自上世紀50年代以來(lái)，隨著(zhù)微電子技術(shù)、通信技術(shù)及計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展和大規模集成電路的廣泛應用，電子設備數字電路故障維修越來(lái)越復雜，測試難度越來(lái)越大。與此同時(shí)，數字電路的測試與診斷研究也取得了突破性的進(jìn)展，屬于組合電路測試生成算法的偽窮舉法、布爾差分法、特征分析法、隨機測試法、D前沿敏化法以及因果函數法，屬于時(shí)序電路測試生成算法的時(shí)間幀展開(kāi)方法和基于仿真的方法等，使數字系統的診斷理論趨于完善。但數字電路故障診斷的計算工作復雜，測試開(kāi)銷(xiāo)巨大，在工程實(shí)踐中仍存在很多困難。因此，如何利用這些理論和測試方法更好更快地進(jìn)行故障診斷，是目前亟待解決的問(wèn)題。自動(dòng)測試設備（ATE）的發(fā)展是測試技術(shù)的一次革命，帶來(lái)了測試設備的成熟，為測試診斷理論在工程應用上提供了新的前景。

　　航天測控公司針對數字電路自動(dòng)測試系統的開(kāi)發(fā)需求，數字電路中較為復雜的時(shí)序電路測試為側重點(diǎn)，將含有CPU、FPGA等的數字電路作為測試對象，結合目前常用的時(shí)序電路仿真方法，成功研制一套基于PXI總線(xiàn)技術(shù)的便攜式自動(dòng)測試系統（HTEDS8300便攜式PXI總線(xiàn)數字電路板測試診斷系統）。該系統具備性?xún)r(jià)比高、體積小、易攜帶、TPS開(kāi)發(fā)難度小等特點(diǎn)，適用于軍用和民用領(lǐng)域的半導體、航天/國防、通訊才消費電子產(chǎn)品的設計驗證、測試和維修。下面具體介紹HTEDS8300便攜式PXI總線(xiàn)數字電路板測試診斷系統的軟硬件組成和特點(diǎn)，并應用該系統實(shí)現對含有CPU的數字電路板的自動(dòng)測試。

　　PXI（PCI Extensions for Instrumentation）是一種用于測量和自動(dòng)化系統領(lǐng)域的基于PC的模塊化儀器平臺。它結合了PCI總線(xiàn)的電器性能和CompactPCI的堅固、模塊化、歐卡機械特性，并且增加了適合儀器使用的觸發(fā)總線(xiàn)、局部總線(xiàn)等硬件特性，使其擴展成為一種用于測量和自動(dòng)化系統的高性能、低成本的開(kāi)發(fā)平臺。HTEDS8300便攜式PXI總線(xiàn)數字電路板測試診斷系統采用PXI機箱內嵌控制器，結構輕便小巧，易于攜帶。

　　本系統采用功能測試法，直接利用電路的輸入和輸出接口作為激勵點(diǎn)和響應點(diǎn)，通過(guò)與預期響應比較，判定被測板是否工作正常，并將故障定位到最小可更換單元。對于電路板中的內部節點(diǎn)，可以通過(guò)夾具、探筆等設備連接。

　　系統配置了4塊數字I/O模塊，用于數字電路數字信號的發(fā)送和采集?？紤]到一般的CPU電路板至少含有32位地址線(xiàn)和32位數據線(xiàn)以及其他的控制線(xiàn)，系統配置了104個(gè)數字I/O通道，擁有50MHz的最大數據速率，最大可擴展到352個(gè)通道。在測試含CPU、FPGA的數字電路板時(shí)，測試端口需要根據時(shí)序改變方向，測試系統具有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)輸入輸出方向的測試能力，并且可以對采集到的響應數據進(jìn)行實(shí)時(shí)硬件比較。

　　目前大部分數字電路板都帶有邊界掃描端口的芯片，為了適應這類(lèi)電路板的測試需求，系統提供了遵循IEEE1149.1的邊界掃描測試通道。

　　另外，系統中配置了數字示波器模塊，這主要是考慮到在數字電路測試中，尤其是高速數字電路的測試中都需要使用示波器來(lái)觀(guān)察動(dòng)態(tài)波形，測量波形上升/下降時(shí)間等特征值，從而為故障診斷提供依據。測試系統還配置了6.5位數字多用表，能夠測量電壓、電流、電阻、電感、電容和阻抗。這樣，測試時(shí)系統中不同資源如數字I/O和示波器能夠同步工作，自動(dòng)測試方法更加靈活多樣，能夠滿(mǎn)足用戶(hù)對復雜數字電路的測試需求。

