基于FPGA的板级检测设备研究

　　1　电路板检测原理

　　根据板级电路的类型可把电路检测分为2类:数字电路检测和模拟电路检测。数字电路检测是在电路板输入端加载激励信号,在输出端得到响应,根据激励和响应的组合关系以及电路的拓扑关系确定是否存在故障,并找出故障点;其关键是在输入端加载什么样的激励信号,才能使电路内部反应出故障。模拟电路中由于模拟信号是连续的,所以信号的特性参数准许范围必须确定,超出范围都属故障,因此可以说模拟电路的故障状态是无限的。

　　在实际应用中,大部分电路都是数模混合电路,但数传机各电路板由于模拟信号相对较少,数字信号众多,则完全可以把数字电路和模拟电路分开来检测,这样不仅条理清晰,结构也相对简单。在某型数传机电路板检测系统中,通过基于FPGA的专用适配器、基于CPCI总线的数字I/O卡和数据采集卡把待测电路板和主控计算机连接起来,构成了整体的检测硬件系统。其中,CPCI总线协议是为满足高速数据输入要求而设计的低成本、高性能的局部总线协议,应用CPCI总线的数据采集卡进行检测诊断已成为业内一种重要的方案;同时,通过设计检测系统操作界面、编写系统自检程序、电路板功能测试程序、电路板诊断程序、测试数据库等,完成了系统的软件设计。

　　该数传机电路板检测系统原理框图如图1所示。

　　首先通过详细分析电路板的电路原理,找出电路板各个接口引脚信号的特性参数来建立测试数据库。然后由电源模块和激励源通过适配器给待测电路板加载所需的工作电压和激励信号,被测电路板接收到工作电压和激励信号后,按测试需求进行工作;数据采集模块通过适配器接口电路直接读取待测电路板输出的响应信号。完成信号采集后,对被采集的时序信号进行分析处理,比如分析时序信号的波形等。最后由功能测试和故障诊断程序将采样信号或时序信号的分析结果与从测试数据库中所取得的标准结果进行比较判断,以确定是否有故障,若有故障将故障结果显示出来。

　　在数传机电路板检测系统中,适配器对电路的选通、接口的匹配连接、信号的调节、时序的变换等都起到了关键性的作用,所以设计一个功能强大,性能稳定的适配器可大大提高电路板检测的效果。

　　2　适配器总体设计方案

　　为了更好地检测数传机各电路板,设计了基于FPGA的多功能适配器。适配器设计的总体方案是:

　　(1)信号分析。分析每块待测电路板各个接口引脚信号的种类、范围、功用等,根据这些信号的特点及范围,数传机各电路板的信号种类有:工作电压(±5V、±12V、±27V)、1200Hz的时钟脉冲信号(TTL电平)、数字信号(TTL电平)、地址信号(TTL电平,测CPU板)、模拟信号。准确的信号分析为灵活地配置FPGA内部电路、继电器阵列、每路通道的信号种类和输入输出状态打下了基础。