2022年自动测试系统的原理、应用与发展 .pdf

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1、1 自动测试系统的原理、应用与发展北京航空航天大学自动化学院测控系李行善 于劲松摘要自动测试系统（ATS ）广泛应用于各类产品（器件、部件、电路板、设备或系统）从设计、 生产到使用维护的各个阶段，对提高产品性能及生产率，降低生产成本及整个生命周期成本，起着重要作用。对于飞机、导弹、舰船或武器系统，自动测试系统更是这些它们的综合保障设备的重要组成部分，对保障各类设备或武器系统的机动性和提高战斗力有重要意义。本文介绍自动测试系统的工作原理及发展概况，自动测试设备(ATE) 的类型及测试程序集(TPS)开发的主要内容，并对一些有代表性的通用自动测试系统进行了评述。希望本文对国内从事这方面的研究工作的

2、读者有所帮助。1 自动测试系统（ ATS）的发展概况1.1 自动测试系统的概念与组成一般意义的自动测试系统是对那些能自动完成激励、测量、数据处理并显示或输出测试结果的一类系统的统称。通常这类系统是在标准的测控系统总线或仪器总线（CAMAC、GPIB、VXI、PXI 等）的基础上组建而成的，并且具有高速度、高精度、多功能、多参数和宽测量范围等众多特点。工程上的自动测试系统（Automatic Test System，缩写为ATS ）往往针对一定的应用领域和被测对象，并且常以应用对象命名，如飞机自动测试系统，发动机自动测试系统，雷达自动测试系统，印制电路板自动测试系统等，也可以按照应用场合来划分，

3、例如可分为生产过程用自动测试系统，场站维护用自动测试系统等。自动测试系统（ATS ）由自动测试设备（Automatic Test Equipment，ATE ） ，测试程序集（ Test Program Set，TPS ）和 TPS软件开发工具所组成，如图1 所示。图 1 自动测试系统的组成名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 19 页 - - - - - - - - - 2 自动测试设备（ATE ）是指用来完成测试任务的全部硬件和相应的操作系统软件。ATE的心

4、脏是计算机，该计算机用来控制复杂的测试仪器如数字多用表，波形分析仪， 信号发生器及开关组件等。 这些设备在测试软件的控制下工作，通常是提供被测对象中的电路或部件所要求的激励， 然后在不同的引脚、端口或连接点上测量被测对象的响应，确定该被测对象是否具有规范中规定的功能或性能。ATE有着自己的操作系统，以实现内部事务的管理、跟踪维护要求及测试过程排序，并存储和检索相应的技术手册内容。ATE的典型特征是它在功能上的灵活性，例如用一台ATE可以测试多种不同类型的电子设备。从部件检测角度，ATE可用来实现对两类黑盒子的测试，也就是用来测试：现场可更换单元（Line Replaceable Units ，

5、LRUs ）或武器可更换组件（Weapons Replaceable Assemblies ，WRAs ） ；车间可更换单元（ Shop Replaceable Units，SRUs ） 。测试程序集 （TPS ）是与被测对象及其测试要求密切相关的。测试程序集由三部分组成，测试程序软件；测试接口适配器，测试被测对象所需的各种文件。测试软件通常用标准测试语言如ATLAS写成。对有些ATE ，其测试软件是直接用通用计算机语言如C，Ada 编写的。被测对象（Unit Under Test，UUT ）有着各种不同的连接要求和输入/ 输出端口，因此 UUT连到 ATE通常要求有相应的接口设备，称为接口适

6、配器，它完成UUT到 ATE的正确、可靠的连接，并且为ATE中的各个信号点到UUT中的相应I/O 引脚指定信号路径。开发测试软件要求一系列的工具，这些工具统称为测试程序集软件开发工具，有时亦被称为 TPS软件开发环境，它可包括：ATE和 UUT仿真器， ATE 和 UUT描述语言；编程工具， 如各种编译器等。不同的自动测试系统所能提供的测试程序集软件开发工具会有所不同。1.2 自动测试系统的应用范围自动测试系统主要应用在如下场合：1. 高速、高效率的功能、性能测试。那些大批量生产并且测试项目多而且复杂的电子产品（如大规模集成电路，大批量生产的印制电路板或电路组件等），必须采用相应的自动测试系统

