單板硬件測試規(guī)范

1、文檔名稱:電源單板硬件測試規(guī)范頁數(shù): 第 75 頁 共 75 頁電源單板硬件測試規(guī)范修 訂 信 息 登 記 表目 錄前 言6摘 要：7關(guān)鍵詞：7縮略詞解釋7一.目 的7二.適用范圍7三.引用/參考標準或資料7四.名詞解釋7五.測試基本原則及判定準則75.1 測試基本原則75.2 技術(shù)指標說明85.3 不合格測試項目分類準則85.4 質(zhì)量判定準則85.5 測試準備8六.測試儀器、測試工具、測試環(huán)境86.1 測試儀器86.2 測試工具96.3 測試環(huán)境9七.測試項目、測試說明、測試方法、判定標準97.1 外觀及尺寸審查97.2 電路原理圖審查107.2.1 基準電路107.2.2 濾波電路107.

2、2.3 保護電路127.2.4 看門狗電路127.2.5 ID電路147.2.6 緩沖驅(qū)動電路147.2.7 鎖存電路157.2.8 分壓電路167.2.9 鍵盤電路167.2.10模擬量通道選擇電路177.2.11 有效值電路197.2.12 差分放大電路207.2.13 壓頻轉(zhuǎn)換電路217.2.14 RS485/422電路237.2.15 RS232電路287.2.16 CAN電路297.2.17 CPU基本電路審查317.2.17.1 MCS51基本電路317.2.17.2 TI DSP基本電路327.2.17.3 MPC852基本電路357.2.17.4 ARM基本電路367.2.18

3、 繼電器電路397.2.19 交流電壓采樣電路417.3 信號測量427.3.1 基準電路427.3.2 看門狗電路447.3.3 時鐘電路467.3.4 ID電路477.3.5 分壓電路477.3.6 IIC電路487.3.7 有效值電路497.3.8 平均值電路497.3.9 差分放大電路517.3.10 交流頻率采樣電路517.3.11 電池熔絲狀態(tài)檢測電路537.3.12 壓頻轉(zhuǎn)換電路557.3.13 光耦固態(tài)繼電器567.3.14 光藕電路577.3.15 RS485/422電路577.3.16 RS232電路587.3.17 CAN電路597.3.18 CPU電路信號測量617.3

4、.18.1 MCS51單片機基本電路617.3.18.2 DSP基本電路617.3.18.3 MPC852基本電路637.3.18.4 ARM基本電路647.4 電路計算657.4.1 TVS電路657.4.2 光耦固態(tài)繼電器677.4.3 光藕計算687.4.4 差分放大電路計算717.4.5 單板電路功耗計算717.5 研究性測試727.5.1 近場騷擾測試72八.附錄758.1 測試方案模板758.2 測試項目手冊模板758.3 單板測試CheckList758.4 整流模塊DSP硬件測試規(guī)范768.5 邏輯電平76前 言摘 要： 本規(guī)范介紹了電源單板硬件測試的項目、測試方法以及測試原理

5、。關(guān)鍵詞：電源單板硬件測試 原理圖 波形測量 電路計算縮略詞解釋LCD: Liquid Crystal DisplayLED: Light Emitting DiodeCPU: Central Processing Unit一. 目 的規(guī)范監(jiān)控單板的白盒、極限測試，包含測試項目、測試說明、測試方法以及判定標準等；規(guī)范通信監(jiān)控單板白盒極限測試的基本原則、不合格問題分類與質(zhì)量判定標準；返回目錄二. 適用范圍適用于公司所生產(chǎn)的電源系統(tǒng)及環(huán)境監(jiān)控的監(jiān)控單板。返回目錄三. 引用/參考標準或資料產(chǎn)品開發(fā)規(guī)格書、單板詳細設(shè)計書返回目錄四. 名詞解釋1 IEC ：國際電工委員會2 EUT ：被測設(shè)備3 劣化(

