數字I/O模塊在數字電路板自動測試設備中的應用杜舒明1 ，錢 芳1 ，章琳琳1 ，申加勝2（1、 南京14所，江蘇 南京 210013 ； 2、北京航天測控公司， 北京 100830） 摘要：本文介紹了一種基于VXI總線的數字I/O模塊（型號為DIOM-64）在數字電路板ATE中的應用，內容包括模塊的工作原理和測試設備的組成。該數字I/O模塊已在某雷達的數字電路板ATE和數字/模擬混合電路板ATE中得到應用，實際驗證表明模塊設計合理，能滿足指標要求，工作穩定可靠。 關鍵詞： 自動測試設備； 故障檢測； 故障隔離1 概述數字電路板自動測試設備（簡稱數字電路ATE）用于雷達系統中各種數字電路板的故障檢測和故障隔離。它能自動判斷電路板是否有故障。當電路板有故障時，它能自動地把故障隔離到元器件級。它既可以用于雷達維修基地的電路板維修，又可以用于雷達生產線的電路板調試。早期的數字電路ATE都采用專用的硬件結構。近年來，數字ATE的發展趨勢是通用化、模塊化、易于擴展。于是，符合工業標準的數字電路ATE系統相繼出現，例如基于VXI總線的ATE和基于PXI總線的ATE。數字電路ATE的新技術以美國泰瑞達(Teradyne)公司的數字功能測試產品為代表。美國陸?？杖姷亩鄶禂底蛛娐窚y試系統都采用泰瑞達的數字測試技術，例如海軍的CASS測試系統、陸軍的IFTE系統、愛國者導彈測試用的GFTS系統、空軍的CATS系統、B-2隱形轟炸機測試系統。泰瑞達提供的基于VXI總線的數字功能測試產品是1998年推出的M9系列產品。它包含3種基于VXI總線的數字模塊：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產生和引導探頭。M910和M920功能相同，但性能不同。M910的數據率為25MHz，M920的數據率為50MHz。M910/920的功能很強，能精確地模擬各種電路板所需要的測試信號。利用M9系列產品可方便地集成一個基于VXI總線的測試系統，但價格較貴。例如，組建具有192個數字I/O通道的測試系統，僅硬件成本就在10萬美元以上。 為了降低成本，南京14所和北京航天安捷測控技術發展中心合作開發了一種基于VXI總線的數字I/O模塊。利用這種模塊集成的系統不僅完全能滿足測試需求，而且具有較好的性價比。目前，這種模塊已在某出口雷達的數字電路ATE和混合電路ATE中得到應用。2 數字I/O模塊的工作原理模塊的主要技術指標： 通道數：64路；存儲器：256K3/每個通道；數據率：0.1-20 Mbits/s ； 定時精度：10ns；驅動電流：12mA；驅動電平：標準TTL；單槽、C尺寸、A24/A16寄存器基。模塊的設計符合VXI總線規范和即插即用規范。在任何一個測試模式下，每個通道可單獨設置為輸入或輸出狀態。模塊的組成見圖1。模塊的工作原理：每個測試通道對應3組SRAM存儲器，其中激勵SRAM用于存儲測試模式，響應SRAM用于存儲被測電路板的輸出響應，狀態控制SRAM用于控制通道狀態。當狀態控制位等于“1”時，通道設置為激勵模式；當狀態控制位等于“0”時，通道設置為響應模式。狀態控制SRAM能使數字I/O通道的方向動態地改變，因此能方便地模擬數據的雙向流動。例如，模擬單片機的數據總線。VXI總線 定時和控制信號同步時鐘地址數據總線時序、控制和地址信號產生 VXI接口地址總線1數據總線 地址總線2地址選擇數據接口數據接口地址選擇地址選擇數據接口狀態控制SRAM激勵SRAM 響應SRAM I/O 接口 模塊前面板接口 圖1 VXI數字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。當選擇地址總線1時，所有存儲器可以由外部計算機進行數據讀寫；當選擇地址總線2時，所有存儲器的地址由本地產生。在向被測試的電路板施加激勵信號和采集輸出響應期間，應選擇地址總線2。測試模式的產生、輸出響應的錄取和通道狀態的控制是同步工作的，在任何一個測試模式下，每個通道都可以單獨設置為激勵或響應模式。本模塊的控制方式是A24/A16寄存器基（Register-based）方式，數據傳輸方式采用塊傳輸。通道模塊的同步時鐘信號有2種選擇:模塊自帶的20MHZ時鐘和來自于背板總線上的由另一模塊產生的同步時鐘。模塊的控制電路由多片大規模FPGA、CPLD器件實現。3 測試設備的組成基于VXI總線的數字電路ATE由PC機、VXI主機箱、數字I/O模塊、零槽模塊、適配器、1394接口卡、直流電源等組成,見圖2。 （1）VXI主機箱的選擇 計 算 機適配器零槽模塊E8491B數字模塊2數字模塊1數字模塊3被測電路板1394接口卡電源測試探頭 圖2 數字電路ATE的組成框圖 1394 總線VXI總線 為突出系統小型化的特點，本系統的VXI機箱選用雷卡（Racal）公司的1264C 機箱，它是一種C尺寸6槽機箱，體積小。（2）系統控制方式的選擇VXI系統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，嵌入計算機是可插入VXI主機箱中的一個模塊，直接與背板相連，能與儀器模塊進行高速數據傳送。這種控制方式的優點是尺寸最小、性能最佳，但嵌入計算機價格較高，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，控制計算機通過電纜與零槽模塊相連接。主要優點是可選用廉價的商用PC機作為控制計算機。外部控制方式有3種選擇：VXI-GPIB、VXI-1394和VXI-MXI。VXI-GPIB控制方式：外部計算機中有一塊GPIB接口卡，GPIB卡和零槽模塊之間用一根GPIB電纜連接。零槽模塊負責把GPIB協議轉換為VXI協議。當對速度要求不高時，這是一種很好的控制方式。VXI-1394控制方式：外部計算機中有一塊1394-PCI接口卡，接口卡和零槽模塊之間用一根1394電纜連接。零槽模塊負責把IEEE 1394 串行通信協議轉換為VXI協議。1394是串行總線，它的最高傳送速度可以達到400Mb/s。這種控制方式能滿足中等數據傳送速度的要求。 VXI-MXI控制方式：外部計算機中有一塊MXI卡，主機箱中的零槽有一個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，其數據傳輸率比GPIB總線和1394串行總線的傳輸率高。MXI-2產品的最高傳輸率可達33Mbytes/s。這種控制方式的優點是速度快，缺點是成本較高、連接電纜又硬又粗。通過性價比分析，本系統決定采用VXI-1394控制方式。零槽模塊采用安捷倫公司的E8391B。（3）數字I/O模塊的選擇本系統使用3塊相同的數字I/O模塊，其型號是DIOM-64。每個模塊有64路I/O通道，本系統共提供192個測試通道。當需要更多的測試通道時，可以通過簡單地增加模塊實現。本系統最多可擴充到320個通道。數字I/O模塊有主和從2種工作模式。當模塊設置為主模式時，該模塊提供所有模塊的同步時鐘；當模塊設置為從模式時，模塊的同步時鐘由主模塊提供。同步時鐘由VXI機箱中的局部總線傳送。數字I/O模塊的功能是向被測電路板提供激勵信號，并采集電路板的輸出信號。適配器完成測試設備和被測試電路板之間的電源和插座的