7、。2. 快速检测、诊断/ 维护，提高装备的机动性。飞机在飞行前和飞行后，导弹、鱼雷等武器在发射前， 都需要快速检测与诊断，遇有故障则迅速定位与排除。没有先进的自动测试系统支持根本不行。3. 高档复杂设备的综合检测及过程监视。飞机设计过程中需要用一些自动测试系统来支持设计验证；在飞机生产/ 装配过程中，自动测试系统用来对并行作业的各个子系统的生产/ 装配过程进行测试和监视，实施协调和管理。军用高档设备研制过程中，环境试验（高、低温，湿度，振动，过载等）主要目的是分辨或替代那些不能承受恶劣环境条件的部件。由于处于环境试验中的被测对象复杂而贵重，测试项目多， 而且要求在给定的很短时间内完成，也必须采

8、用相应的自动测试设备才能完成。1.3 自动测试系统的发展概况自动测试系统经历了从专用型向通用型发展的过程。在早期，仅侧重于自动测试设备（ATE ）本体的研制，近来，则着眼于建立整个自动测试系统体系结构，同时注重ATE研制和 TPS的开发及可移植， 以及人工智能在自动测试系统中的应用，正向着分布式的集成诊断测试系统发展。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 19 页 - - - - - - - - - 3 1.3.1 自动测试系统发展的三个阶段自动测试系统的发展过

9、程大体上可分为三个阶段：1. 第一代自动测试系统专用型专用型系统是针对具体测试要求而研制的，主要用于测试工作量很大的重复测试，高可靠性的复杂测试，用来提高测试速度或者用于人员难以进入的恶劣环境。第一代自动测试系统至今仍在应用。这类系统是从人工测试向自动测试迈出的重要的一步，是本质上的进步。它在测试功能、性能、测试速度和效率，以及使用方便等方面明显优于人工测试。第一代自动测试系统的缺点突出表现在接口及标准化方面，带来的突出问题是： 复杂的被测对象的所有功能、性能测试若全部采用专用型自动测试系统，则所需要的自动测试系统数目巨大，费用高昂，使保障设备的机动能力降低。一旦被测对象退役，为其服务的一大批

10、专用自动测试系统也随之报废。2第二代自动测试系统台式仪器积木型它是在标准的接口总线的基础上，以积木方式组建的系统。系统中的各个设备 （计算机、可程控仪器、可程控开关等）均为台式设备，每台设备都配有符合接口标准的接口电路。组装系统时， 用标准的接口总线电缆将系统所含的各台设备连在一起构成系统。这种系统组建方便， 组建者一般不需要自己设计接口电路。积木式特点使得这类系统更改、增减测试内容很灵活，而且设备资源的复用性好。系统中的通用仪器既可作为自动测试系统中的设备来用，亦可作为独立的仪器使用。应用一些基本的通用智能仪器可以在不同时期，针对不同的要求，灵活地组建不同的自动测试系统。组建这类自动测试系统

11、普遍采用的接口总线为可程控仪器的通用接口总线GPIB（General Purpose Interface Bus） ，在美国亦称此总线为IEEE 488 ，HP-IB。在欧洲、日本常称之为IEC 625 。在我国国内，人们常称之为GPIB或 IEEE 488 ，并已公布了相应的国家标准。采用GPIB总线组建的自动测试系统特别适合于科学研究或武器装备研制过程中的各种试验、验证测试。基于 GPIB总线的自动测试系统的主要缺点表现为： 总线的传输速率不够高（最大传输速率为1Mbytes/s ） ，很难以此总线为基础组建高速、大数据吞吐量的自动测试系统。仪器的机箱、电源、面板、开关大部分都是重复配置的

12、，它阻碍了系统的体积、重量的进一步降低，难以组建体积小、重量轻的自动测试系统。3. 第三代自动测试系统模块化仪器集成型这类系统基于VXI、 PXI 等测试总线，主要由模块化的仪器/ 设备所组成。 VXI 总线 （VMEbus eXtensions for Instrumentation）是 VME计算机总线向仪器/ 测试领域的扩展，具有高达40Mbytes/s的数据传输速率。PXI 总线是 PCI 总线（其中的Compact PCI 总线）向仪器 / 测量领域的扩展，其中数据传输速率为132264Mbytes/s 。以这两种总线为基础，可组建高速、大数据吞吐量的自动测试系统。系统中，仪器、设备

