三十年的测试控制器设计进展

客座作家凯利·斯莫尔分享了他从20世纪80年代到今天测试控制器的发展经验。

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皮特·刘易斯在这里!这个博客是由一位客座作家写的,Kelly Small。我们非常感谢他对我们社区的贡献,很高兴能在我们的主页上传播他的广泛知识。关于试验台设计的对话非常精彩,如果你想更多地了解Sparkfun自己的试验台设计历史,必威娱乐登录平台请查看我们以前的帖子:

现在,讲述了凯利30多年的职业生涯中不断进步的神奇故事。享受!


作为测试工程师工作了几十年,我在电子领域看到了显著的变化和进步。我的工作是开发测试系统,我们的工厂使用这些系统来验证我们的产品是否正确构建并按预期运行。这些产品包括从简单的电缆到由多达16层的多个印刷电路板组成的复杂模块的一切。电路可以由多个处理器组成,FPGA和复杂的模拟系统。

测试体系结构

为了测试我们的产品,我们称之为UUT(被测单元)。我们的测试流程由几个步骤组成。第一个测试步骤是电路测试(ICT)。所有UUT都用夹具进行测试,夹具将POGO销压入板上的测试点,并对板上所有组件进行测试测量。这种类型的测试可以消除UUT的许多可能的问题,比如焊接桥和明焊,以及错误的零件,缺件或坏件。

下一步是为每个UUT编程,例如序列号和MAC地址。接下来是功能测试人员,这与产品有所不同,从简单的台架试验到环境试验,它使用一个腔快速加热和冷却,同时电测试其功能。

虽然ICT测试仪是在工厂购买和安装的商业系统,我们的大多数测试系统都是设计好的,在我们的测试工程组中进行编程和构建。这些测试人员的核心就是我们所说的测试控制器。测试控制器是一个独立的嵌入式平台,控制电源,输入刺激,输出测量和与被测受测试单元的通信。

测试控制器

1985年左右,我们开发了第一个测试控制器来支持新产品线的功能测试,betway手机投注其中包括各种类型的I/O模块。这些包括数字输入,数字输出,模拟输入,模拟输出和其他。现代的测试系统很可能由一台带有许多数据收集模块的PC机组成,但在1985年,几乎没有个人电脑存在。那些正在使用的是8位的XT系统,几乎没有用于测试的硬件和软件。我们为测试控制器的大脑选择了Intel8051微控制器,它的外围设备很少。内核的其余部分包括一个32kbsram和一个32kbeeprom。这个EEPROM是存储代码的地方,通常一个27 c256。这个芯片被编程了一次,然后你必须使用紫外线擦除器来擦除芯片,然后你才能再次编程。这个擦除过程花了20-30分钟,所以您需要一管手头的芯片来在调试会话期间进行持续的代码更改。其余的电子设备是一组用于连接被测UUT的I/O。

  • 21个数字输出
  • 8个数字输入
  • 16个模拟输入,12位分辨率
  • 8模拟输出
  • 车载电源+5,+ 15,- 15,+ 24
  • 24-volt电源、10-24伏可调
  • 运行375kbaud的2通道RS-485端口
  • 1个与PC通信的RS-232端口

这组I/O被称为通用电子设备;其目的是将其作为每个测试设计的起点,并根据需要添加额外的电路(点逻辑)。

测试控制器通过串行端口连接到PC,但是当测试控制器运行测试序列时,PC仅用于监控测试操作,并向操作员报告测试结果。正如前面所提到的,个人电脑不常见而且非常昂贵,所以一台电脑连接到10个测试控制器,每个测试控制器可以测试8个UUT。这使得一台PC可以同时监控多达80 UUTs的测试。

测试控制器建立在一个9"x11" PCB上,一端带有一对96针DIN连接器。

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从1986起,第一个测试控制器(顶视图)

第一个测试控制器,如上所示,有8051内核,没有可编程逻辑!

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从1986起,第一个测试控制器(底侧视图)

正如你在上图中看到的,所有的连接都是用100%的钢丝缠绕的。

1987年左右,我们创造了一个新的印刷电路板,在铜质艺术品部分有所有的通用电子元件,而板的其余部分是为了支持线包装。3”DIP套接字的点逻辑。betway手机投注这大大减少了绕丝量。

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从1988起,带有“铜艺术品部分”的测试控制器(顶部侧视图)

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从1988起,带有“铜质艺术品部分”的测试控制器(底侧视图)

1988年的设计对我们很有帮助,我们现在仍然有使用这些测试控制器的设备。这种设置的一个好处是,我们对这些年来个人电脑的所有变化免疫,包括窗户的介绍。我们继续使用DOS软件直到2012年,当最终引入Windows版本时。

在1996年,介绍了一种新产品,所以我们利用这个机会做了一个新的测试控制器设计。我们改用80C251处理器(16位),其他功能包括一个自动校准的模拟部分,并介绍了一对cpld。这些CPLD用于一些常见的逻辑,但主要用于用软件构建点逻辑,而不是一堆绕丝。

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从1996起,带CPLD的测试控制器,进一步减少绕线(顶视图)

科技进步,在2004年,我们再次研究一种新产品,于是,一个新的测试控制器也出现了。82C251从未流行过,有更好的8051种变种可供选择。我们用P89C51RD2,有SRAM的,板上有闪光灯和电可擦可编程只读存储器。运行在24MHZ和6个时钟周期指令,而不是原来的12个,我们还看到了一些不错的速度改进。RS-485链路被提升到750K,以支持新产品使用的更快的速度。betway手机投注逻辑变得越来越难以理解,所以一些公共区域现在是表面贴装。我们继续使用嵌套部件来缓冲进出被测产品的信号,这使得在工厂很容易维修。如果SMT通用电子设备损坏,现场维修很困难,测试控制器通常被送回我们的工厂进行维修。