　　系統配有外置的電路板測試夾具，該夾具可自由旋轉180度，方便測試人員在分析和測試電路板時(shí)，能夠把電路板固定住，并且翻轉電路板來(lái)測量電路板的兩面。

　　該系統適用于各類(lèi)型數字電路板的測試與診斷，并將故障隔離定位到發(fā)生故障的最小可更換單元（元器件），測試范圍包括：中、小規模集成數字電路PCB；含中、小規?？删幊踢壿嬒盗行酒?；含具有邊界掃描接口的大規模集成電路、CPU芯片、DSP信號處理電路的PCB、以及其它種類(lèi)的數字電路PCB。

　　系統軟件主要由測試診斷程序（TPS）開(kāi)發(fā)、測試診斷程序執行、綜合查詢(xún)、信息共享、系統維護、系統安全保障、在線(xiàn)幫助7大部分組成。能夠實(shí)現多種類(lèi)型PCB的測試診斷程序的開(kāi)發(fā)與執行，系統通過(guò)測試得到的信息，經(jīng)過(guò)測試診斷程序的分析判斷，完成對PCB的故障檢測與定位。

　　為了使電路板測試與維修人員打破通過(guò)編寫(xiě)代碼程序完成電路板測試診斷的傳統，降低開(kāi)發(fā)人員編輯TPS的技術(shù)難度，軟件平臺采用了圖形化TPS編輯環(huán)境，提供一個(gè)通用開(kāi)發(fā)環(huán)境，能夠完成不同類(lèi)型的電路TPS的開(kāi)發(fā)、調試與運行，系統軟件能夠利用數字電路仿真軟件輸出的標準IEEE1445格式數據對電路板進(jìn)行測試，提高了TPS開(kāi)發(fā)人員的工作效率和開(kāi)發(fā)質(zhì)量。

　　軟件平臺提供可視化界面向導功能，利用平臺提供的各種流程模塊配合相應的功能組件，用戶(hù)只需輸入專(zhuān)家知識及必要的其它信息即可建立一個(gè)具體的診斷程序。開(kāi)發(fā)人員不需要學(xué)習和進(jìn)行復雜的源程序編碼就可以完成TPS開(kāi)發(fā)，避免了以往一個(gè)電路模塊對應一套診斷軟件的弊端，具有很強的通用性和可擴展性。

　　目前大多數數字電路板測試系統基本上都是針對不帶CPU、FPGA的數字電路板進(jìn)行測試和故障診斷，這類(lèi)電路板所具有的共同點(diǎn)就是響應與激勵一一對應，即由程序控制自動(dòng)測試設備向電路板輸入信號，當電路板的輸入確定時(shí)，電路板產(chǎn)生相應的輸出信號，根據這種固定的輸入輸出關(guān)系很容易判斷電路板的故障，并判斷故障節點(diǎn)。但是對于帶微處理器件的電路板，不能簡(jiǎn)單的使用這種測試方法在A(yíng)TE設備上進(jìn)行故障檢測。由于微處理器采用三總線(xiàn)或者編程端口對電路進(jìn)行控制，因此這類(lèi)電路板的輸入輸出的時(shí)序并不是固定的，也就導致每次輸入激勵和輸出響應不一定是一一對應的。針對這個(gè)問(wèn)題，判斷故障時(shí)必須對總線(xiàn)信號或端口信號進(jìn)行可靠控制，以保證每次均是同步測試，也就是要保證每次輸入激勵信號在時(shí)序上是一致的。這樣再和預期響應信號比較時(shí)才不會(huì )因為時(shí)序差別而錯誤判斷故障。

　　微處理器的控制信號實(shí)際上是數字信號，而測試系統能提供104路以上的動(dòng)態(tài)I/O信號，因此可以采用測試系統的I/O信號模擬微處理器各管腳信號，驅動(dòng)電路中的其他功能模塊，從而達到模擬微處理器件時(shí)序，完成同步測試的目的，并有效檢測出其他功能模塊的故障。如果其他功能模塊均正常而電路板不能工作，則可將故障定位到微處理器上。

　　以某CPU裝備板為例，驗證系統的I/O測試能力。該電路板CPU通過(guò)串并行總線(xiàn)控制FLASH、溫度傳感器和驅動(dòng)電機。

　　電路原理框圖

　　平臺可以選擇I/O信號電平電壓、每周期改變I/O信號方向，在軟件提供的圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境編輯測試激勵及響應信號，并采集響應信號，以交互式的方式對電路板進(jìn)行測試。該系統能夠準確定位電路板故障，有效提高了測試效率。