13、或嵌入计算机均以VXI（或 PXI）总线的形式出现，众多模块化仪器/ 设备均插入带有VXI（或 PXI）总线插座、插槽、电源的VXI（或PXI）总线机箱中，仪器的显示面板及操作，用统一的计算机显示屏以软面板的形式来实现，避免了系统中各仪器、设备在机箱、电源、面板、开关等方面的重复配置，大大降低了整个系统的体积、重量并能在一定程度上节约成本。第三代自动测试系统具有数据传输速率高、数据吞吐量大、体积小、重量轻，系统组建灵活， 扩展容易，资源复用性好，标准化程度高等众多优点，是当前先进的自动测试系统特别是军用自动测试系统的主流组建方案。在组建这类系统中，VXI 总线规范是其硬件标准，VXI 即插即用

14、规范（VXI Plug & Play）为其软件标准，以货架产品（COTS ）形式提供的虚名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 19 页 - - - - - - - - - 4 拟仪器开发环境（LabWindows/CVI、LabVIEW 、VEE等）为研制测试软件可采用的基本软件开发工具。目前，尚有一部分仪器不能以VXI（或 PXI）总线模块的形式提供，因此，在以VXI 总线系统为主的自动测试系统中，还可以用GPIB总线，灵活连接所需的GPIB 总线台式仪器。1

15、.3.2 军用自动测试系统的发展概况军方的需求不仅促成了新的测试系统总线及新一代自动测试系统的诞生，并促使ATS/ATE的设计思想、开发策略发生重大变化。早期的军用自动测试系统是针对具体武器型号和系列的，不同系统间互不兼容，不具有互操作性。专用测试系统的维护保障费用高昂，美国仅80 年代用于军用自动测试系统的开支就超过510 亿美元。从80 年代中期开始，美国军方就着手研制针对多种武器平台和系统，由可重用的公共测试资源组成的通用自动测试系统。在美国， 军种内部通用的系列化自动测试系统已经形成，主要有：海军的综合自动支持系统（CASS ） ；陆军的集成测试设备系列 （IFTE） ； 空军的电子战

16、综合测试系统（JSECST ） ； 海军陆战队的第三梯队测试系统（TETS ） 。其中以洛克希德马丁公司为主承包商的海军CASS系统最为成功。 CASS系统于 1986 年开始设计， 1990 年投入生产， 主要用于武器系统的中间级维护。CASS系列基本型称为混合型，能够覆盖各种武器的一般测试项目，ATE采用 DEC工作站为主控计算机，由5 个机柜组成，包括：控制子系统，通用低频仪器、数字测试单元，通信接口，功率电源，开关组件等，如图 2 所示。在混合型基础上，CASS针对特殊用途扩展又形成射频、通信/ 导航 / 应答识别型、光电型等各类系统。美军海军陆战队委托MANTEC 公司研制的TETS

17、测试系统 （图 3）是用于武器系统现场维护的便携式通用自动测试系统，具有良好的机动能力，能够对各种模拟、数字和射频电路进行诊断测试。该系统包括4 个便携式加固机箱，2 个 VXI 总线仪器机箱，1 个可编程电源机箱及 1 个固定电源机箱，主控计算机为加固型军用便携机，运行Windows/NT 操作系统。图 3 TETS 测试系统图 2 CASS 混合测试系统名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 19 页 - - - - - - - - - 5 在国内，自动测试系

18、统技术亦有极大发展，正处于专用自动测试系统向通用自动测试系统的转变过程中。在通用 ATE技术方面， 按照模块化、 系列化、 标准化的要求， 基于 VXI、PXI 和 GPIB 总线的在一定范围通用的各类自动测试系统正陆续推出，通用ATE平台技术的研究也正在开展。进一步开展测试系统的仪器互换性、TPS开发技术和基于测试信息共享的集成诊断技术的研究是十分必要的。2 自动测试设备（ ATE）和测试程序集（ TPS）2.1 自动测试设备（ ATE）实际上，自动测试系统从第一代到第二代、第三代，从专用型到通用型的发展的历史，就是其相应的自动测试设备（ATE）从第一代向第二代、第三代发展的过程。在早期，T

