自动测试系统的通用测试接口设计与实现

　　GPIB、VXI、PXI等总线标准的出现大大简化了自动测试系统(ATS)的集成，系统构建变成了各种仪器模块的功能组态。然而，由于UUT复杂多样，接口类型千变万化，因此，设计连接UUT和测试资源的通用测试接口(TUA)则是简化ATS集成开发，提高仪器互换性、软件移植性和系统性价比的有效手段。

　　本文探讨通用TUA的设计与实现方法。?

1通用TUA设计方案
　　通用TUA采用开关网络-连接器-适配器结构。

1.1连接器-适配器
　　通用TUA的连接器-适配器结构如图1所示。?

　　连接器是测试资源连接被测信号和向UUT输出激励的统一接口，是为了实现接口的通用性而设计的。它一面连接适配器，另一面连接测试资源，UUT测试信号和测试资源信号在这里实现对接。

　　适配器实现对UUT信号和测试资源信号的连接、变换、分配等功能。在适配器结构中，UUT接口连接UUT测试端口，通过连接电缆、针床等接口结构实现与适配器信号调理电路的连接，最后这些经调理的信号通过统一的接口与连接器相连。

　　在连接器-适配器结构中，连接器是标准的、通用的，连接部件采用商业货架产品(COTS)，可以根据系统的需求选购、组态；适配器针对具体的UUT，是非标准的、专用的。适配器采用“黑匣子”结构，可由设计人员根据自己的特长、爱好进行设计，只要提供的接口与连接器保持兼容就可以。

1.2开关网络
　　连接器-适配器结构与测试资源的连接有直接电缆连接、专用屏蔽线连接、矩阵开关连接和专用开关连接等多种方式。前两种方式适用于小型系统和专用系统，后两种方式适用于大型系统，通用性较强。本文设计的TUA采用了直接电缆连接和开关网络连接相结合的混合连接方式。测试资源是否连入开关网络由资源的种类和数量决定，目的在于最大限度地扩充信号连接通道，实现测试资源的动态分配，节省费用，提高性价比。

　　开关网络如图2所示。该结构中采用矩阵开关对接的方式形成了环形虚线包围的逻辑意义上的总线，进而形成开关网络结构。如把4*16、4*32和4*64型矩阵开关各自的4路信号连接在一起，就形成了任意两路可互达的总线型开关网络结构。总线的数量由系统测试时需要同时加载的最大信号通道数决定；总线的连接能力由矩阵开关模块的数目决定。图中的两个双向箭头表示测试资源与连接器直接相连。?

1.3基于通用TUA的ATS结构?

　　在通用TUA结构中，UUT连接电缆实现信号的第一次分配；适配器调理电路实现信号的第二次分配；而连接器到测试资源通过开关网络实现信号的第三次分配。基于通用TUA的ATS结构如图3所示，其中虚线框部分是由开关网络、连接器和适配器构成的通用TUA部分，它实现了测试资源和UUT的无缝集成。?

2TUA硬件设计
　　TUA的硬件设计包括连接器设计和适配器信号调理电路设计两部分。

2.1连接器设计
　　为了提高TUA的通用性和可靠性，选用COTS产品进行连接器设计，比如可以选用欧式DIN41612C系列、DIN41612F系列和RF18GHz系列插针和插座作为连接器中低频信号、电源信号和同轴信号的可选连接部件。图4给出了连接部件示意图。

　　连接器与适配器的机械接口采用类似于VXI、PXI模块的齿轮-球锁结构，减小插拔力，提高可靠性，延长使用寿命。

　　连接器采用可裁减结构。根据具体的ATS和UUT测试需求，选用连接模块的种类和数量；连接模块可以以单个或组的形式递增。连接器提供给UUT标准接口，被测信号可以在上面任意分配。

2.2适配器信号调理电路设计
　　本文给出基于USB总线微控制器的设计方法。

2.2.1器件和开发系统的选择
　　考虑到芯片结构、编程语言、开发系统、设计灵活性和功能扩展性等因素，选用Cypress公司的EZ-USB 2100系列单片机作为微控制器芯片，选用Keil C51作为固件开发工具。

