激烈的市場競爭要求產品具有更短的開發時間、更完善的功能、更高的品質、更低的製造費用，這也給測試領域提出了新的挑戰，具體表現在被測的電路和晶元更加複雜、PCBA板上元器件的裝配密度越來越大、要求測試工裝開發的時間越來越短、越來越低的工裝費用和測試費用。測試工裝的開發將成為衡量PCBA加工生產率、製造能力以及實用性水平的重要標誌。

一、PCBA上典型被測數字信號和被測數字模塊測試方法研究

本文佩特科技研究數字信號系統的測試方法，對於傳統PCBA的較低速的數字系統的測試方法較簡單，其方法是給被測數字系統加上系統實際工作中加的輸入開關量和時序脈衝來模擬實際工作狀態，然後從輸出端採集器輸出的開關量，驗證開關量的正確性便實現了對數字模塊的測試。隨著數字電子在近年的飛速發展，特別是隨著時鐘頻率的不斷提高，快斜率瞬變和極高的工作頻率，以及很大的電路密集度，將使得系統表現出與低速設計截然不同的行為，出現了信號完整性問題。破壞了信號完整性直接導致信號失真、定時錯誤，以及產生不正確數據、地址和控制信號，從而造成系統誤工作甚至導致系統崩潰。因此，信號完整性問題已經越來越引起高速數字電路設計人員的關注。

1、信號完整性問題及其產生機理信號完整性SI（Signal Integrity）涉及傳輸線上的信號質量及信號定時的準確性。在數字系統中對於邏輯1和0，總有其對應的參考電壓，圖2-2中所示：高於ViH的電平是邏輯1，而低於ViL的電平視為邏輯0，圖中陰影域則可視為不確定狀態。而由圖2-3可知，實際信號總是存在上沖、下沖和振鈴，其振蕩電平將很有可能落入陰影部分的不確定區。如圖2-4所示，信號的傳輸延遲會直接導致不準確的定時，如果定時不夠恰當，則很有可能得到不準確的邏輯。

一個數字系統能否正確工作其關鍵在於信號定時是否準確，信號定時與信號在傳輸線上的傳輸延遲和信號波形的損壞程度有關。信號傳輸延遲和波形破損的原因複雜多樣，但主要是以下三種原因破壞了信號完整性：

1）反射雜訊其產生的原因是由於信號的傳輸線、過孔以及其它互連所造成的阻抗不連續。

2）信號間的串擾隨著印刷板上電路的密度度不斷增加，信號線之間的幾何距離越來越小，這使得信號間的電磁耦合已經不能忽略，這將急劇增加信號間的串擾。

3）電源、地線雜訊由於晶元封裝與電源平台間的寄生電感和電阻的存在，當大量晶元內的電路輸出級同時動作時，會產生較大的瞬態電流，導致電源線上和地線上電壓波動和變化，這也就是我們通常所說的地跳。

一個數字系統的結構可能非常複雜，它可能包括子板、母板和底板，板間連接是通過一些連接子或者電纜來實現的，而高速印製板上的信號則是通過傳輸線、過孔以及晶元的輸入輸出引腳來進行互連的。這些物理連接（包括地平台和電源平面）由於存在著傳輸特性的差異，從而使信號完整性受到了破壞。因此，為保證一個高速數字系統正常工作，必須消除因為物理連接不當而產生的負面影響。

2、保證信號完整性的方法當信號線的長度大於傳輸信號的波長時，這條信號線就應該被看作是傳輸線（長線），並且需要考慮印製板上的線之間互連和板層特性對電氣性能的影響。在高速系統中，信號線通常被建模為一個R-L-C梯形電路的級連。由於信號線上各處的分布參數存在差異，尤其是在晶元的輸入、輸出引腳處，這種差異更加明顯。由於阻抗的不匹配，會導致信號在信號線上產生很大的反射。消除反射的習慣做法是盡量減小高速傳輸線的長度，以減小信號線的傳輸線效應。實際上我們還可以在輸出、輸入端處端接匹配電阻來達到阻抗匹配的目的，並以此來消除信號的反射。當幾條高速信號並行走線且這些信號線之間的距離很近時，就不能忽略串擾對系統的影響。消除串擾的最有效的方法是增大並行線之間的間距，同時盡量減小並行線的並行長度。當然也可以改變印製板上的絕緣介質特性參數來減小這種串擾，但這可能會增加制板的費用。