19、PS的开发过程不是独立的研制过程，TPS 产品往往是由ATE 制造商连同所生产的ATE 产品一起提供，在这一时期，人们所指的“ATE 系统”与自动测试系统具有相同的含义。采用自动测试设备最直接的目的是将产品的测试过程自动化，基本做法是将实现产品测试所需的资源集成到一个统一的系统之中，测试过程由系统中的控制器（计算机） 通过执行测试软件来控制，如图4 所示。ATE 中，控制器与信号源、测量仪器及开关系统之间的连接采用非标准的接口总线时，则构成第一代专用型ATE。若 ATE 中，控制器、信号源、测量仪器等之间的连接是通过程控仪器的通用接口总线GPIB 来实现，构成第二代ATE 系统。控制器、测量仪

20、器、程控电人-机接口（CRT、键盘、打印机）信号源（激励）测量仪器（响应）测试夹具及适配电路被测对象（UUT ）控制器开关系统ATE 转换命令UUT 响应送测量仪器信号到UUT 图 4 ATE 的基本组成名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 19 页 - - - - - - - - - 6 源和开关系统在电气上都是具有GPIB 接口的台式智能仪器，它们在电气上是通过标准的GPIB 电缆串接，而在机械上是各个独立的仪器在ATE 机柜中累叠安放。当 ATE 中的信号

21、源、测量仪器、矩阵开关/多路转换器等设备为VXI （或 PXI ）总线模块，系统组建以VXI （或 PXI）总线为基础时，则为第三代ATE 系统。在这类系统中，其核心的测量仪器、信号源、开关组件等被集成到一个或几个VXI （或 PXI ）总线机箱中，其控制器可以是嵌入式的，这时它是一个模块化的计算机，直接插入VXI （或 PXI）总线机箱中。它对仪器、设备的控制直接通过VXI （或 PXI ）总线进行，传输速度最高。控制器也可以是外置的通用计算机， 这时控制器对VXI 仪器等设备的控制需经过外总线GPIB 或 MXI-2（多系统接口总线）等来实现。 其传输速率低于内嵌控制器，但具有更好的配置灵

22、活性且升级方便。图 5 中的控制器为外置式通用工业控制计算机或台式计算机，它通过多系统扩展接口总线 MXI-2 （Multi-system eXtension Interface bus）来控制一个或多个VXI 机箱所拥有的所有VXI 模块，具体采用的硬件是：在外置式计算机中插入一块PC-MXI 卡，每个VXI 机箱的0 槽（机箱最左端位置）插入具有VXI-MXI接口功能的VXI 模块，然后通过标准的MXI-2总线电缆连接起来。控制器也可以采用嵌入式PC 机，这时它以VXI 总线模块的形式出现，需插入 VXI 机箱的 0 槽。LAN 图 5 以 VXI 总线为核心的自动测试设备的硬件配置实例G

23、PIB MXI 程控电源系统VXI 机箱 1 及其仪器模块VXI 机箱 2 及其仪器模块接口适配器UUT 动/静压给定设备其它外部设备角度给定控制器名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 19 页 - - - - - - - - - 7 VXI机箱嵌入式PCVXI-MXIVXI机箱VXI-MXIVXI机箱VXI-MXIMXI 连接器端子PC/ATGPIBControllerPC21GPIB cardVXI机箱VXI -MXIVXI机箱VXI-MXIVXI机箱GPI

24、B-VXIVXI机箱GPI B-VXIVXI机箱GPI B-VXIGPIB电缆为了实现多VXI 机箱配置，需在含嵌入式PC 机的 VXI机箱中插入一块VXI-MXI接口模块， 以实现与其它VXI 机箱的扩展连接。 采用嵌入式控制器的主要优点是获得最高的传输速率， 因为它对VXI 仪器的控制是直接通过VXI 总线进行的，具有 40Mbytes/s 的传输速率，其缺点是控制器的价格较高并且升级不甚方便。 对于传输速度要求不高的场合，可采用 GPIB总线连接多VXI机箱，这种配置方案成本最低，具有经济方面的优点，但传输速率小于1Mbytes/s。采用IEEE1394 串行总线来控制的VXI总线机箱已

25、经成为较为流行的一种。IEEE1394 总线有着高达400Mbps 的位速率， 用它组建的实际测试系统可达到约15Mbytes/s 的传输速率， 远高于采用GPIB总线的方案的传输速率，是一种较为经济实用的VXI 系统组建方案（图7） 。ATE 的与外界的接口部分需遵循一定的接口标准。为了使得多种类型的接口适配器都能方便地接到同一台ATE，图 7 采用 IEEE1394 的它们与 ATE 的电气、机械连接可采用ICA （Interface Connector VXI 总线系统Assembly，接口连接器组件，在ATE 上）和 ITA （Interface Test Adapter，接口测试适配