　　EZ-USB 2100单片机采用51系列内核，兼容性较好；内嵌USB接口引擎，缩小了设计规模；支持软配置，省去了烧片子的麻烦；通用编程接口扩展了芯片的功能。Keil C51针对51内核，代码效率很高。

2.2.2基于USB总线的信号调理电路设计

　　在选定芯片和开发工具的基础上，基于USB总线微控制器芯片的适配器信号调理电路设计流程如图5。

　　硬件电路设计指在EZ-USB 2100芯片的基础上设计外围电路实现系统的硬件功能框架。固件设计面向USB设备，按USB协议实现硬件电路的具体功能，它使用Keil C51进行编写；设备驱动程序面向USB主机，提供测控软件控制USB设备的接口，采用DDK进行编写。

　　信号调理电路的供电问题可由具体的设计需求决定。若电路规模较小，可采用USB自供电方式；若规模较大，采用总线供电。?

3TUA软件设计
　　TUA软件设计指采用软件的方法实现TUA的程控管理，包括信号转接通道的自动管理和适配器调理电路的软件控制两部分。

3.1信号转接通道的自动管理
　　信号转接通道的自动管理是TUA完成信号转接功能，进行测试资源动态分配的具体执行机制。同时也是提高TUA的自动化、标准化、通用化水平，简化测试系统软件设计的有效手段。为了实现信号转接通道的自动管理，测控程序对转接通道的控制要以控制系统信号端口的电气互连关系为基本出发点。而要实现此目标，必须使转接通道的控制函数与各转接通道的电气互连关系成为相互独立的两个部分。系统转接通道的电气互连信息以控制模型的形式存储在一个文件中，通道控制函数在这个模型的基础上来实现对转接通道的控制。基于信号转接通道自动管理的ATS软件结构如图6所示。

　　与普通测试软件相比，该软件结构增加了三部分内容：信号转接通道控制模型、信号转接通道通用控制函数和配置工具。

3.1.1信号转接通道控制模型
　　采用.ini配置文件的形式建立信号转接通道控制模型，采用字段的形式建立控制模型的数据结构，控制模型对外提供测试资源和UUT信号端口索引。

　　该控制模型文件记录了实现信号端口电气连接(及撤销连接)操作所需要的全部控制信息，实际上是对系统信号转接通道物理结构的充分描述。另外在该文件中，还要定义接口的信号特征，以便提供错误信息和安全检查。另外，该文件还要提供矩阵开关的驱动程序信息，方便控制函数调用。以下是控制模型配置文件简要示例：?
   ?

3.1.2信号转接通道通用控制函数
　　信号转接通道通用控制函数是在通道控制模型的基础上实现对信号通道控制及管理的执行函数。为了简化程序调用，控制函数采用标准结构，按功能被封装成三个，如下所示：
　　(1)Matrix-ArrayInit(Char ATEName)：初始化信号转接通道控制模型。调用参数为当前ATE系统的注册名，该注册名同时也是记录系统转接通道控制模型信息的配置文件名；
　　(2)Matrix-ArrayClose(char Port1Name，char Port2Name,)：连接两个信号端口，调用参数分别为需要连接的两个信号端口的注册名；
　　(3)Matrix-ArrayOpen(char Port1Name，char Port2Name,)：撤销两个信号端口的电气连接，调用参数分别为需要撤销连接的两个信号端口的注册名。控制函数被封装在一个DLL文件中供测控程序直接调用。

3.1.3配置工具
　　配置工具完成控制模型的可视化管理和具体UUT通道的可视化配置，是系统的重要工具组件。

3.2适配器调理电路的软件控制
　　适配器调理电路的软件控制由具体的硬件设计方法决定，如前面基于USB总线微控制器的硬件设计方法，可采用设备驱动程序控制USB总线的方法实现信号调理电路的软件设计。篇幅关系，不再赘述。?

4结论
　　基于开关网络-连接器-适配器结构的TUA设计实现了测试资源与UUT的无缝对接，最大限度地增强了系统的连接能力，通用，扩展能力强，安全性好。

参考文献

［1］颜荣江.EZ-USB 2100系列单片机原理、编程及应用［M］.北京航空航天大学出版社，2002.
［2］任献彬.ATE系统信号转接通道的自动管理技术［J］.测控技术.2002，21(1)：57-59，61.