6、性能)：任何裝置、設(shè)備或系統(tǒng)的工作性能與正常性能非期望的偏離。劣化可應(yīng)用于暫時性或永久性的故障。4正常工作：監(jiān)控單板功能符合設(shè)計要求。返回目錄五. 測試基本原則及判定準則5.1 測試基本原則以標準（IEC標準和其它國際標準、國家標準、部頒標準）、開發(fā)規(guī)格書、企業(yè)標準、測試規(guī)范為依據(jù)，以測試數(shù)據(jù)為準繩，站在用戶的角度上對監(jiān)控單板進行評測，將功能缺陷與故障隱患暴露在測試階段。系統(tǒng)指標判據(jù)以開發(fā)規(guī)格書和企業(yè)標準為準，當測試項目在開發(fā)規(guī)格書和企業(yè)標準中未明確界定時，以測試規(guī)范中系統(tǒng)指標的默認參考指標或相關(guān)行業(yè)標準為準。測試工作不受項目開發(fā)組態(tài)度與思路及其他干擾測試過程因素的影響，獨立按照測試流程進行。

7、樣機測試中，如果因測試問題較嚴重，已影響系統(tǒng)測試工作的順利進行，需停止測試，方允許在受測系統(tǒng)上進行修改，項目開發(fā)組對問題進行修改并完成自測后，重新提交測試申請，轉(zhuǎn)入下一循環(huán)的測試。其余情況下，測試問題只能在第二套樣機上進行修改及自測，并進行記錄。在下一測試階段，對改正后的測試問題進行系統(tǒng)驗證并進行其它項目的測試。中試測試著重測試設(shè)計產(chǎn)品的復制效果復制品性能、指標的達標情況。返回目錄5.2 技術(shù)指標說明開發(fā)規(guī)格書或企業(yè)標準規(guī)定的指標低于業(yè)界相關(guān)標準的規(guī)定時，需修改開發(fā)規(guī)格書或企業(yè)標準，否則依據(jù)業(yè)界標準判定開發(fā)規(guī)格書或企業(yè)標準不合格，并提請總體辦重新對開發(fā)規(guī)格書或企業(yè)標準進行評審。l指標界定部標為

8、最低標準，當開發(fā)規(guī)格書優(yōu)于部標、國標或國際標準時，以開發(fā)規(guī)格書和企業(yè)標準為準：未做特殊說明的指標為開發(fā)規(guī)格書、項目任務(wù)書及相關(guān)標準中界定的指標要求，是產(chǎn)品必須具備的基本指標。返回目錄5.3 不合格測試項目分類準則請參考測試部制定的測試問題分類標準。返回目錄5.4 質(zhì)量判定準則l合格判定： 無A、B類不合格項，C類不合格項小于3項，判定系統(tǒng)合格。l不合格判定：A、B類問題，一項不合格，既判定系統(tǒng)不合格；C類問題， 三項（不含三項）以上不合格，既判定系統(tǒng)不合格；lD類問題判定：由總體組和專家組，參照技術(shù)、市場、生產(chǎn)、成本等等限制條件確定其對系統(tǒng)合格與否的影響。對D類問題的判定結(jié)果，由總體組和專家組

9、負責，不計入測試部的評定指標范圍。l 對本規(guī)范，如果沒有特別說明，不合格的為嚴重問題。返回目錄5.5 測試準備單板測試前需要先進行上下電切換20次及快速上下電20次，人為以最快的速度進行上下電，（考察CPU及SDRAM和Flash是否因掉電時間緩慢引起異常），不能有損壞，監(jiān)控不能出現(xiàn)重啟及其它異常情況，才開始測試。返回目錄六. 測試儀器、測試工具、測試環(huán)境6.1 測試儀器序號儀器儀表精度及級別1名稱參考型號2數(shù)字萬用表FLUKE-453數(shù)字萬用表FLUKE-1874模擬示波器100MHZ 或 20MHZ5數(shù)字示波器Tek TDS510A500MHZ，500MS/S6數(shù)示示波器Tek TD340