26、器模块，在接口适配器上）配对，以“接卡”方式快速地接入或拆卸。采用ICA/ITA连接时，被测对象通过接口适配器与ATE 相连的情形如图8 所示。a）采用嵌入式PC 机及 MXI 总线控制的多机箱VXI 系统b）采用 GPIB 总线控制的多机箱VXI 系统图 6 VXI 总线系统的两种配置方案O槽控制器1394端口DMM#1DMM#2A/DD/AVXI机箱1O槽控制器1394端口DMM#1DMM#2A/DD/AVXI机箱2PC控制器名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页

27、，共 19 页 - - - - - - - - - 8 2.2 ATE 的类型常见的 ATE 系统都属于下列6 种自动测试系统的范畴：半导体产品及器件自动测试系统电路板自动测试系统功能自动测试系统采用替换对比方法的自动测试系统采用参考对比方法的自动测试系统基于通用 ATE 的自动测试系统2.2.1 半导体产品及器件自动测试系统一些 ATE 用来测试数字器件，包括超大规模集成电路（VLSI ） 、存储器芯片和微处理器。另一些ATE 则专门用来测试模拟器件、分立器件。仪器 #1 仪器 #2 VXI 仪器仪器 #N 电源开关矩阵/多路转换器UUT被测对象自动测试设备（ATE）仪器 #1 仪器 #2

28、VXI 仪器仪器 #N 电源开关矩阵/多路转换器UUT被测对象ICA ITA 扣接自动测试设备（ATE）图 8自动测试系统的接口连接示意适配器接口适配器接口名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 19 页 - - - - - - - - - 9 2.2.2 电路板自动测试系统用来自动检测印制电路板（PCB）的一些重要参数如连接、短路和开路等，测量并检验一些板上所装器件的功能和性能。利用电路板 ATE 能检测出不合格的印制电路板本身或不合格的已组装了元、器件的印制电

29、路板。被测的电路板要放入ATE 的 “针床”（bed-of-nails ）夹具中，该夹具有着大量的弹簧接入引脚（有时多达300 片）能可靠地连接被测电路板所希望接入的一些点。 夹具的部分引脚连到ATE 的激励源，而用于测量的仪器可连接到被测集成电路的每个引脚来完成所要求的测量。这类 ATE 软件的设备库中包含着大量的元、器件特性信息，利用用户提供的关于每个器件的型号，它们在电路板上的位置，器件间连接的信息以及其它描述被测电路板特征的信息，可以在设备库中建立起对该被测电路板的“印象”并存储之。该“印象”的实质就是在数据库中预先放置着该电路板在给定输入条件下，一些关键测量点的允许数值范围。在测试过

30、程中，ATE 每次隔离一个器件，其控制器控制给电路板的指定输入引脚加上合适的信号，在相应的测量点测量得到实际输出值，然后将该值与所存储的允许数值范围做比较，再通过执行一定的分析和推理算法，来判断该电路板是否工作正常，在电路板故障时进一步确定待隔离的部件是否故障。这种方法对定位短路、开路、故障器件、错误或遗漏的连线以及其间的安装错误等十分有用。2.2.3 功能自动测试系统功能自动测试系统涵盖着从板级到系统级十分宽广的对象范围。功能自动测试系统通过在被测对象（即UUT ，可以是各种电路板、组件、系统等）的一些输入端加各种激励，然后测量 UUT 的响应来实现所要求的检测。功能自动测试系统中常用存储响

31、应（stored response）法和特征分析（signature analysis）法来检查UUT 对特定激励的响应。2.2.4 采用替换对比方法的自动测试系统整个最终产品作为整体系统被置于ATE 系统中进行维修。维修者将一个好的单元从产图 9 采用 MXI 总线控制的多VXI 机箱的 ATE 配置名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 19 页 - - - - - - - - - 10 品系统中抽出而插入相应的同型的被测单元（UUT ） 。测试信号被加到系统

