數(shù)字I╱O模塊在數(shù)字電路板自動(dòng)測(cè)試設(shè)備中的應(yīng)用.doc

數(shù)字I/O模塊在數(shù)字電路板自動(dòng)測(cè)試設(shè)備中的應(yīng)用杜舒明1 ，錢(qián) 芳1 ，章琳琳1 ，申加勝2（1、 南京14所，江蘇 南京 210013 ； 2、北京航天測(cè)控公司， 北京 100830） 摘要：本文介紹了一種基于VXI總線的數(shù)字I/O模塊（型號(hào)為DIOM-64）在數(shù)字電路板ATE中的應(yīng)用，內(nèi)容包括模塊的工作原理和測(cè)試設(shè)備的組成。該數(shù)字I/O模塊已在某雷達(dá)的數(shù)字電路板ATE和數(shù)字/模擬混合電路板ATE中得到應(yīng)用，實(shí)際驗(yàn)證表明模塊設(shè)計(jì)合理，能滿足指標(biāo)要求，工作穩(wěn)定可靠。 關(guān)鍵詞： 自動(dòng)測(cè)試設(shè)備； 故障檢測(cè)； 故障隔離1 概述數(shù)字電路板自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（簡(jiǎn)稱數(shù)字電路ATE）用于雷達(dá)系統(tǒng)中各種數(shù)字電路板的故障檢測(cè)和故障隔離。它能自動(dòng)判斷電路板是否有故障。當(dāng)電路板有故障時(shí)，它能自動(dòng)地把故障隔離到元器件級(jí)。它既可以用于雷達(dá)維修基地的電路板維修，又可以用于雷達(dá)生產(chǎn)線的電路板調(diào)試。早期的數(shù)字電路ATE都采用專用的硬件結(jié)構(gòu)。近年來(lái)，數(shù)字ATE的發(fā)展趨勢(shì)是通用化、模塊化、易于擴(kuò)展。于是，符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字電路ATE系統(tǒng)相繼出現(xiàn)，例如基于VXI總線的ATE和基于PXI總線的ATE。數(shù)字電路ATE的新技術(shù)以美國(guó)泰瑞達(dá)(Teradyne)公司的數(shù)字功能測(cè)試產(chǎn)品為代表。美國(guó)陸?？杖姷亩鄶?shù)數(shù)字電路測(cè)試系統(tǒng)都采用泰瑞達(dá)的數(shù)字測(cè)試技術(shù)，例如海軍的CASS測(cè)試系統(tǒng)、陸軍的IFTE系統(tǒng)、愛(ài)國(guó)者導(dǎo)彈測(cè)試用的GFTS系統(tǒng)、空軍的CATS系統(tǒng)、B-2隱形轟炸機(jī)測(cè)試系統(tǒng)。泰瑞達(dá)提供的基于VXI總線的數(shù)字功能測(cè)試產(chǎn)品是1998年推出的M9系列產(chǎn)品。它包含3種基于VXI總線的數(shù)字模塊：M9中央資源板(CRB)、M910通道卡和M920通道卡。中央資源板的主要功能是定時(shí)產(chǎn)生和引導(dǎo)探頭。M910和M920功能相同，但性能不同。M910的數(shù)據(jù)率為25MHz，M920的數(shù)據(jù)率為50MHz。M910/920的功能很強(qiáng)，能精確地模擬各種電路板所需要的測(cè)試信號(hào)。利用M9系列產(chǎn)品可方便地集成一個(gè)基于VXI總線的測(cè)試系統(tǒng)，但價(jià)格較貴。例如，組建具有192個(gè)數(shù)字I/O通道的測(cè)試系統(tǒng)，僅硬件成本就在10萬(wàn)美元以上。 為了降低成本，南京14所和北京航天安捷測(cè)控技術(shù)發(fā)展中心合作開(kāi)發(fā)了一種基于VXI總線的數(shù)字I/O模塊。