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从2004起,具有许多先进性的测试控制器,包括更多的SMD部件(顶视图)

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从2004年开始,具有更少绕线连接的测试控制器(底部视图)

2012年,我开始使用基于pcbs的子板作为点逻辑。这减少了电线包装到很少,如果任何。

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从2012起,带有子板的测试控制器(顶部侧视图)

我最近的设计是由零件过时引起的。8051个变种正在消失,以及支持的开发工具。betway手机投注CPLD是生命的终结(EOL)。所以是时候做一个新的设计了。我选择了Atmel ATMega1281和Xilinx XC95144XL,剩下的为数不多的耐5伏CPLD之一。除缓冲输出外,所有常见的电子设备都是表面安装的。第二处理器(Attiny1634)用于通信,375/750K RS-485或其他协议。该布局旨在支持子板附加组件,betway手机投注但是你仍然可以使用绕线区域,可选择3.3V或5V电源。

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从2016年开始,测试控制器具有近100%的SMD部件,无绕线连接(顶视图)

未来

我对未来有什么看法?我们的电子世界是由供需决定的——如今这意味着智能手机。我们的大多数集成电路供应商都在降低5伏和3.3伏的电压,而倾向于降低1.8伏或更低的电压。大型电容器和其他部件也越来越不常见。我们的下一代测试控制器可能会移动到基于ARM的处理器上,CPLD将被FPGA取代。


Kelly Small是凤凰城霍尼韦尔分部的主要测试工程师,AZ。他在那里工作了40多年,拥有38年的试验工程经验。凯利还参加了Sparkfun的自动驾驶汽车比赛,必威娱乐登录平台他的高科技宝箱在我们的博客.

我们非常重视凯利的参与,但他也参与了开源社区。请在评论部分随意提问。谢谢你的阅读!


评论4评论

  • 感谢您的“沿着记忆之路走”,凯莉!

    我的大部分职业生涯也在测试工程。我主要参与了IC级别的测试。我有一些你可能知道的事情,凯利(Pete),但有些读者可能不知道,至少会觉得有趣。

    第一,你提到你的电路板需要用很多金属丝缠绕。曾经有过(现在可能仍然有)尽管我在这个千年里不需要它,“数控”(数控)机器可以自动进行绕线连接。我们还讨论了用于PCB(印刷电路板)设计的CAD(计算机辅助设计)系统,直到最近几十年,所需要的计算机能力比当今典型的个人计算机所能提供的要多得多,所以当你只需要几份印刷品的时候,做一个定制的印刷电路板设计通常是不实际的。(现在有一些开源的pcb设计包输出行业标准的“gerber文件”,以及许多供应商,他们会在相对较短的时间内以合理的成本将这些文件转换为物理PCB。)

    我的下一点是,PCB级测试的目标与IC测试的目标有些不同。对于多氯联苯,目标是验证(直接或间接)UUT没有空头或开盘价,所有正确的零件都安装正确,它们都是功能性的。对于集成电路测试,我们的理想目标是验证对于每个UUT,或者当我们提到它时,DUT(被测器件)器件上的每一个晶体管都很好,它将在整个速度和电压范围内起作用就像说明书上说的,它达到了指定的输出驱动,输入负载,以及功耗规格。测试人员也被用来做一系列的“表征”测试,用于确定温度范围,所有这些奇怪的图表都在典型数据表的末尾。(高可靠性部件,通常被称为“mil-spec”零件,比“商用”或“汽车”级零件更广泛的测试。

    传统上,IC测试分为三类:逻辑(或“随机逻辑”),记忆,和类比(有时称为“线性”)。有句谚语是这样说的:“你用逻辑来测试记忆,记忆来测试逻辑”。逻辑测试人员(我大部分时间都在那里)有大量的存储“刺激/响应”测试向量的内存阵列,这些向量将按顺序(通常在或者只是上面,被测设备的保证最大速度);验证其功能。内存测试人员(我参与了为数百万美元的IC测试人员设计内存测试“选项”的体系结构)使用逻辑将模式放入RAM并验证它们是否能够正确存储。(模式敏感性是记忆世界中的一个大错误,特别是对于后发展出)。模拟测试通常涉及外部仪器(亲切地称为“机架和堆栈”),尽管像“任意波形发生器”和高速高精度数模转换器这样的东西很常见。

    最后一条评论是:板级测试人员(尤其是“钉子床”测试人员)通常比IC(或“芯片”)测试人员具有更低的速度能力。部分原因是上述目标不同。

    • DKB / 昨天 /

      是的,有很多次我必须提醒管理层,我们的功能测试人员要验证电路板是否正确构建,不验证设计。尽管确实存在重叠。我在做ICT的时候在Teradyne系统上工作,在L210上也有一些功能。后来我们开始使用z1860(zhentel,然后是泰拉达因)。我认识几个在微芯片公司工作的人他们做你描述的IC测试开发。

  • 还有一件可怕的事情:https://photos.app.goo.gl/8qxrdaxfajvarsaa。我用它为我的ZX-81做了一个4K静态内存板。它工作了一年,然后开始出故障。典型的技术。

    • DKB / 大约2小时前 /

      绕线没有问题,如果你做得正确。即方柱,不是圆的。我有一支我80年代买的值得信赖的线装铅笔,可能是无线电室的。我看到Spa必威娱乐登录平台rkfun仍然出售同样的工具,只是蓝色的。这篇文章引用了我9年前在传记中所做的宝箱。那里有几张图片显示了使用过的金属丝包装。

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