结合在线电路和功能元件测试的优点

文章作者:Steve Roberts

电子成品的生产测试通常涉及两种技术:在线测试(ICT)和功能部件测试(FCT)。ICT技术检查无电源的电路板，以测量诸如电感、电容、阻抗和单个元件的电阻等属性，并检查开路、短路和不正确或方向错误的元件。FCT将功率应用于被测设备(DUT)，并测量其负载下的输入和输出特性，通常使用完全不同的测试适配器。但是，通过仔细设计适配器，可以在两个测试中使用单个适配器。

ICT通常使用钉床探测方法和技术，如直接数字合成(DDS)和离散傅里叶变换(DFT)来产生刺激信号和执行模拟测量分析。这使得在线分析仪(ICA)无需启动设备就可以确定DUT是否在公差范围内。继电器多路复用器控制钉触点与探测板上的相关模拟通道或数字驱动器/传感器(D/S)之间的互连(图1）.

图1这种典型的钉床探头使用2×16中继多路复用器(在原理图中只显示一个通道)。

虽然ICA模块也可用于通过向设备供电并测量其输入和输出特性来执行限制FCT，FCT通常需要自己的测试适配器。使用单独的适配器有几个实际原因。

单独的适配器是典型的

首先，ICT卧床探针未被评定为在上电器件上进行全功能测试所需的电源电压或负载电流。专用的FCT试验床通常具有重型触点，设计用于携带更高的电流或电压而不会过热，电弧或遭受过度磨损。此外，由于这些重型触点比典型的ICT探针占用更多空间，因此FCT测试适配器通常可以一次检查一个DUT。

其次，ICT分析仪中的内部可编程电源，继电器和电子负载通常不适用于高电流测试。只需将电源单元交换更强大的版本可能会导致敏感ICT模拟测量导致严重的干扰问题。较高的电流可以引起由于地面反弹，沿线的电压降，以及通过切换电感负载产生的瞬变而引入测量不准确性。专用FCT适配器通常在较低分辨率下进行测量，并具有较重的滤波，因此对干扰不太敏感。此外，专用FCT适配器的电源和继电器触点更强大，能够切换多个放大器。

中继接口硬件和用于在ICA模块中更改中继配置的软件控件也通常是不同的。在ICT应用程序中，配置通常使用并行输入输出（PIO）控制器和继电器驱动器（图2）.在这些应用中，继电器切换速度通常不是问题;继电器主要在每个DUT测试结束时重新配置为从一个引脚组件到下一个引脚组件的多路连接。

但是，在FCT测试适配器中，继电器必须更改每个DUT上的每个单独测试的功能测试设置，因此对继电器的控制数据吞吐量更高。在专用FCT设置中，对较高吞吐量的需求不是一个问题，只有一次只检查一个DUT。但是，组合的ICT / FCT适配器需要同时测试多个设备，使继电器控制的速度限制成为生产测试中的主要瓶颈。

图2测试系统通常使用PIO来控制继电器配置。

最后，虽然ICT测量可以在毫秒内完成，但FCT程序通常要慢得多。在DUT上电时进行的测量不能立即进行;输出必须确定后才能进行可靠的测量。通常情况下，FCT流程的完成时间是相同产品ICT流程的5到10倍。如果在一个ICT/FCT平台上进行测试，那么FCT部分将成为生产中的瓶颈。保持两个流程的分离可以让一台ICT机器为并行使用的几个FCT测试平台提供数据，从而提高吞吐量并减少瓶颈。

尽管有这些考虑，Recom Power发现，对于新开发的DC/DC产品系列，使用两个单独的测试适配器的额外成本和测试时间是不可接受的。将ICT的高速优势与100% FCT的实际质量保证结合在一起，这是一个复杂的技术挑战:该产品系列覆盖了输出电流高达6A、输入电压高达60V的设备。每个PCB板包含40个半成品模块，需要使用重型电源进行并行测试。因此，数据吞吐量非常高，任何时间错误都可能造成问题。Recom与捷克共和国的Elmatest公司签订合同，为制造服务提供商Teledyne Teststation LH建造一个联合ICT/FCT测试适配器。

创建组合ICT / FCT测试适配器

在密切合作中，Elmatest Application Engineer Zdenek Martinek和MarkusStöger从Recom的研发部门，意识到这不是普通项目。有几个需要解决的重要问题：如何将ICT / FCT组合在一个多面板中，如何处理高继电器控制吞吐量，如何加速FCT过程，以及如何应对高功率水平而不伤害敏感的探针。幸运的是，找到了所有这些问题的解决方案。

第一个需要解决的问题是如何将ICT / FCT组合给出产品的多面板设计。每个PCB都包含40个独立电路模块，而不是部分构建但完整的产品已经完成，套管和屏幕印刷。ICT引脚面板无法访问其所有内部节点;这是刻意的。DC / DC转换器以高内频开关，它与产品概念的成本是金属箱及其多层PCB形成完整的六面法拉第笼，以避免EMI问题。与内部高频开关节点的任何外部连接都将形成用于EMI的通路，以通过EMC密封并辐射，可能导致测量误差。

