某型号点火电路测试系统的设计与改进

张 雷，杨振宇，孙 骜，尹冀波

（中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110032）

1 引言

点火电路作为点火单元的重要组成部分，被广泛应用于航空航天、武器装备等军用领域，确保其质量的工作也是相关科研生产工作的重中之重。某型号点火电路即是这样一款产品。作为一款年产数千只的产品，因其数量需求大，测试工作任务较为繁重，也极其重要。原有的测试系统测试速度较慢，并不能很好地满足当前实际的测试需要,而且还存在测试覆盖不全的问题，不能真正完全保证产品质量，因而需要重新设计一款新的测试系统。

2 需求分析

某型号点火电路的写入详细规范中的电特性要求，代表了该电路在使用过程中需要确保的条件，也是证明该点火电路功能正确性的依据。根据详细规范的要求，该点火电路需要测试功能、导通压降、电源电流、输出高电平电流、输入漏电流、导通时间、关断时间、输出高电平电压、输出低电平电压共9项参数指标，除此之外，通过与用户沟通，尚需在测试中增加一项模拟用户使用条件的功能测试。设计该测试系统需要对这些指标进行全覆盖考虑，而由于在原有的测试中存在通电测试前被测电路管脚自身短路的情况，故此在设计时增加了通电前的输出短路测试。

3 测试系统设计

3.1 测试方法确定

根据对详细规范及用户要求的分析，在所有参数中，功能测试、导通压降、输出高电平电流、导通时间、关断时间、输出高电平电压、输出低电平电压这7项参数的测试条件相同，测试结果也可以一并读出。另外几项参数则需要单独测量，其测试方法确定如下：

(1)输出短路测试：分别测试每个输出端和VCC端之间的二极管特性，如电路有损坏，则会呈现短路或断路特性；

(2)功能测试、导通压降、输出高电平电流、导通时间、关断时间、输出高电平电压、输出低电平电压测试：此7项参数，是将被测电路各通道依次接入电源、脉冲和负载，再由示波器测试得到波形并进行计算得出的，其测试原理图如图1所示（只列出第一通道，其余各通道情况类似）；

图1 功能测试等7项参数测试原理图

(3)电源电流测试：该测试项为空载测试项，电源VCC1接入，输入端全部接0V，在电源读取电源电流，其测试原理图如图2所示；

图2 电源电流参数测试原理图

(4)输入漏电流测试：该参数测试时，电源端接入后，各输入通道依次接入0V及电流表，再由电流表读取输入漏电流，其测试原理图如图3所示（只列出第一通道，其余各通道类似）；

图3 输入漏电流参数测试原理图

(5)模拟用户使用条件的功能测试：该参数测试时，电源端接入，各通道依次接入+2.6V信号，由单片机检测输出信号进行验证。

3.2 整体设计

为了实现自动测试功能，本系统采用上下位机集成的方式：上位机控制下位机与可编程测量设备动作，读取并处理各测试数据；下位机接收上位机下达的命令，控制继电器阵列进行工作[1-2]。

结合需求分析，将测试系统分为两部分，一部分负责测试条件相同的7项参数，另一部分进行另外3项参数的测试。由于导通时间和关断时间受导线长度影响很大，故此部分测试板采取就近测试方式，只能进行单只电路离线测试，称为离线测试板，而另一部分可以将测试板放入高低温箱实现多只电路高低温在线测试，称为在线测试板。

结合详细规范中对各种激励信号的范围与精度的要求，本系统所采用的可编程测量设备如下：

在线部分：采用中鹰锐仪ZY6974作为电路供电电源，采用固纬GPD-3303S作为高低电平控制电源，采用优利德UT61E作为测试万用表；

离线部分：采用中鹰锐仪ZY6974作为电路供电电源，采用安捷伦33250A作为脉冲信号发生器，采用爱德克斯IT8512作为负载，采用安捷伦DSO-5032A作为测试示波器。

根据此方案设计的两部分测试系统的实物图如图4、图5所示。

3.3 硬件设计

本测试系统使用型号为IAP15W1K29S的单片机。其中在线测试板使用两片单片机，分别控制模块的4选1操作与3个测试项目的测试，离线测试板使用一片单片机进行各测试项的控制；采用CH340G作为USB接口芯片与上位机通信；采用ULN2803作为继电器的驱动芯片；采用74HC240芯片防止单片机上电复位后引起继电器误操作[3]。