32、并测量、记录相应的响应信号。如果这时系统测试结果为“通过”，则所插入的UUT 被推定为“好”的。以这种检测方法为基础的ATE 比较经济。这种ATE 系统对故障隔离的支持很少，采用这种检测方法有可能会漏掉被测单元中的某些疑难故障。这种检测方法可成功地应用于小批量生产环境。2.2.5 采用参考对比方法的自动测试系统基本检测思路是将被测单元与一个同型号的已知为好的参考单元在同时运行中进行比较。 ATE 同时施加同样的信号到这两个单元，然后比较在该两个单元的输出端或其它节点的响应。这种方法是用工作正常的真实参考单元来代替对各种“标准响应信号”的存储。参考对比方法是一种经济的检测UUT 的方法，采用这种

33、方法而组建的自动测试系统是基于如下前提： 如果被测单元与参考单元对各种激励信号均呈现同样的响应，则判定该被测单元是“好”的。2.2.6 采用通用ATE 的自动测试系统通用 ATE 的基本研制思路是使所研制的ATE 对一大类或多类测试需求具有通用性。可采取两个方面的综合策略：一种为“纵向”综合，表现为对某一类产品生命周期的不同阶段（设计阶段、 生产阶段和现场维护阶段）或对某些复杂装备（如飞机、 导弹、 舰船） 的系统、子系统、部件的测试需求采用共同的硬件及软件测试结构或平台。另一种通用ATE 是对不同测试需求的“横向”综合，表现为对不同型号或不同时期生产的某些类别的复杂产品（如雷达、 通信装备、

34、飞行控制系统等）的测试需求用共同的测试平台或测试结构来满足。无论哪一种综合策略，其通用性主要表现在：1. 采用一种核心的测试结构作为通用的基本系统，该基本系统是面向测试应用环境，而不是针对具体的工程要求而设计的；2. 系统拥有足够的激励、测量和开关资源，并具有良好的资源复用性，其主要资源应为货架产品；3. 系统应是可重构的（reconfigurable） 、开放的和扩展容易的，为此，系统组建应该遵循国际通用的测试硬件及软件标准；4. 系统的接口设计应遵循一定的标准或按所拟定的通用规范进行，应为相应的测试程序集（ TPS）开发提供接口规范和测试程序的开发工具。按被测对象的信号或功能特征，可将通用

35、ATE 规定为覆盖以下几类ATE 之一、之二或全部：（1）数字 ATE。主要用来检测数字设备，数字组件、数字电路板一类被测对象；（2）低频 ATE。主要用来检测信号频率在100kHz 以下的各类设备、组件、电路板等；（3）IF 及 RF 系统 ATE。主要用来检测各类中频及射频设备及组件；（4）微波 ATE。主要用来检测各类微波设备及组件；（5）传递函数ATE。主要用来检测被测设备、部件、器件的传递函数，评估其动态品质。按被测对象在其产品生命周期中所处的阶段，可将ATE 划分为：（1）在产品开发阶段所使用的ATE。在此阶段，被测对象尚在研制之中，其测试需求尚未最终确定。GPATE 应是采用标准

36、测控总线的、开放式、模块化的，应用虚拟仪器技术的可重构的小型ATE 系统，资源的配置以够用为原则。重要的特征是系统的可重构性及编名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 19 页 - - - - - - - - - 11 程的简易性。（2）产品生产过程使用的ATE。这类 ATE 用来完成在产品生产过程中从部件到系统的一系列的测试任务。生产过程用的GPATE 宜是一种具有层次结构（hierarchy）的 ATE 系统，分为：（） 准手动测试设备。这类 ATE拥有足够

37、的由计算机控制的激励资源和仪器模块，操作者用键盘、 鼠标借助仪器软面板来控制。这种系统适合用来检测正处于制造中的小批量生产的产品。（）小型ATE。这类系统只需要采用少量的激励和测量仪器模块，适合用来检测部件、子单元及其相关的电路板。（）多功能ATE。这类 ATE 用来从功能上检测像整个飞机、导弹这一类完整的大系统，也可以用来检测其中的某些重要的子系统和关键部件，并且拥有一定的故障诊断能力。这类系统能够完成很宽范围的各种测试任务，其信号频率范围从直流到微波。这类系统要求较多的激励及测量仪器模块，其中多数资源与在准手动测试设备和小型ATE 中所使用的资源相同。（）分布式ATE。这类 ATE 系统是