有時候在PCBA板尺寸要求很苛刻的情況下，未必能夠保證並行線之間的足夠空間，因此要適當改變布線策略，儘可能地保護比較重要的信號線，並依靠端接來大幅度地消除串擾。基於不同的布線拓撲結構，端接的策略也可能不同，主要有以下三種方式：單贈載網路一般採用串列端接；菊花鏈結構一般採用AC並行端接；星形布線一般也採用AC並行端接（如圖2-5、圖2-6所式）

電源雜訊一直就是讓設計人員頭痛的問題，尤其在高速設計中，消除電源雜訊就不再像在每一個晶元的供電引腳上並聯電容進行電源濾波那麼簡單了。採用π型等效電路以及磁珠等，會給清除電磁干擾帶來一定好處。但是在高速系統中，由於高頻信號在傳導的過程中，其信號迴流通過電源系統（尤其是多層板中的平面層）所造成的高頻串擾，才是高速系統中電源雜訊的最大來源。

有效的旁路地和電源上的反彈雜訊，即在合適的地方增加去耦電容，例如一個高速信號的過孔也可能會對電源產生很大的雜訊，因此在高速過孔附近加上去耦電容是非常必要的。同時還要注意消除系統中的不同電源間的互相干擾，一般的做法是在一點處連接，中間採用EMI濾波器。

二、PCBA上典型被測模擬信號和被測模擬模塊測試方法研究

前面已經介紹過模擬信號系統的分類，我們已經知道被測模擬信號系統的輸入輸出信號有直流和交流之分。根據PCBA電路的特性參數又可分為電壓信號和電流信號。對於直流電壓信號的測量比較簡單，如果輸出被測電壓的路數較少的話，只要將信號引出，用FLUKE45萬用表測試其值再通過RS232C串列通訊線把所讀取的電壓值傳遞給上位PC就可以完成電路的測試了；但是對如圖2-7所示的電路，輸出路數很多（100A系統里有一塊製成板輸出電壓達18路之多），如果每一路都用一隻FLUKE45的話，不僅測試成本很高，而且測試人員會看得眼花繚亂。

圖2-7多路輸出直流電壓

註：引用某公司通用電源產品圖

如圖2-8所示的電路，利用幾隻開關互鎖轉換，只用一隻FLUKE45萬用表就很好地解決了測試圖2-7電路所面臨的問題，完成測試。這一改進給測試人員帶來了方便，實踐證明它在安全性、可操作性和測試效率等方面為測試裝備作了重要的保證。

對於交流電壓信號的測試一般利用示波器對信號觀察和採集或採樣法進行電路的數據採集以及分析計算，因為微機系統只能處理數字信號，所以對交流電壓的測試常用的方法是採樣法。模擬和數字領域的發展繼續推動著數據採集系統向更高性能發展。

總的來說，利用高性能的模擬和數字技術實現了一個多通道、高解析度和高採樣速率的數據採集系統。通過高水平的集成保持了較低的系統複雜性。

在模擬信號的測試中，按照對被測試的電流值的大小不同可分為對於較小值的電流信號的測試和對較大電流值的電流信號的測試。輸出電流信號一般採用兩種方法進行測試，如圖2-9，圖2-10所示。

由於FLUKE45萬用表的電流測試檔的最大量程是10A，所以10A以下的電流測試常採用圖2-9電路。但是本電路有兩個缺點：其一是測試人員有時不需測試電流時既不接電流表，又不合開關S1，就會誤認為工裝壞了。其二是當測試電流超過5A時，FLUKE45的表筆與J1的接觸電阻對電路產生的影響很大，加上J1容易變形，使用時間越長，接觸越松，影響越明顯。圖2-10電路適宜測試大電流，建議5A以上的電流測試均採用此電路。此電路克服了圖2-9的兩個缺點。但有一點應引起注意，現在的大部分產品上裝的分流器都是0.5級，因此，測試用的分流器R1應用0.2級。

三、PCBA上典型被測數模混合信號和模塊測試方法研究

混合信號測試的測試時間長、費用高、測試系統結構複雜，在實現上具有一定難度。而數字電路測試系統有著出色的測試能力，如足夠的向量深度、靈活的數據格式、常規的交直流參數測試能力等。添加必要的程式控制模擬源以及模擬信號測試設備，運用系統集成的方法，用高信噪比的數字電路測試系統以及帶有GPIB或VXI介面的設備構造A/D、D/A待轉換晶元的測試環境，完全可擴展到混合信號電路的測試領域，可以在一定程序上解決混合信號測試的問題。

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