模块自带的20MHZ时钟和来自于背板总线上的由另一模块产生的同步时钟。模块的控制电路由多片大规模FPGA、CPLD器件实现。3测试设备的组成基于VXI总线的数字电路ATE由PC机、VXI主机箱、数字I/O模块、零槽模块、适配器、1394接口卡、直流电源等组成,见图2。（1）VXI主机箱的选择为突出系统小型化的特点，本系统的VXI机箱选用雷卡（Racal）公司的1264C机箱，它是一种C尺寸6槽机箱，体积小。计算机适配器零槽模块E8491B数字模块2数字模块1数字模块3被测电路板1394接口卡电源测试探头图2数字电路ATE的组成框图1394总线VXI总线（2）系统控制方式的选择VXI系统的控制方式有外部控制和嵌入式控制2种方式。在嵌入式控制方式中，嵌入计算机是可插入VXI主机箱中的一个模块，直接与背板相连，能与仪器模块进行高速数据传送。这种控制方式的优点是尺寸最小、性能最佳，但嵌入计算机价格较高，选择范围窄。目前常用的方式是外部控制方式。在这种方式下，控制计算机通过电缆与零槽模块相连接。主要优点是可选用廉价的商用PC机作为控制计算机。外部控制方式有3种选择：VXI-GPIB、VXI-1394和VXI-MXI。VXI-GPIB控制方式：外部计算机中有一块GPIB接口卡，GPIB卡和零槽模块之间用一根GPIB电缆连接。零槽模块负责把GPIB协议转换为VXI协议。当对速度要求不高时，这是一种很好的控制方式。VXI-1394控制方式：外部计算机中有一块1394-PCI接口卡，接口卡和零槽模块之间用一根1394电缆连接。零槽模块负责把IEEE1394串行通信协议转换为VXI协议。1394是串行总线，它的最高传送速度可以达到400Mb/s。这种控制方式能满足中等数据传送速度的要求。VXI-MXI控制方式：外部计算机中有一块MXI卡，主机箱中的零槽有一个VXI-MXI接口模块，MXI卡和接口模块之间用一根MXI电缆连接。MXI总线是32位并行总线，其数据传输率比GPIB总线和1394串行总线的传输率高。MXI-2产品的最高传输率可达33Mbytes/s。这种控制方式的优点是速度快，缺点是成本较高、连接电缆又硬又粗。通过性价比分析，本系统决定采用VXI-1394控制方式。零槽模块采用安捷伦公司的E8391B。（3）数字I/O模块的选择本系统使用3块相同的数字I/O模块，其型号是DIOM-64。每个模块有64路I/O通道，本系统共提供192个测试通道。当需要更多的测试通道时，可以通过简单地增加模块实现。本系统最多可扩充到320个通道。数字I/O模块有主和从2种工作模式。当模块设置为主模式时，该模块提供所有模块的同步时钟；当模块设置为从模式时，模块的同步时钟由主模块提供。同步时钟由VXI机箱中的局部总线传送。数字I/O模块的功能是向被测电路板提供激励信号，并采集电路板的输出信号。适配器完成测试设备和被测试电路板之间的电源和插座的匹配功能。4结论由DIOM-64数字I/O模块组成的数字电路ATE能满足雷达系统中的数字电路板的自动测试要求。实际验证表明模块设计合理，能满足指标要求，工作稳定可靠。参考文献：[1]杜舒明，彭为.混合电路板的自动测试.现代雷达.2002.[2]杜舒明.数字电路板故障诊断的一种实用方法.现代雷达.1996.