38、将前述3 类 ATE 连到一个中央控制系统，它可提供如下能力：（a）趋势分析；（b）诊断 / 仿真；（c）集中完成文档编制和硬拷贝；（d）程序制备；（e）程序的批量存储。（3）现场维护用ATE。这类 ATE 面临的被测对象的数量巨大、品种繁多，通用自动测试设备（ GPATE）最适合在现场维护中使用。因为它包含了很宽范围的不同性能的ATE 的服务功能，解决了不同ATE 之间的兼容性问题。由于不同类型的被测对象的ATE 都采用同样的基本系统，使用相同的标准总线及模块化结构以及相同的软件结构和软件工具，借助GPATE 的可重构性能力，能使一台ATE 支持对各种不同UUT 的检测。场站维护用ATE 应

39、是基地维修用ATE 的一个子集。基地维修用ATE 宜是工厂中使用的多功能ATE 的一个子集，这样做能较好地解决从工厂制造到现场维护阶段的产品ATE 的兼容问题。2.2.7 军用 ATE 研制中所采用的新策略一是采用模块化、开放式通用结构，以综合通用的ATE 代替单一功能的产品专用检测设备， 实现资源共享；采用共同的测试策略，统一规划机载设备的设计、制造用和维修检测用测试设备（ ATE）的研制，采用共同的硬件及软件平台，从设计过程开始，采用“增殖开发”的方式使后一阶段测试设备的研制能利用前一阶段的开发成果。另外就是开发先进的LRU 、SRU 故障诊断技术，采用非介入式（non-intrusive

40、）方法，如采用热象、电磁、X射线等检测手段；在诊断技术中应用人工智能（专家系统、综合诊断技术等）及多传感器融合技术。大大提高了ATE 对 LRU 的诊断正确率并且降低了对操作人员的素质要求。2.3 测试程序集（ TPS）测试程序集 （TPS）是与被测对象 （UUT ）及其测试要求密切有关的硬件与软件的集合，TPS 由测试程序（Test Program ，缩写为TP） ，接口适配器（Test Unit Adapter，缩名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 19

41、 页 - - - - - - - - - 12 写为 TUA ） 及其专用电缆， 测试 / 诊断被测对象所需的文件及附加的设备三部分组成，TPS的高质量低成本开发和有效的使用和维护，至今仍是自动测试领域面临的重要研究课题，TPS 的开发和高质量的交付是一项艰巨的任务。在自动测试系统的总成本中，TPS 是极其重要的成本因素，对于某些复杂的被测对象如飞机、导弹这一类系统，其各类UUT 测试所需要的多种 TPS 的总成本，甚至会超过ATE 的成本。测试程序（ TP）是在 ATE 的计算机上运行，用于控制ATE 的资源来测试指定的被测对象（ UUT ）的软件的总称，它包含对测试过程的控制及对所测得的响

42、应信号的处理，完成对被测对象是“正常”还是“故障”的判断。在“故障”时，还应能隔离故障，找出故障源。这两部分软件的开发必须以对UUT 的详尽分析为基础，要求该UUT 的生产商提供UUT 的各种技术文件、资料和图纸，通常包括下述文件的一部分或全部：UUT的产品技术手册，UUT 的硬件和软件开发规范，UUT 的硬件及软件的设计说明，原理电路图和逻辑图，接口控制连接图，产品验收测试文件，生产商已开发的测试需求文件，现有的测试程序，UUT的 BIT （Built-In Test，内部测试）文件，UUT 的重要时序图和波形图，与UUT 有关的重要的公式和传递函数，UUT的故障模式及相关的数据等。这就要求

43、测试程序的开发者不仅要有软件开发能力和经验，还应有足够的与UUT 有关的专业知识，以实现对UUT 的深入分析和理解。 另一方面，UUT 的各种技术文件和资料又往往涉及该UUT 生产商的专有权，这也增加了测试程序开发的难度。为了实现TPS 的可移植性（ transportable） ，即 TPS 可与不同的ATE配合工作，要求测试程序采用通用的测试语言（如ATLAS 语言）编写，或在规定的系列通用的软件环境开发环境下完成开发。接口适配器（TUA ） 用于连接ATE 与 UUT ， 接口适配器的一侧可通过接卡器（Receiver ）的 ICA 与 ITA 的配对插接，完成接口适配器与ATE 的连接