10、A100MHZ100MHZ，500MS/S7可調(diào)穩(wěn)壓電源WYK100-10輸出電壓：0 100V輸出電流：0 10A 8雙路跟蹤穩(wěn)壓穩(wěn)流電源DH1718D-40-32V，0-3A9計算機PIII800以上帶網(wǎng)口，串口，WIN98/2K/XP10信號源CA10011函數(shù)發(fā)生器HP33120A返回目錄6.2 測試工具POWERSTAR 后臺測試軟件；監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)、外通信協(xié)議測試平臺。返回目錄6.3 測試環(huán)境測試實驗室七. 測試項目、測試說明、測試方法、判定標準7.1 外觀及尺寸審查l測試說明：1) 初樣樣機單板飛線不能超過3處，不能存在飛器件；其他版本樣機不能存在飛線和飛器件現(xiàn)象；2) 插座應(yīng)該有防

11、插錯功能；（詳見保護電路測試）3) 建議有電源指示燈或電源指示燈接口4）樣機尺寸應(yīng)符合規(guī)格書要求l測試方法：外觀：目測。尺寸：使用長度量具測量。l判定標準：符合測試說明，合格；否則，則判定不合格。l參考案例：案例1【現(xiàn)象描述】SM模塊的電源輸入口與RS485通訊口的插座相同，無防插座處理，導致測試時，將RS485通訊線與電源輸入口差錯，從而將連接在RS485總線的所有SM模塊端口損壞。返回目錄7.2 電路原理圖審查7.2.1 基準電路l測試說明：模擬量在采樣時需要有基準電路，當基準發(fā)生變化時，將導致模擬量采樣發(fā)生漂移或嚴重偏離實際輸入。電壓基準源分為并聯(lián)型和串聯(lián)穩(wěn)壓型。并聯(lián)型基準主要是利用半導

12、體結(jié)的正負溫度特性，通過設(shè)計一定的間隙電壓下，其溫度系數(shù)最小。一般的間隙電壓有2.5V, 1.24V，1.225V等。2.5V我司主要推薦使用AZ431，HA17431H。1.24V 主要使用AZ431L，LMV431。1.225V主要采用 LM4041，TS4041。串聯(lián)穩(wěn)壓型，其結(jié)構(gòu)同電壓調(diào)整器類似，其內(nèi)部一般也需要一個基準源，外部有高精度的反饋網(wǎng)絡(luò)。由于一般要采用特殊的工藝，制程較復雜，價格較貴。此基準能做到高精度，低溫度系數(shù)。主要用于高精度和低溫漂的場合。串聯(lián)型基準主要采用2.5V，2.048V基準。SOT-23封裝是以后主要封裝，35年內(nèi)基本不會淘汰。我司推薦ADR380，MAX60

13、21 ?；鶞孰娐返幕鶞试吹倪x取應(yīng)該使用公司推薦的芯片。同時基準只用于電壓參考，不允許直接用于作電源供電或輸出較大的電流。l測試方法：1. 基準電路的基準源的選取應(yīng)該滿足測試說明，否則提一建議問題。2. 檢查電路原理圖，基準是否只用于電壓參考，不允許直接用于作電源供電或輸出較大的電流。l判定標準： 符合測試說明為合格，否則不合格。l 參考案例：無返回目錄7.2.2 濾波電路l測試說明：在單板的電源輸入側(cè)，出于對電源質(zhì)量，上電特性及熱插拔的需要，需要加電源濾波電路。電源濾波電路的形式有多種，可以是單電容型、單電感型、L型、型濾波器，其中比較通用，效果較好的是形電源濾波器，它的基本電路形式為圖1所示

