技术支持:ATS(自动测试系统)及ATE技术
为了大家能更进一步的了解ATS(自动测试系统)及ATE技术,杰创立在这里给大家重新认识下ATS(自动测试系统)及ATE技术。具体如下:
一般意义的自动测试系统是指那些采用计算机控制,能实现自动化测试的系统。这类系统通常是在标准的测控总线或仪器总线(CAMAC、GPIB、VXI、PXI等)的基础上组建而成的。工程上的自动测试系统往往针对一定的应用领域和被测对象,并且常按应用对象命名,因此有飞机自动测试系统,导弹自动测试系统,发动机自动测试系统,雷达自动测试系统,印制电路板(PCB)自动测试系统,大规模集成电路(LSI)自动测试系统等。按应用场合的不同,又可将飞机、导弹等大型装备的自动测试系统分为生产过程用自动测试系统(面向功能、性能测试)及场站维护用自动测试系统(以返修测试及故障定位为主)等。
自动测试系统的需求牵引
由于受到各行各业,特别是军事领域的强有力的需求牵引,近十余年来自动测试系统(ATS)和自动测试设备(ATE)技术发展十分迅速。总体说来,采用自动测试系统是为了达到下述目的:
1, 高速、高效率的测试。对于那些大批量生产并且测试项目多而复杂的电子产品(如LSI,大批量生产的PCB或电路组件等),以往的人工手动检测已经不能适应,必须采用相应的自动测试系统。
2 ,快速诊断/维护,提高装备的机动性。现代飞机、导弹、武器系统等都是十分复杂的系统,飞机在飞行前和飞行后,导弹、鱼雷等武器在发射前,都需要快速检测与诊断,遇有故障则迅速排除。为达此目的,没有先进的自动测试系统相配合,是根本不行的。
3 ,高档复杂设备的综合检测及过程监视。现代飞机,甚至它的子系统(如机载电子系统,火力控制系统,导航/飞行控制系统等)都是十分复杂的系统,在飞机设计过程中需要用一些自动测试系统来支持设计验证;在飞机生产/装配过程中,自动测试系统用来对并行作业的各个子系统的生产/装配过程进行测试和监视,实施协调和管理。航空高档设备研制过程中环境试验(高、低温,湿度,振动,过载等)是一项困难、费时、费力的任务,其主要目的是分离或替代那些不能承受恶劣环境条件的部件。由于处于环境实验中的被测对象复杂而贵重,测试项目多,而且要求在给定的很短时间内完成,这类测试任务也必须采用相应的自动测试设备才能完成。
自动测试系统的组成
工程上的自动测试系统(ATS)包括自动测试设备(ATE),测试程序集(Test Program Set, TPS)和相应的TPS软件开发工具这三大部分所组成,如图1所示。
ATE是指测试硬件和它自己的操作系统软件。ATE硬件本身可以像便携式设备那样小,也可以是由多个机柜所组成,总重量达上千公斤的设备。为适应飞机、舰船或机动前线部队的应用,ATE往往是一些加固了的商用设备。即使是非前线环境(如维修站或修理厂)应用的ATE,也几乎完全由商用现成设备(Commercial Off-The-Shelf Equipment, COTS)组成。ATE的心脏是计算机,该计算机用来控制复杂的测试仪器如数字电压表,波形分析仪,信号发生器及开关组件等。这些设备在测试软件的控制下运行, 以提供被测对象中的电路或部件所要求的激励,然后测量在不同的引脚、端口或连接点的响应,从而确定该被测对象是否具有规范中的规定的功能或性能。
ATE有着自己的操作系统,以实现内部事务的管理,如自测试,自校准等,跟踪预防维护需求及测试过程排序,并存储和检索相应的技术手册内容。ATE的典型特征是其功能上的灵活性,例如用一台ATE可以测试多种不同类型的电子设备。从部件测试角度,ATE可用来实现对两类黑盒子的测试,即:①现场可更换单元(LRUs, Line Replaceable Units)或武器可更换组件(WRAs,Weapons Replaceable Assemblies);②车间可更换单元(SRUs, Shop Replaceable Assemblies)。
