自動測試系統設計

微電子、計算機、傳感器和信息處理技術等現代科技的發展，對自動檢測技術的發展提供了有利的條件，奠定了新一代ATS的基礎，成為推動其體系結構、測試方法、測試技術不斷進步的強大動力。自動測試設備(ATE)和自動測試系統(ATS)的研究，已成為世界各國發展的重點。目前，在ATS技術方面，標準化、模塊化和系列化已經成為發展的必然趨勢。標準化的總線技術是ATS發展的關鍵技術基礎，目前在自動測試領域，多總線技術并存，呈現出“百花齊放、百家爭鳴”的局面。主要的測試總線有VXI、PXI、LXI和AXIe等。

1 VXI和PXI總線

VXI總線規范于1992年9月被IEEE標準局批準為IEEE-1155-1992標準。VXI總線是測試儀器模塊化的卓越代表，它擁有穩定的電源、強有力的冷卻能力和嚴格的RFI／EMI屏蔽。具有結構緊湊、數據吞吐能力強、定時和同步精確等特點，適用于組建大、中規模的自動測量系統和對速度、精度要求高的應用場合。VXI主要用于大型的ATE系統、航空、航天等國防軍工領域。

以NI公司為首的PXI系統聯盟成立于1997年9月。PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)不僅是一個總線技術，同時也是一個基于PC技術的模塊化I／O的標準，為基于PC的自動化測試測量與控制系統架構添加了集成的定時和同步功能、工業級的堅固設計、以及更多的通道數。

2 LXI和AXIe總線

2004年9月，以安捷倫公司為首的LXI總線聯合體成立，2005年發布LXI標準1．0版本，并推出第一批LXI模塊。LXI總線的基礎設施是以太網，通過高速以太網實現儀器系統從局域至廣域的全球連網，依靠IEEE1588精確定時協議獲得整個儀器系統的全球定時同步。目的是以簡單、經濟、高速、實用的硬件和軟件構建新一代的測試測量系統，其目的是代替已使用40年的GPIB總線。

2009年11月，安捷倫科技有限公司、艾法斯公司和Test Evolution公司聯合成立AXIe聯盟，旨在開發和推廣AXIe系列標準。AXIe在制定之初參考了AdvancedTCA、PXI、LXI和IVI等現有的標準，是一個以AdvancedTCA為基礎的開放式標準，其目標是創建一個由元器件、模塊和儀器組成的動態系統，推動通用儀器和模塊化測試的發展。AXIe標準可提供最大的可擴展性，滿足各種平臺的需求，包括通用機架堆棧式系統、模塊化系統、半導體ATE系統，以及工作臺和模塊化插件。

3 PXI、LXI和AXIe的比較

PXI總線擁有較高的總線帶寬，同時擁有非常低的傳輸延遲，這一點是其他總線所無法比擬的，同時PXI通過升級到PXI Express總線，可以實現更高的速度和更大的帶寬，但是PXI總線的模塊化設計限制了其向更大規模、更廣局域的自動測試系統的擴展能力。

LXI總線基于以太網，因此其擴展能力較強，但由于其采用儀器化設計，在成本上不具備優勢，同時在軟件開發和傳輸速率上有一定的局限性。

與VXI和PXle總線技術相比，AXIe可提供更大PCB尺寸、輸出功率、高效散熱、高速靈活的數據通信架構，以及AdvancedTCA標準的靈活性，同時還能與AdvancedTCA標準兼容。其主要特點為面積為900 cm2的模塊電路板；多達62個通道的本地總線可使相鄰模塊數據傳輸速率達到600 Gbit·s-1；低時延和高速PCI總線使儀器至計算機間的數據傳輸速率達到10 Gbit·s-1；行業標準和靈活的LAN通信以及可用于儀器同步的總線和徑向分布式計時和觸發。

4 基于AXIe總線的ATS設計

AXIe采用分層體系結構，建立在AdvancedTCA標準(PICMG 3．0和3．4)的基礎上，可提供大型PCB、LAN、PCIe和系統管理等特性?；贏dvancedTCA的AXIe1．0標準適用于通用儀器，并添加了核心觸發功能、定時功能和高速本地總線。AXIe1．0是在背板1區和2區連接器上實現上述功能的，無需指定后面板連接器或使用模塊或背板3區的接口。AXIe1.0還可針對特定應用領域進行擴展設計，例如半導體測試(AXIe3.1)，并可包括關于模塊后面板連接的規定。

AXIe儀器可在典型的機架堆疊式配置中與基于現有標準PXI、LXI和IVI的儀器實現集成。例如，PXI儀器能夠在機架中垂直安裝并使用機架式安裝、嵌入式或臺式控制器。在同一機架中水平安裝的AXIe模塊可作為虛擬PXI或LXI儀器使用。機架中還可添加LXI綜合儀器。

基于PCIe的AXIe儀器模塊可像PGIe模塊一樣充當控制計算機，其工作方式與PXI儀器模塊相同?；贚AN的AXIe儀器模塊可像網絡節點一樣充當控制計算機，其工作方式與LXI儀器相同。所有這些儀器均能使用符合IVI標準、可在所有應用程序開發環境中運行的驅動程序。

基于AXIe總線的某型地面測試設備故障診斷自動測試系統硬件構成如圖1所示。

軟件系統包括測試診斷平臺、用戶界面、數據信息管理平臺及在線幫助等功能模塊。測試診斷平臺根據操作人員輸入的診斷步驟、模擬激勵、數據激勵、信號類型、測試節點、儀器操作等完成測試診斷程序對被測儀器設備進行故障診斷和定位，同時提供自動監測和信息提示功能；用戶界面生成診斷執行界面的顯示內容，完成人機界面的交互設置；數據信息管理平臺完成設備故障統計和板級故障統計分析、故障趨勢分析和預測試功能，實現故障診斷測試、信息分析反饋的融合。測試軟件采用LabVIEW開發。LabVIEW軟件提供了對AXIe設備的良好支持，能夠實現對測試數據的無縫連接。瀏覽界面采用測試軟件構成，如圖2所示。

5 自動測試系統的發展趨勢

通過PXI、LXI和AXIe等測試總線比較可以看出，對于自動測試系統來說，其最終的目的是提供高速、高度自動化、高兼容性的測試設備和程序，其發展趨勢將繼續沿著標準化、系列化和模塊化方向發展，同時加大采用新型系統總線、高性能計算機、人工智能與專家系統等各種新技術的力度，進一步改善ATE／ATS的綜合性能。同時ATS設備將向小型化、便攜化和通用化方向發展。為降低成本，測控系統將大量采用COTS技術，進一步加強系統的互換性和互操作性，確保系統的先進性、成熟性、和穩定性，注重綜合診斷支持系統設計思想，向故障診斷和測試一體化系統的開放式結構發展。測控總線將呈現多總線并存的特點，但是測控總線最終的結果是隨著計算機技術的發展，實現總線技術的統一。