14、。圖1 形電源濾波器單板中形電源濾波器的容抗及感抗參數(shù)應(yīng)按實際需要進行選擇，濾波器中的C1與C2，C3與C4一般是由電解電容及高頻電容組成的并聯(lián)電容組，其中C2與C3一般為電解電容，其主要作用是濾除電源中的低頻噪聲，而C1與C4一般為獨石或瓷片電容，主要作用是為了濾除電源上的高頻噪聲。輸入側(cè)的電解電容的容值一般不宜過大，否則當單板帶電插入時相當于對電源并入一大電容，可能會將電源電壓瞬間拉低造成同框單板復位。輸入側(cè)高頻電容的值一般在0.01uf-0.1uf之間，低頻電容一般選擇在10uf-47uf之間。電感的作用為抑制電流瞬間變化，電感越大，抑制效果越好。但同時電感太大時單板的上電特性不好，上電

15、及掉電或帶電插拔時，電感兩端會產(chǎn)生反電勢，這樣會對后面的負載產(chǎn)生影響。故參數(shù)不宜過大，推薦的參數(shù)為10uH-40uH。標準值為10uH。輸出側(cè)的電容不僅要完成去耦及過濾紋波的作用，并且還須維持輸出電平不受電感反電勢的影響，兼顧考慮板內(nèi)負載大小及板內(nèi)其他去耦電容的數(shù)量，推薦參數(shù)為低頻電容10uf-50uf，高頻電容0.01uf-0.1uf。電容電感的實際取值要由單板的電路及單板需要完成的功能具體決定。實用的電源濾波器圖2 電源濾波器的實用電路如圖所示為一種比較實用的電源濾波器，它對濾除差模噪聲和共模噪聲都有一定的效果。共模電感 L1 在濾除差模噪聲的同時對共模噪聲有顯著效果，同時 C7、C11

16、也是濾除共模噪聲，一般選用1000pF0.1uF 的瓷介電容，有較好的高頻特性，這兩個電容的接地阻抗也要求盡可能的小，其值選的較大時有助于增強濾波效果，但卻使接地阻抗減小，漏電流變大，因此應(yīng)考慮漏電流的影響。共模電感的鐵心應(yīng)選取較難磁飽和且注意截面積不能太小，否則易使鐵心磁飽和而使濾波效果下降。輸出濾波器可根據(jù)使用對象對電源的要求來選取，數(shù)字電路尤其是高速數(shù)字電路對電源要求比較高，可選用如下的濾波電路：圖3 電源輸出濾波器l測試方法：1）審查電路中有無電源濾波器。如無電源濾波器則測試中應(yīng)重點測試單板帶電插拔性能、電源波動時單板的工作性能，以及頻繁上電對單板的沖擊。2）審查電路中電源濾波器的電路

17、拓撲，如果與測試說明中的濾波器不同，則需要進行一下項目測試:a在電源輸入的要求電壓范圍內(nèi)變化，用示波器測量輸出電壓紋波峰峰值。電源紋波應(yīng)該小于額定輸出的3；b對單板頻繁上下電5次，觀察是否存在單板不能啟動或正常工作的情況。l判定標準：1） 檢查電路拓撲是否為公司推薦的拓撲結(jié)構(gòu)與參數(shù)范圍，否則提一個建議問題。2） 滿足測試說明，合格；否則，不合格。l參考案例：無返回目錄7.2.3 保護電路l測試說明：電源的極性保護電路有兩種形式，一種是電源的正負極性接反時，電路不工作，只做保護，這時只是在電源的一極串入一個正向?qū)ǖ亩O管，在電源方向接反時，由于二極管的方向截止特性保護了內(nèi)部電路；一種是對電源的

18、方向沒有要求，正負都可以工作，這時電源輸入端應(yīng)有整流電路，常用的是使用二極管或硅橋整流電路。電源的極性保護電路通常在電源濾波器的之前。電源保護電路建議在正極輸入端串聯(lián)保險絲進行過流保護，當電流太大時，保險絲熔斷或暫時熔斷對單板進行保護。l測試方法：審查有無電源的極性保護電路，對于沒有該電路的單板，應(yīng)要求在電源的輸入端具有防反插功能，且有明顯的極性指示標志。l判定標準：1） 對于有電源極性保護電路的單板，如果電源極性反接，單板不損壞，為合格，否則，該項不合格；2） 對于沒有該電路的單板，應(yīng)要求在電源的輸入端具有防反插功能，且有明顯的極性指示標志，否則判為不合格。l參考案例：無返回目錄7.2.4