44、。在接口适配器的另一侧配置一组连接器插座，再经由若干专用的测试电缆，连接到相应的UUT ，如图 10 所示。UUT 专用电缆被测对象（UUT ）内部转接连线及调理电路板接口适配器ITAICA接卡器（Receiver ）ATE为了实现 TPS 的可移植，接口适配器与ATE 的接口必需遵循一定的标准或行业通用的接口连接规范，其中，ARINC 608A规范是一个重要的规范，其中关于标准接口模块，标准接口功能说明，接卡器模块定义，标准接口机械规范，ATE 电缆走线及接地连接指导，接口适配器的识别等方面的内容对接口适配器的开发极具参考价值。TPS 的开发工作可划分为两个主要方面：一是建立TPS 的开发环

45、境，二是TPS 的工程实现。前者包括制订开发策略，确定人员配置，拟定开发进度计划，选择必需的开发工具，建立各 TPS 中的共同的开发进程等。工程实现的内容包括针对各个UUT 分析测试需求并编写需求文件， 确定 UUT 的测试策略和诊断方法，完成 TPS 的硬件和软件的设计与集成，TPS产品交付及用户培训等。图 10 接口适配器的作用示意（TUA ）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 19 页 - - - - - - - - - 13 3 国外的一些通用自动测

46、试系统3.1 早期的自动测试系统CASS （综合自动支持系统）计划是美国海军于上世纪八十年代初提出的，旨在降低自动测试系统的生命周期成本并确保ATE 系统的标准化，用于美国海军武器系统的自动测试系列。美国空军提出了MATE （M odular Automatic T est Equipment ，模块化自动测试设备）计划，也是为了降低武器系统在维修阶段的成本。MATE概念就是为各种ATE规定一个统一的结构，它为美国空军的各种ATE 系统提供一个标准和规范集。美国陆军提出了IFTE（I ntegrated Family of Test Equipment，集成测试设备系列）计划，IFTE 的目的

47、是提供用于在现场测试各种现场可更换单元（LRU ）的 ATE设备并替代美国陆军已有的各种维修级别的测试设备。 另一种通用ATE系统 CAM 系统来自汽车界，现在被称为T-100 系统，其目的是在维修车间提供一种自动化测试各种汽车的手段。CTS （通用测试站）系统是上世纪九十年代中期休斯公司受美国海军委托研制的用于测试制导武器的通用自动测试系统，CTS能完成对20 种制导武器（导弹、鱼雷）的自动测试。由控制子系统、 低频子系统组成核心系统，通过附加雷达子系统、光电子系统、大功率电源子系统等选件来满足不同的测试需求。TETS系统是美国海军陆战队用于战场前沿武器维修的便携式通用测试系统，经过竞标由美

48、国 MANTEC 公司承制， 该系统 1999 年交付。 包括四个便携式加固机箱，两个 VXI 总线检测/ 激励模块机箱，一个可编程模块电源机箱，一个固定式模块电源机箱。其VXI 测试系统包括泰瑞达公司的数字测试子系统M910 。接口采用VPC 90 连接。ATEC6系列为法国宇航公司上世纪九十年代中期生产的通用自动测试系统，用于波音、空中客车等民用飞机和幻影-2000 军用飞机的测试、维修。基本系统包括SUN工作站， VXI总线检测 /激励模块， GPIB 总线可编程电源。接口标准为ARINC 608A。表 1 列出了上世纪九十年代末国外几种主要的通用测试系统的概况。表 1 国外的几种通用测

49、试系统系统名称CASS JSATS CTS IFTE TETS ATEC 6 主承包商Lockheed- Martin DME Corp. Hughes Northrop Grumman Man-Tec EADS 用户海军(美) 陆军空军(美) 海军 空军(美) 陆军（美）海 军 陆 战队(美) 商业航空测试对象舰载航空电预警飞机电制导武器陆 军 所 有战场前沿波音、空中名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 19 页 - - - - - - - - - 14

50、子系统、其它电子系统子系统测试导弹、 鱼雷电 子 系 统测试维修电子系统 / 板级测试客车飞机测控计算机DEC ALPHA Intel PentiumPro DEC Sable DEC 工作站Intel Pentium Sun 工作站系统结构VXI+ 台式设备柜式VXI+ 台式设备柜式VXI+ 台 式设备 柜式VXI+ 台式设备柜式VXI箱 式便携结构VXI+ 台 式设备柜式使用年代1994 年1995 年1996 年1995 年1998 年1993 年SMART （标准的模块式航空电子设备维修与测试）系统是民用航空协会建立的用于航空电子设备ATE 的标准。该系统由航空无线电公司（ARINC