【導讀】一般以針床來測試不上電的電路板，使用直接數(shù)字合成（DDS）和離散傅立葉變換（DFT）等技術生成刺激信號進行模擬測量分析，以此讓在線測試儀（ICA）測量電感、電容、阻抗和電阻等實際數(shù)據，以便確認所有被測器件（DUT）測試節(jié)點的結果在公差范圍內，以及是否有開路、短路、錯件或極性接反的問題。這些都在不上電的情況下進行測量。繼電器多路復用器可以用來連接探針觸點和電路板的模擬通道或數(shù)字驅動器/傳感器（D/S）（圖1）。
在線測試（ICT）是一種分析生產中電子產品的方法。
一般以針床來測試不上電的電路板，使用直接數(shù)字合成（DDS）和離散傅立葉變換（DFT）等技術生成刺激信號進行模擬測量分析，以此讓在線測試儀（ICA）測量電感、電容、阻抗和電阻等實際數(shù)據，以便確認所有被測器件（DUT）測試節(jié)點的結果在公差范圍內，以及是否有開路、短路、錯件或極性接反的問題。這些都在不上電的情況下進行測量。繼電器多路復用器可以用來連接探針觸點和電路板的模擬通道或數(shù)字驅動器/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通道）
在一些更先進的系統(tǒng)中，通過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）。這個測試通常是使用另一個測試適配器單獨完成。這樣做的原因如下：
首先，ICT針床的探針無法承載所需的電源電壓或負載電流來對上電設備進行全功能測試。專用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有過熱、飛弧或過度磨損的問題。缺點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。如果只是簡單地換成更大的電源，較高的電流可能會嚴重干擾到敏感的ICT測量的模擬量而導致誤差，包括接地反彈、線壓降以及感性負載在開關瞬間產生的瞬變。使用專用FCT適配器進行測量通常會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，電源和繼電器觸點更堅固耐用，因此能夠切換超過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并行輸入輸出（PIO）控制器和繼電器驅動器來更改繼電器配置（圖2）。繼電器的開關速度在ICT應用上通常不是問題，因為繼電器在每次DUT測試結束后會多路復用連接進行重新配置，從一組引腳到下一組。如果是FCT測試適配器，每次測試時都要使用繼電器來更改每個DUT的功能測試設置，因此繼電器的控制數(shù)據吞吐量更高。在專用的FCT設置中，這不會造成問題，因為一次僅檢查一個DUT，但是如果要以ICT/FCT適配器測試多個設備，那么中繼控制的速度限制會是一個瓶頸。
圖2：測試系統(tǒng)圖
最后，雖然ICT可以在幾毫秒內完成測量，但FCT程序無法在設備通電時立即進行測量，所以比ICT慢得多，因此在進行測量之前必須先確定FCT程序有輸出，才能得到可靠的數(shù)據。通常，測量相同的產品，F(xiàn)CT程序所需的時間是ICT的五至十倍。如果將測試合并到一個ICT/FCT平臺中，F(xiàn)CT的部分可能會阻礙生產。如果將兩個程序分開，那么一臺ICT儀器可以供給多個FCT測試臺以提高吞吐量并減少阻塞。
但是，對于RECOM Power新開發(fā)的DC/DC產品系列來說，兩個獨立測試適配器帶來的額外成本和測試時間是不被接受的，必須找到一種方法將ICT的速度優(yōu)勢與功能測試的100%質量保證（全部集成在一個測試適配器）結合起來。這是一個復雜的技術挑戰(zhàn)：該產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PCB板包含40個半成品模塊，這意味著需要使用強大耐用的電源進行并行測試。因此數(shù)據吞吐量不僅很高，而且任何的定時錯誤都可能成為問題。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ICT/FCT組合測試適配器。
Elmatest的應用工程師Zdenek Martinek從一開始就意識到這不是一個普通的項目。有幾個重要的問題需要解決：如何將ICT/FCT組合到一個連板；如何處理如此高的繼電器控制數(shù)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題的方法。
首先要解決的問題是如何在產品的連板設計中結合ICT/FCT。每個PCB包含40個獨立電路。這些模塊不是部分而是一個已經完成生產、封裝和絲印的成品，因此并非所有的內部節(jié)點都可以與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行開關，金屬外殼和多層PCB構成一個完整的六面法拉第籠來避免EMI問題。任何外部連接到內部高頻開關節(jié)點都將形成一條路徑讓EMI穿過EMC屏蔽并發(fā)射輻射，這可能會導致測量上的誤差。