图4 在线测试系统实物图

图5 离线测试系统实物图

在线测试板分为控制板和夹具板两个部分。夹具板上可插拔4个模块，可一次测试4个模块。在高、低温测试时，夹具板放进高、低温箱，控制板负责电参数测试。在线测试板的功能框图如图6所示。

图6 在线测试系统功能框图

模拟用户使用条件的功能测试在此测试板上进行测试，被测电路的每个输出端均接2Ω电阻，同时并联到一个三极管的基极上，三极管的集电极连接74HC244。给模块某个输入端上高电平，单片机通过读取74HC244的输出值来判断模块的输出功能是否正确。该项测试的结构原理图大致如图7所示。

离线测试板将夹具固定在测试板上，一次只能测试一只被测电路，能够实现导通时间和关断时间的就近测量，尽量减小误差。通过上位机来控制下位机，命令继电器阵列来控制电路的接入方式，用继电器控制电源、脉冲、负载等激励信号的切换，实现被测电路输入方式、输出通道以及满/空载完成测试。其测试结构如图8所示。

3.4 软件设计

本系统软件部分分为上位机软件和下位机软件。上位机软件负责兼容控制在线、离线两套测试系统的下位机及各测试设备；下位机软件则负责分别控制两套测试板上的继电器阵列[4-5]。

图7 模仿用户功能测试结构原理略图

图8 离线测试系统测试结构

上位机软件使用多线程的方法，集成了在线、离线测试系统的所有设备及控制方法，通过简洁的界面选择，能够完成不同测试系统的测试工作，同时还集成了报表生成、自动检测设备是否在计量有效期等功能。上位机软件的界面如图9所示。进行测试时，通过测试板选择部分来确定在线或离线测试板，通过“设备连接”按钮实现可编程设备及下位机的连接，在常温测试前要先进行输出短路测试，确保被测电路在通电测试前不会发生短路，之后进行带电测试。由于高低温测试时有一部分是移位测试，为减少测试时间，且因为常温已经测试过输出短路测试，故跳过该项目，直接进行后续测试。测试完成后通过“生成Excel”按钮自动生成测试报表[6]。

图9 上位机界面

下位机软件部分是实现接收并判断上位机下达的指令，控制继电器阵列做出相应的动作。下位机软件流程图如图10所示。

4 存在问题及改进措施

4.1 存在问题

本测试系统研制成功并投入使用后，覆盖了某型号点火电路的全部测试项，能够保质保量地完成测试任务。但由于测试任务较重，在线、离线两套系统基本上需要同时使用，这就需要使用双倍的本可以复用的测试设备，占用空间大且不便移动。而且由于在线系统的测试时间较短，离线系统的测试时间相对较长，在两个系统上测试时，只能将被测电路分批进行不同测试，从而导致在高低温测试过程中，被测电路需要升降温两次。这些都大大降低了测试效率。

图10 下位机软件流程图

4.2 硬件部分改进

针对两套测试系统占用设备多，测试时间长，被测电路需要升降温两次的问题，在改进时将在线、离线两部分测试板合成为一块新的测试板，减少了元器件的使用数量，缩小了测试板尺寸。改进后硬件原理基本不变，可以完成一只被测电路的全覆盖测试。改进后的测试板如图11所示[7]。

图11 改进后的某点火电路测试板

4.3 软件部分改进

考虑到原有的在线、离线测试系统可能还会再次使用，因此软件部分保留了原来的所有功能及界面选择操作，同时又兼容了改进的测试板控制方案。通过增加的“一体化”测试选项进行新系统的控制，增加了一台合并后不能复用的万用表，并且根据在测试过程中曾出现过的隐患问题，增加了内部测试项100℃测试以及超限停止等功能，可以选择是否启用这些功能。改进后的软件界面如图12所示[8]。

图12 改进后的上位机软件界面

4.4 占用空间部分改进

针对原来设备多、占用空间大、不便移动的问题，改进时将测试板装箱，内部连线固化，并将测试箱与计算机及所有测试设备装入标准机柜，既节省了空间，便于移动，又使得测试系统外观整洁美观。改进后的整体机柜图如图13所示[9-10]。

图13 整体机柜图

5 结束语

某型号点火电路测试系统的研制和改进，不仅覆盖了全部测试项，能够更好地保证质量，而且提高了测试效率，减少人力物力的投入。但由于经验不足，对测试过程中可能出现的问题估计不够，难免出现一些影响测试效率的瑕疵，在此之上经过改进，又再一次提高了测试效率，并且固化了设备，提高了测试一致性，最终能完全满足大批量生产测试的需求。