19、看門狗電路l測試說明：復位電路保證在電源來電的時候，硬件電路部分能夠可靠復位，保證關(guān)鍵電路或芯片的邏輯是一個正確的邏輯或不改變系統(tǒng)當前應(yīng)處的狀態(tài)；在電源掉電或電源電壓（低于最低工作電壓）下降過程中，保證復位電平使單板處于復位有效狀態(tài)?？撮T狗電路保證在系統(tǒng)陷入死循環(huán)、沒有在要求時間內(nèi)喂狗、電源中斷或電源電壓低到已不能使電路正常工作時，對單板復位。我司主要使用的復位電路有看門狗電路和手動復位電路?？撮T狗芯片主要使用有：ADM706、TC1232，這兩種芯片是WDT、復位功能合一的芯片。但TC1232公司已經(jīng)不再使用，這里主要討論ADM706的使用。使用ADM706時，注意以下事項：1) /WDO

20、應(yīng)連接到 /MR，保證WatchDog 有效，否則 WDT不會被觸發(fā)。2) PFI（POWER FAIL INPUT）不使用時不能懸空；3) 由于 /RESET 輸出低電平為有效復位信號，平時保持高電平輸出。對于要求高電平復位的芯片應(yīng)注意增加反相器進行反向；4) 需要復位的芯片比較多時，應(yīng)注意ADM706的復位驅(qū)動電流能力，必要時應(yīng)增加功率驅(qū)動（ADM706 在輸出復位信號為高電平時，拉電流為800uA；在輸出低電平時，灌電流為3.2mA）；5) ADM706的 Vcc 在小于 1V 時輸出有效復位電平，并在 Vcc 恢復正常后保持 200ms ，因此對于部分對工作電壓要求比較嚴格的芯片可采用

21、 ADM706 做WDT 同時還具備電壓監(jiān)視的功能；6) 應(yīng)有喂狗指示電路，即應(yīng)有喂狗指示燈；7) ADM706 作為WDT 使用時的典型電路入圖4所示：圖4 看門狗電路4.7kW的上拉電阻主要是改善輸出驅(qū)動能力和復位波形。有手動復位時，可以在 /MR 端接復位鍵或在輸出端接復位鍵，通常在 /MR端接手動復位鍵。8)reset 引腳輸出濾波電路檢查，若在電路設(shè)計的時候，在RESET引腳的輸出增加濾波電路的情況下，濾波電路一般采用RC濾波，見下圖：但RC濾波電路電路的時間常數(shù)過長（雖然抗干擾性提高了），會導致復位電路的電壓下降過慢，可能會出現(xiàn)單板掉電的時候（如上下電過程中），電源電壓已經(jīng)掉到一個

22、不穩(wěn)定狀態(tài)（cpu還工作，但不穩(wěn)定），但復位電路電壓還比較高，不能夠有效復位，這種情況下，可能會出現(xiàn)cpu運作錯亂，在操作flash時，會出現(xiàn)操作flash出錯甚至改寫flash數(shù)據(jù)的情況出現(xiàn)，而導致單板程序出問題。類似的例子已經(jīng)在plc產(chǎn)品上出現(xiàn)。故必須進行RC濾波的檢查。（plc出問題的產(chǎn)品的RC時間常數(shù)為T4.7K1uF4.7mS，要求檢查時間常數(shù)RC必須小于0.47mS（小于出問題的0.1倍），如果設(shè)計的時間常數(shù)大于0.47mS，需要通過反復測試上下電過程中，復位電路的輸出信號確定是否有問題。l測試方法：按測試說明審查電路l判定標準：符合測試說明，合格；否則，不合格。l 參考案例：返回