“如何對密封的產品做ICT測試”的解決方法是為每個連板制作一個測試模塊。測試模塊可以通過連接到所有必要的ICT節(jié)點來驗證每個連板是否正常。一旦測試模塊通過了常規(guī)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(zhí)行一次測試和測量程序所需的代碼稱為測試向量。測量所需的輸入、輸出和模擬信道的配置是以“突發(fā)數(shù)據”的形式傳輸。這些配置加載到本地板載存儲器中，然后由定時觸發(fā)信號同時激活。配置會被鎖存直到測試完成，并且測量數(shù)據傳回到CPU。與此同時，下一個突發(fā)數(shù)據會事先加載到寄存器，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(shù)據吞吐率。
但是GenRad Teststation使用的標準繼電器驅動器是由并行輸入/輸出端口（PIO）控制器所驅動，而控制器是通過MXIbus接收控制PC所發(fā)出的命令（圖2）。這個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(tǒng)控制器來控制繼電器配置，在一個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“主動突發(fā)”的技術來實現(xiàn)新的中繼驅動器拓撲。
執(zhí)行主動突發(fā)時，有些繼電器不是由PIO控制卡驅動而是直接由D/S輸出驅動的，這些輸出會一直保持在活動狀態(tài)直到ICA測量完成。每個D/S可以設定9個獨立功能（閑置、低或高電平驅動、低或高電平感應、保持、驅動深層串行存儲器、感應深層串行存儲器和收集CRC數(shù)據）。在本例中，我們使用了驅動回路供電給繼電器。D/S驅動器輸出限制在TTL電壓和電流水平，通常不足以在沒有獨立驅動回路的情況下驅動繼電器，但是如果使用達林頓晶體管電流放大器繼電器線圈來制作測試適配器，D/S模塊就能夠繞過PIO控制器直接操作繼電器，不但讓繼電器控制變得即時也讓編碼更加簡單。
需要解決的第二個問題是如何加快FCT的測試速度，因為等待模擬電平穩(wěn)定下來會使整個測試時間過長。技巧是利用ICA系統(tǒng)既有的處理能力，使用直接數(shù)字合成（DDS）和離散傅立葉變換（DFT）之類的波形生成和分析技術，因為它們本來就比任何模擬電橋平衡測量技術還要快。這一突破使我們意識到這些先進的技術可用來確定加電功能測試。與其施加穩(wěn)定負載、等待輸出穩(wěn)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(shù)毫秒之后，將處理結果用來得出最終輸出特性。這樣可以縮短80%的測量時間。
圖4：6端阻抗測量
一個重大的開發(fā)問題是將這種動態(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(tǒng) 。
第二個問題的解決方法也同時解決了第三個問題：如何避免損壞敏感探針。由于負載電流只在很短的時間內產生脈沖，即使6A峰值電流流過額定僅兩安培的探頭，在這非常小的接觸點上也不會有明顯的局部發(fā)熱。另外還可以編程開/關時間比，這樣即使進行順序測量，探針尖端在脈沖之間得以冷卻，避免燒壞或燒焦。這種脈沖負載技術也可確保電源不會過載。
ICT還可以測量用來預先設置輸出電壓的內部分壓器電阻，使測試系統(tǒng)能夠自動從ICT得出輸出電壓、輸出電流和輸入電壓范圍，然后將這些數(shù)據傳輸?shù)紽CT測試程序中以便執(zhí)行適當?shù)墓δ軠y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壞產品、昂貴的引腳板或可編程電源的可能性。
使用這些技術的結果是，每個DC/DC模塊的ICT/FCT組合測試時間約1.8至1.9秒，這意味著可以在不到80秒的時間內對整個PCB連板進行100%的測試，包含了移除已測試完成的PCB以及將下一個要測試的PCB放入測試適配器中。最小的運行量為5000次，累計節(jié)省下來的時間有助于整個產品系列的成功。正是如此，RPM模塊的設計從最初單一系列八個型號擴展到現(xiàn)在三個系列共二十二個型號，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
來源：RECOM
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