测试这些封闭和不可访问的模块的解决方案是在每个多面板上包含一个测试模块。测试模块允许访问其所有必要的ICT节点，以便我们可以验证每个面板是正确构建的。一旦使用测试模块在面板上执行了常规ICT程序，那么剩下的模块只需要进行fct检查。

图3多面板PCB(顶部和底部显示)在一个角落有一个ICT测试模块，以支持板测试。

执行单个测试和测量过程所需的代码称为测试向量。The arrangement of the inputs, outputs, and analogue channel configurations required to carry out the measurement gets transmitted to the test controller as a data ‘burst.’ These configurations are loaded into local on-board memory, then a timing strobe signal activates them simultaneously. The configuration stays latched until the test has been completed and the measurement data transferred back to the CPU. In the meantime, the next data burst can be pre-loaded into the registers to await the next strobe signal. This methodology is what allows ICT to achieve its very fast throughput of around 4µs per vector.

然而，GenRad测试站使用的标准继电器驱动器是由PIO控制器驱动的，PIO控制器通过mxi总线接收控制PC机的命令(图2)。这种安排被证明对该项目来说太慢了。目的是利用高速系统控制器来控制继电器配置，在单个测试矢量内处理不同的FCT测量。为了加快继电器切换速率，Recom测试适配器中实现了一种基于“主动突发”技术的新型继电器驱动拓扑。

在主动突发中，有些继电器不是从PIO控制器卡驱动的，而是直接从D/S输出驱动的，在ICA测量完成之前，D/S输出一直处于活动状态。每个D/S可配置9个独立功能:空闲、低电平或高电平驱动、低电平或高电平检测、保持、深串口驱动、深串口检测、收集CRC数据。在这种情况下，驱动功能被用来直接为继电器供电。D/S驱动输出被限制在TTL电压和电流水平，但是，如果没有单独的驱动，这些通常不足以操作继电器。但通过使用达林顿晶体管电流放大器继电器线圈构建测试适配器，D/S模块能够直接操作继电器，绕过PIO控制器。这种直接操作使继电器控制实际上是瞬时的，并使编码更简单。

加快FCT

需要解决的第二个问题是如何加速测试的FCT过程。等待模拟水平沉淀将使整体测试不可接受地缓慢。我们应用的技术是利用ICA系统中所固有的处理能力进行组件阻抗测量（图4）.我们调用波形生成和分析技术这种DDS和DFT，其本质上比任何模拟桥平衡测量技术更快。

突破是为了意识到这些相同的先进技术也可用于确定上电功能测试结果。而不是应用固定的负载，等待输出稳定，然后测量输入和输出电流和电压，我们可以脉冲输出负载几毫秒，然后从加工结果中导出最终输出特性。这种方法将测量时间减少到80％。

图4测量ICT中的终端阻抗使用数字合成的源来驱动组件和DFT来分析结果。

我们面临的一个重大开发问题是将这种动态负载和电源切换与GenRad测试站使用的古老的“意大利面条”软件相匹配。这个遗留软件是Pascal、Assembler和Basic的混合体。此外，GenRad早在2003年就不再作为一个独立的公司存在了。然而，即使在今天，在原始硬件之上搭载最先进的操作系统也是可能的，这是对他们设计的健壮性的赞扬。

避免探测损坏

针对FCT加速问题的解决，采用脉冲负载信号，也解决了第三个问题:如何避免损坏敏感探头。因为我们只在很短的时间内脉冲负载电流，在非常细的接触区域没有明显的局部加热，即使是通过额定为2A的探针达到6A的峰值电流。我们能够对通-断-时比率进行编程，这样，即使进行连续测量，探针尖端也有时间在脉冲之间冷却，不会燃烧或烧焦。这种脉冲负载技术也意味着电源不会过载。

ICT测试之一是测量用于预置产品输出电压的内部分压器电阻。我们在FCT测试中利用了这个ICT测试的结果。测试系统可以自动从ICT中推导出输出电压、输出电流和输入电压范围，然后将这些值传递给FCT测试程序进行相应的功能测试。这种自动化消除了操作人员错误设置FCT变量超出范围、损坏产品、昂贵的引脚板或可编程电源的可能性。

图5完成的测试适配器可以在两秒钟内完成模块的完整组合测试。

允许ICT通过测试模块访问，通过测试适配器的驱动/传感器线直接驱动配置继电器，以及脉冲负载信号，使组合ICT/FCT测试适配器成为可能。应用所有这些技术的最终结果是每个DC/DC模块的ICT/FCT测试时间在1.8 - 1.9秒之间，这意味着一个完整的PCB多面板可以在不到80秒的时间内100%测试。这包括移除测试PCB和将下一个PCB放入测试适配器所需的时间。累积的时间和成本节省的最低生产运行5000一直是有助于导致成功的整个产品系列。由于这一成就，Recom电源模块的最初设计现在已经从一个单一系列的8个变种扩展到三个不同系列的22个变种，所有都共享相同的足迹和测试适配器。

Steve Roberts是Recom Power的创新经理。