利用這種模塊集成的系統(tǒng)不僅完全能滿足測(cè)試需求，而且具有較好的性價(jià)比。目前，這種模塊已在某出口雷達(dá)的數(shù)字電路ATE和混合電路ATE中得到應(yīng)用。2 數(shù)字I/O模塊的工作原理模塊的主要技術(shù)指標(biāo)： 通道數(shù)：64路；存儲(chǔ)器：256K3/每個(gè)通道；數(shù)據(jù)率：0.1-20 Mbits/s ； 定時(shí)精度：10ns；驅(qū)動(dòng)電流：12mA；驅(qū)動(dòng)電平：標(biāo)準(zhǔn)TTL；單槽、C尺寸、A24/A16寄存器基。模塊的設(shè)計(jì)符合VXI總線規(guī)范和即插即用規(guī)范。在任何一個(gè)測(cè)試模式下，每個(gè)通道可單獨(dú)設(shè)置為輸入或輸出狀態(tài)。模塊的組成見(jiàn)圖1。模塊的工作原理：每個(gè)測(cè)試通道對(duì)應(yīng)3組SRAM存儲(chǔ)器，其中激勵(lì)SRAM用于存儲(chǔ)測(cè)試模式，響應(yīng)SRAM用于存儲(chǔ)被測(cè)電路板的輸出響應(yīng)，狀態(tài)控制SRAM用于控制通道狀態(tài)。當(dāng)狀態(tài)控制位等于“1”時(shí)，通道設(shè)置為激勵(lì)模式；當(dāng)狀態(tài)控制位等于“0”時(shí)，通道設(shè)置為響應(yīng)模式。狀態(tài)控制SRAM能使數(shù)字I/O通道的方向動(dòng)態(tài)地改變，因此能方便地模擬數(shù)據(jù)的雙向流動(dòng)。例如，模擬單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線。VXI總線 定時(shí)和控制信號(hào)同步時(shí)鐘地址數(shù)據(jù)總線時(shí)序、控制和地址信號(hào)產(chǎn)生 VXI接口地址總線1數(shù)據(jù)總線 地址總線2地址選擇數(shù)據(jù)接口數(shù)據(jù)接口地址選擇地址選擇數(shù)據(jù)接口狀態(tài)控制SRAM激勵(lì)SRAM 響應(yīng)SRAM I/O 接口 模塊前面板接口 圖1 VXI數(shù)字I/O模塊組成框圖每種SRAM的地址線有2種選擇：地址總線1和地址總線2。當(dāng)選擇地址總線1時(shí)，所有存儲(chǔ)器可以由外部計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)；當(dāng)選擇地址總線2時(shí)，所有存儲(chǔ)器的地址由本地產(chǎn)生。在向被測(cè)試的電路板施加激勵(lì)信號(hào)和采集輸出響應(yīng)期間，應(yīng)選擇地址總線2。測(cè)試模式的產(chǎn)生、輸出響應(yīng)的錄取和通道狀態(tài)的控制是同步工作的，在任何一個(gè)測(cè)試模式下，每個(gè)通道都可以單獨(dú)設(shè)置為激勵(lì)或響應(yīng)模式。本模塊的控制方式是A24/A16寄存器基（Register-based）方式，數(shù)據(jù)傳輸方式采用塊傳輸。通道模塊的同步時(shí)鐘信號(hào)有2種選擇:模塊自帶的20MHZ時(shí)鐘和來(lái)自于背板總線上的由另一模塊產(chǎn)生的同步時(shí)鐘。模塊的控制電路由多片大規(guī)模FPGA、CPLD器件實(shí)現(xiàn)。3 測(cè)試設(shè)備的組成基于VXI總線的數(shù)字電路ATE由PC機(jī)、VXI主機(jī)箱、數(shù)字I/O模塊、零槽模塊、適配器、1394接口卡、直流電源等組成,見(jiàn)圖2。 （1）VXI主機(jī)箱的選擇 計(jì) 算 機(jī)適配器零槽模塊E8491B數(shù)字模塊2數(shù)字模塊1數(shù)字模塊3被測(cè)電路板1394接口卡電源測(cè)試探頭 圖2 數(shù)字電路ATE的組成框圖 1394 總線VXI總線 為突出系統(tǒng)小型化的特點(diǎn)，本系統(tǒng)的VXI機(jī)箱選用雷卡（Racal）公司的1264C 機(jī)箱，它是一種C尺寸6槽機(jī)箱，體積小。（2）系統(tǒng)控制方式的選擇VXI系統(tǒng)的控制方式有外部控制和嵌入式控制2種方式。在嵌入式控制方式中，嵌入計(jì)算機(jī)是可插入VXI主機(jī)箱中的一個(gè)模塊，直接與背板相連，能與儀器模塊進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳送。這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是尺寸最小、性能最佳，但嵌入計(jì)算機(jī)價(jià)格較高，選擇范圍窄。目前常用的方式是外部控制方式。在這種方式下，控制計(jì)算機(jī)通過(guò)電纜與零槽模塊相連接。主要優(yōu)點(diǎn)是可選用廉價(jià)的商用PC機(jī)作為控制計(jì)算機(jī)。外部控制方式有3種選擇：VXI-GPIB、VXI-1394和VXI-MXI。VXI-GPIB控制方式：外部計(jì)算機(jī)中有一塊GPIB接口卡，GPIB卡和零槽模塊之間用一根GPIB電纜連接。零槽模塊負(fù)責(zé)把GPIB協(xié)議轉(zhuǎn)換為VXI協(xié)議。當(dāng)對(duì)速度要求不高時(shí)，這是一種很好的控制方式。VXI-1394控制方式：外部計(jì)算機(jī)中有一塊1394-PCI接口卡，接口卡和零槽模塊之間用一根1394電纜連接。零槽模塊負(fù)責(zé)把IEEE 1394 串行通信協(xié)議轉(zhuǎn)換為VXI協(xié)議。1394是串行總線，它的最高傳送速度可以達(dá)到400Mb/s。這種控制方式能滿足中等數(shù)據(jù)傳送速度的要求。 VXI-MXI控制方式：外部計(jì)算機(jī)中有一塊MXI卡，主機(jī)箱中的零槽有一個(gè)VXI-MXI接口模塊，MXI卡和接口模塊之間用一根MXI電纜連接。MXI總線是32位并行總線，其數(shù)據(jù)傳輸率比GPIB總線和1394串行總線的傳輸率高。MXI-2產(chǎn)品的最高傳輸率可達(dá)33Mbytes/s。這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是速度快，缺點(diǎn)是成本較高、連接電纜又硬又粗。通過(guò)性價(jià)比分析，本系統(tǒng)決定采用VXI-1394控制方式。零槽模塊采用安捷倫公司的E8391B。（3）數(shù)字I/O模塊的選擇本系統(tǒng)使用3塊相同的數(shù)字I/O模塊，其型號(hào)是DIOM-64。每個(gè)模塊有64路I/O通道，本系統(tǒng)共提供192個(gè)測(cè)試通道。當(dāng)需要更多的測(cè)試通道時(shí)，可以通過(guò)簡(jiǎn)單地增加模塊實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)最多可擴(kuò)充到320個(gè)通道。數(shù)字I/O模塊有主和從2種工作模式。當(dāng)模塊設(shè)置為主模式時(shí)，該模塊提供所有模塊的同步時(shí)鐘；當(dāng)模塊設(shè)置為從模式時(shí)，模塊的同步時(shí)鐘由主模塊提供。同步時(shí)鐘由VXI機(jī)箱中的局部總線傳送。數(shù)字I/O模塊的功能是向被測(cè)電路板提供激勵(lì)信號(hào)，并采集電路板的輸出信號(hào)。適配器完成測(cè)試設(shè)備和被測(cè)試電路板之間的電源和插座的