基于FPGA的ICT在线测试仪硬件设计

摘要

焊有元件的印制电路板在线测试是印制电路板生产过程中的一个重要环节，关系着整个电子产品的质量。本文在深入研究国内外印制电路板自动测试技术的基础上，结合当前先进的电子技术，设计出一套高性能，低价位，小体积，便于携带和操作的印制电路板在线测试仪。 本文设计的在线测试仪系统包括控制器电路、信号发生电路、信号采集电路、元件测试电路、USB通信电路和开关矩阵电路等，其中控制器电路是以FPGA可编程控制芯片为核心，负责控制下位机其它所有电路的正常工作，并实现与上位机间的通信。 针对模拟元件的测试，本文首先探讨了对印制电路板上模拟元件测试时的隔离原理，继而详细阐述了电阻、电容（电感）、二极管、三极管、运算放大器等的测试方法，并分别设计了硬件测试电路。因为测试时需向被测元件施加测试激励信号，本文设计并完成了一信号发生电路，可输出幅值可调的直流恒压源信号和直流恒流源信号、幅值和频率都可调的交流信号。 针对数字器件的测试，本文将数字器件分为两种，一种为具有边界扫描功能单元的器件，另一类为非边界扫描器件，并分别对两种类型的数字器件的测试原理和方法进行了详细的描述，在文中给出了相关的硬件测试电路图。 本设计中，所有测试激励信号经测试电路后输出的测试结果都是直流电压信号，所以本文设计了一通用信号采集电路来完成对测试结果的取样。本文还设计了开关矩阵电路，用于将被测印制电路板上的元件接入到测试电路中。对通信电路的设计，本文采用USB通信方式与上位机进行有效的数据交换，并通过USB接口芯片完成了硬件电路的设计。 在软件方面，本文采用NiosⅡ C语言完成所有软件设计，以协助硬件部分来完成对印制电路板的测试工作。 本文已完成各部分电路试验及系统联调，试验证明设计达到了项目预定要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1在线电路板测试

1.2.2自动光学测试

1.2.3自动X射线测试

1.2.4功能测试

1.3课题研究内容与来源

第2章系统总体设计

2.1系统工作原理

2.2系统工作流程

2.3系统主要性能指标

2.4 FPGA设计

2.4.1本设计选型

2.4.2 FPGA的配置方式

2.4.3 FPGA嵌入式设计

第3章模拟元件测试电路设计

3.1隔离原理

3.1.1三线测量法

3.1.2六线测量法

3.2电阻测试方法及电路设计

3.3电容测试方法及电路设计

3.3.1大电容测试电路

3.3.2小电容测试电路

3.3.3真有效值／直流电压电路设计

3.3.4电容、电阻并联测量

3.4二极管测试方法与电路设计

3.5三极管测试方法与电路设计

3.6运算放大器测试方法与电路设计

3.7模拟信号采集电路设计

3.8信号源电路设计

3.8.1直流恒压源电路设计

3.8.2直流恒流源电路设计

3.8.3交流电压信号源电路设计

3.9 USB通信电路设计

3.9.1 USB芯片功能介绍

3.9.2 PDIUSBD12指令介绍

3.9.3 PDIUSBD12硬件接口电路设计

3.10开关阵列设计

第4章数字元件测试电路设计

4.1非边界扫描数字逻辑元件的测试

4.2边界扫描测试法

4.2.1边界扫描原理及结构介绍

4.2.2边界扫描描述语言

4.2.3检测方案

4.2.4边界扫描元件测试电路设计

第5章软件设计

5.1模拟元件测试软件设计

5.2数字元件测试软件设计

5.3信号源及数据采集软件设计

5.4 USB软件设计

结论

参考文献

附录

致谢