基于FPGA的电路板多功能测试仪设计与开发

发布时间：2020-05-25 18:55

【摘要】：如今电子设备在通讯技术、航天军工、汽车电子、医疗器械、智能家居等领域的应用越来越广,其硬件系统的复杂程度和规模也不断的提高。这对电子设备生产过程中的PCB电路板测试带来了新的要求。测试技术水平对一个产品的整体质量起到了关键性的作用,测试测量得出的结果也可以对前期的研发有着反馈作用,从而使产品更加完善。另外,在产业化大规模生产过程中,测试成本对整个产品成本影响巨大,甚至会直接影响着产品上市的竞争力。一个好的电路测试方案已经成为复杂电子设备运行的可靠保障之一。本文结合某通信公司通信业务板卡实际功能测试需求,考虑到传统大规模测试平台搭建时需要很多台仪表来覆盖不同的测试案例造成测试投入成本高、测试仪互联不稳定的特点,提出了一种基于FPGA的可编程多功能测试方案,将传统测试仪的一些功能,例如电压检测、频率计、通用接口等集成在一台仪表中。该方案通过对测试系统硬件、功能模块重新设计,提高电路板测试效率同时也使得测试成本大大降低。硬件设计方面使用FPGA作为仪器的核心,单片机负责和上位机的交互。由于FPGA接口丰富且代码执行过程完全可以并行执行,在多任务执行过程中测试效率有显著的提升。单片机和上位机的通信可以更方便的处理字符串信息,更好的将字符串转换为控制信息。功能模块方面由FPGA和对应的芯片组成,FPGA控制芯片完成测试激励输出或者采集测试数据。每个芯片对应传统仪表的某个功能,将多个不同仪表的功能集成在一个仪表中,在实际测试时使其具有多个仪表的功能,降低了产品测试期间的仪表投入节约了测试成本。测试仪开发完成后,通过对其功能、性能、测试速率等方面与传统测试平台做比较,结果符合预期。目前该测试仪已经用于工厂实际测试中,不仅仅节约了初次投入的成本还节约了平时使用时电力损耗。随着工厂测试需求的增加,系统的使用范围也从一个产品到覆盖多个产品。另外该测试仪还预留了一些可编程接口,能够实现功能用户自定义模块,使得仪表的资源利用率更高、灵活性更强,能很好的适应未来可能新增的测试要求。
【图文】：

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以便对电磁敏感电路模块屏蔽。VXIbus 通过地址识别，一，，系统总线上最多可支持 256 个器件，这足够组成大规模测比 GPIB 总线 VXI 有着诸多优点，VXI 总线速度远高于 G/s，最多可同时支持 256 个器件，且这些器件都可以直接插入机。由于有了这些优点，基于 VXI 总线接口设计的仪器模块已于精度要求极高的场合，如导弹、飞船、运载火箭等。XI 主要由美国国家仪表公司（即现在的 NI 公司）于 1997 年开推出，以 PCI(Peripheral Component Interconnect)及 Compact P些 PXI 特有的信号组合而成的一个架构。PXI 融合了 PCI 总线最高传输速度可达 132Mb/s 或者 528Mbyte/s。在机械结构上act PCI 一样的外型（如图 1-4），所以也具有 Compact PCI 所具有壳及高性能连接器的特性。为了满足测试过程中定时、同步通该总线定义涵盖了仪器的参考时钟、数据触发总线、以及模块1]。通过吸收 PCI 和 Compact PCI 两者的优点，PXI 相比 VXI 拥单等优点，不足的是该标准并不适合高端场合。

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昌航空大学硕士学位论文第 1 章绪论综上所述基于 VXI/PXI/LXI 总线架构开发的测试系统对标准协议接口类型输协议等做了详细的规定。在硬件上用统一的计算机显示屏以软面板的方式代替传统的显示屏。以集成化机箱代替传统机箱，从而避免了各仪器仪表在、面板、开关等方面重复配置，这也使得整个系统的体积大大缩减，成本大低，而且易于扩容非常适用于新一代电子设备的测试需求[13,14]。国内对于测试测量技术的研究开始于 50 年代，研究的初期大多从国外直进一些测试测量设备。研究机构对基于 FPGA 多功能测试仪的研究和应用，都还处于初期阶段。没有形成一个统一的标准[15]，有限的一些产品都是依照发达国家的标准上发展而来的，开发的产品都是这些标准下的一些子模块。华中科技大学的何领松教授主持开发了“可重构虚拟仪器系统-DRVI”[16]。拟仪器软件总线是一种基于装配式的可重构虚拟仪器系统。另外一些科研机后开发出了基于 FPGA 结构的测试设备，例如基于 FPGA 的 PCI 高精度数集卡、DDS 信号发生器、频谱分析仪等[17]。
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN407

【参考文献】