23、目錄7.2.5 ID電路l測試說明：ID 信號即為單板的板位信號，通常用來作通訊地址譯碼選擇、單板類型選擇、波特率選擇、硬件電路的控制等，典型ID信號在母板上懸空或接GND，所以在單板上需作處理，推薦使用電路如下：ID典型電路圖中：1)撥碼開關(guān)為OFF時，ID管腳懸空，ID信號由上拉電阻上拉為高電平1；撥碼開關(guān)為ON時，ID管腳接地為低電平代表邏輯0。2）需要加上拉電阻和限流電阻。上拉電阻建議取4.710kW，隔離限流電阻一般取220。在有熱插拔要求時，220W的隔離限流電阻主要起到抑制單板插拔時的瞬間電流過強，對芯片影響大而導致問題發(fā)生甚至芯片損壞。l測試方法：1 檢查是否有上拉電阻，電阻值

24、是否合適。公司推薦優(yōu)選上拉電阻方案，不選下拉電阻方案。2 熱插拔要求時，檢查是否有限流電阻或經(jīng)過緩沖驅(qū)動器隔離。l判定標準：1檢查是否有上拉電阻，否則不合格，為嚴重問題； 2熱插拔要求時，檢查是否有限流電阻或經(jīng)過緩沖驅(qū)動器隔離，限流電阻推薦阻值為220歐。阻值選擇原則為，撥碼開關(guān)閉合時，VIDout 200mV）及共模干擾電壓的處理應(yīng)合適，在終端匹配網(wǎng)絡(luò)中串入2個二極管，利用二極管的鉗位吸收作用消除空閑電平。5）對應(yīng)485的終端中的終端電阻的選取應(yīng)合適（一般輸出端需要上拉電阻，阻值依據(jù)設(shè)計的驅(qū)動能力，一般范圍為1K10K，僅供參考）。6）對于485電路缺省狀態(tài)，應(yīng)該為接收狀態(tài)，避免從機初始化過

25、程或故障時，影響總線的正常功能。l測試方法：詳見測試關(guān)注點。l判定標準：滿足測試說明，合格；否則，不合格。l參考案例：案例1：測試方法不當造成的通信中斷 【現(xiàn)象描述】 多屏系統(tǒng)通訊時，使用一個示波器探頭測試其通訊波形時導致通訊失敗不能恢復，通過修改軟件后，為繼續(xù)跟蹤該問題，使用了兩個普通示波器探頭（P6109B型），通道1測試通信總線上的差分驅(qū)動信號，通道2測試通信的收發(fā)控制信號。結(jié)果更加頻繁地導致通訊失敗，且該現(xiàn)象每次都可復現(xiàn)。 【原因分析】開始時，我們還以為是除了軟件原因外還有其它原因，但最后發(fā)現(xiàn)是由于示波器使用方法不對，原因是通道1測試的差分信號的地電位和通道2的地電位相同，導致差分信號中的TX-和GND短路，引起數(shù)據(jù)總線上的電位變化從而導致通訊失敗。由此可見，由于儀器的使用不當同樣會導致很多問題。使用普通探頭測量差分信號時，一定要注意此問題。案例2：終端匹配電阻對RS485通訊的影響【現(xiàn)象描述】在進行PROFIBUS適配器調(diào)試時，總線通訊速率1.5Mbps，通訊距離15米（雙絞線），系統(tǒng)不能正常工作，表現(xiàn)為適配器不能穩(wěn)定地處于數(shù)據(jù)交換狀態(tài)。降低波特率至500Kbps后工作正常。【原因分析】 在實驗室環(huán)境下，干擾并不嚴重，并且通訊距離較短，所以可以排除是外界電磁干擾的影響。降低波特率后工作正常，并且1.5Mbps遠未達到PROFIBUS接口芯片的極限速率