基于可视化的PCB测量导航系统设计与实现

　　1 引言

　　随着大规模集成电路技术飞速发展，印刷电路板(PCB)的集成度越来越高，制作工艺越来越复杂，因此对未知PCB的解剖分析工作变得越来越困难。其中最为困难的是如何获取未知PCB上元件引脚间的连通关系，形成测量网表。这项工作传统的方法是用万用电表对PCB上所有元件引脚进行穷举式测量，手工记录测量结果，最后由人工分析、综合所有记录，形成测量网表。这种方法十分繁琐耗时，工作效率低，而且容易出错，制约了解剖分析工作整体技术水平和工作效率的提升。

　　为了解决这一问题，笔者设计了一套PCB测量导航系统。它采用计算机辅助的测量技术，由计算机控制整个测量过程，指导用户进行测量，并自动分析、记录测量结果，最后形成网表，从而减轻人工操作的负担，减少了人为错误的可能性，在保证了测量的完备性和可靠性的同时提高了测量效率。本文比较详细地阐明了该系统的设计和实现原理，分析了其测量性能和技术指标，探讨了以后的改进和发展方向。

　　2 系统组成和基本原理

　　本系统由硬件模块和软件模块两部分组成。硬件模块为PCB通路探测仪;软件模块包括物理元件布局模块、测量工具管理模块、测量导航模块、网络服务模块、文件管理模块和网表导出模块七个部分。系统总体框架如图所示:

　　PCB通路探测仪实现对待测电路板上元件引脚间的连通关系进行数据采集，并将数据以既定的格式上传至主机。

　　物理元件布局模块实现待测电路板元件PCB布局图的建立，为测量的可视化提供基础。

　　测量工具管理模块实现对测量工具(包括测试夹或测试钩，下面统称测试夹)的管理。

　　测量导航模块实现测量过程的全程控制;包括测量进展状况的显示、测量元件的选择与组织、测量过程的人机交互、测量通道的设置、PCB通路探测仪的控制、上传数据的接收和识别、测量结果的记录。

　　网络服务模块实现对测量结果的检查和纠错。

　　文件管理模块实现对测量文件的管理。

　　网表导出模块实现由测量结果到网表文件的生成。

　　工作流程如下所示:

　　物理布局→测量工具管理→测量导航→网络服务→网表导出

　　3 测量机制

　　系统测量部分由PCB通路探测仪来实现。探测仪内设置有由微控制器控制的通/断路测量电路，实现对待测元件引脚连通关系的自动测量。测量电路中共有256个测量通道，通过测量电缆引出256个测量头，可支持同时对256个引脚进行测量，其中每个测量头占用一个测量通道。测量头可挂接各种测试夹，用来与元件引脚相接。考虑到被测电路板上还有许多不能用测试夹测量的元件，探测仪从测量电路连出一对测试笔，用来对此类元件进行测量。