测试程序集(TPS)是与被测对象及其测试要求密切相关的。典型的测试程序集由三部分组成:①测试程序软件; ②测试接口适配器,包括接口装置、保持/紧固件及电缆;③被测对象测试所需的各种文件。测试软件通常用标准的语言,如ATLAS(国际通用的测试语言)、C或Ada等写成。ATE中的计算机执行测试软件,控制ATE中的激励设备、测量仪器、电源及开关组件等,将激励信号加到需要加入的地方,并且在合适的点测量其响应信号。然后再由测试软件来分析测量结果并确定可能是故障的事件,并提示维修人员剔掉或更换某一或几个部件。
因为每个被测对象(UUT, Unit Under Test)有着不同的连接和I/O端口,连接UUT到ATE通常要求有相应的接口设备,称为接口适配器,它完成UUT到ATE的机械与电气连接,并且为ATE中的各个信号点到UUT中的相应I/O引脚指定信号路径。
开发测试软件要求一系列的工具。这些工具统称为TPS软件开发环境, 包括①ATE和UUT仿真器;②ATE和UUT描述语言;③编程工具,如各种编译器等。
自动测试系统的发展概况
自动测试系统的发展经历了从专用型向通用型发展的过程。从早期仅侧重于ATE研究,到今天的建立整个自动测试系统体系结构;同时注重ATE研制和TPS开发及可移植,以及人工智能在自动测试系统中的应用;从集中型的ATS正向着分布式的集成诊断测试系统发展。下面以美国军用自动测试系统为例来说明这一发展过程。
早期的军用自动测试系统是针对具体武器型号和系列的,不同系统间互不兼容,不具有互操作性。随着装备的规模和种类的不断扩大,专用测试系统的维护保障费用高昂,美国仅80年代用于军用自动测试系统的开支就超过510亿美元。同时,庞大、种类繁多的测试设备也无法适应现代化机动作战的需要。因此从80年代中期,美国军方就开始研制针对多种武器平台和系统,由可重用的公共测试资源组成的通用自动测试系统。目前在美国,军种内部通用的系列化自动测试系统已经形成,即:海军的综合自动支持系统(CASS);陆军的集成测试设备系列(IFTE);空军的电子战综合测试系统(JSECST);海军陆战队的第三梯队测试系统(TETS)。其中以洛克希德·马丁公司为主承包商的海军CASS系统最为成功,现已生产装备了15套全配置开发型系统、185套生产型系统,其中145套已装备在38个军工厂、基地和航空母舰上,到2000年已开发出相应的2388套。CASS系统于1986年开始设计,1990年投入生产,主要用于中间级武器系统维护。CASS系列基本型称为混合型,能够覆盖各种武器的一般测试项目,ATE采用DEC工作站为主控计算机,由5个机柜组成,包括:控制子系统、通用低频仪器、数字测试单元、通信接口、功率电源、开关组件等,如图2所示。在混合型基础上针对特殊用途扩展又形成射频、通信/导航/应答识别型、光电型等各类系统。美军海军陆战队委托MANTEC公司研制的TETS测试系统(图3)是用于现场武器系统维护的便携式通用自动测试系统,具有良好的机动能力,能够对各种模拟、数字和射频电路进行诊断测试。该系统包括4个便携式加固机箱,2个VXI总线仪器机箱,1个可编程电源机箱及1个固定电源机箱,主控计算机为加固型军用便携机,运行Windows/NT 操作系统。
目前美军通用测试系统多采用模块化组合配置,根据不同的测试要求,以核心测试系统为基础进行扩展。测试仪器总线以VXI和GPIB为主。随着PC机性能的不断提高,以PC机为测控计算机,采用Windows/NT操作系统的测试系统逐渐普及。在TPS开发方面,普遍采用面向信号的测试语言ATLAS为测试程序设计语言,以保证测试程序的可移植性。
在国内,由于众多的需求推动,自动测试系统技术亦有极大发展,正处于专用自动测试系统向通用自动测试系统的转变过程中。在通用ATE技术方面,按照模块化、系列化、校准化的要求,基于VXI、PXI和GPIB总线的在一定范围通用的各类自动测试系统正陆续推出,通用ATE平台技术的研究也正在开展。为全面发展我国的自动测试系统(ATS)技术,进一步推进测试系统所要求的仪器互换性、TPS开发技术和基于测试信息共享的集成诊断技术的研究是十分必要的。
——杰创立ATE自动检测系统设备