电子设备中的低预算和中等规模的测试方案

电子设备测试的复杂性千差万别，从最简单的类型（手动测试）到最复杂的大型自动测试设备（ATE）。在简单的手动测试和大规模ATE之间，有低成本和中等规模的测试，这是本应用笔记的重点。这些类型的测试系统通常专用于在PC的控制下测试特定的组件或电路。PC的并行或串行端口为PC与小型，成本敏感型应用程序之间提供了方便的连接。IEEE-488总线可以方便地将PC连接到多个测试仪器，而这是并行或串行端口无法实现的。尽管它增加了测试系统的价格，但是它提供的一次将多台仪器连接到PC的能力证明了额外的成本。在设计测试仪器的硬件时，从一开始就使用适当的设计技术可以消除或最小化随着设计的进行而可能出现的难以解决的问题。使用光隔离器将数字和模拟地分开，识别高阻抗节点，在组件放置上花费时间，考虑电源和地线中的电压降，以及其他技术，所有这些都增加了成功设计的机会。

本教程重点介绍电子设备的低预算和中规模测试。这种类型的测试系统通常专用于在PC的控制下测试特定的组件或电路，在PC的并行或串行端口为PC和小型，对成本敏感的应用程序之间提供方便的连接。

电子设备测试的复杂性千差万别，从最简单的类型（手动测试）到最复杂的大型自动测试设备（ATE）。手动测试通常需要在特定配置中设置DVM，示波器和其他设备。当要测试的设备类型更改时，通常需要更改测试硬件。另一方面，ATE测试仪提供了极大的灵活性，可以在不更改测试硬件的情况下测试许多不同类型的设备。软件更改会重新配置此类型的测试仪，以适应不同类型的设备。除了该设备提供的多功能性之外，它还使电子测试变得非常复杂，尽管要付出一定的代价：这些测试仪的成本可能高达一百万美元。

在简单的手动测试和大规模的ATE之间，低预算和中等规模的测试成为本文的重点。这些类型的测试系统通常专用于在个人计算机的控制下测试特定的组件或电路。与大规模ATE相比，它们缺乏灵活性和测试复杂性。但是，为此设备支付的价格通常可以证明其使用合理；它比大型测试仪便宜得多。参见图1。

测试系统的复杂程度从（a）劳动密集型手动测试到（d）全自动测试设备。本文重点介绍低预算和中等规模的测试系统（b和c）。

将PC连接到测试设备

PC并行端口

将测试设备和被测设备（DUT）连接到个人计算机的最简单方法之一是使用PC的并行端口。该端口是几乎每台IBM兼容PC上的标准设备。标准并行端口提供12个逻辑输出和5个输入，可以直接连接到TTL / CMOS电路。您还可以使用许多现代计算机上发现的并行端口的增强版本。软件设计简单：PC并行端口易于使用C或Basic进行编程。有关编程的详细信息，请参阅Jan Axelson的“并行端口完成”。

由于PC包含操作PC并行端口所需的硬件，因此无需打开PC即可安装卡。因此，使用并行端口可以消除由于计算机打开时操作不当而造成的ESD损坏的风险。

工程师将并行端口连接到各种类型的接口。并行端口通常驱动2线I²C接口。由于I²C标准规定I²C发射器通过集电极开路输出提供逻辑信号，因此接口电路可以像单个74HC05集电极开路逆变器IC一样简单。图2说明了一个并行端口到I²C的接口，该接口向DUT发送数据和从DUT接收数据。

该并行端口至I²C接口可提供集电极开路连接到I²C规范要求的I²C串行端口。MAX367电路保护器IC可防止超过电源轨的电压损坏接口电路以及并行端口本身。

除了通过PC并行端口进行通信的优点外，它的使用还伴随着一些小缺陷。例如，当使用为Microsoft Windows编写的程序时，可以专用于该应用程序的未使用并行端口输入引脚的数量减少到四个。发生此问题的原因为Microsoft Windows编写的程序不能可靠地确定并行端口的地址。将并行端口的输出引脚之一连接到其输入引脚之一，可使软件自动确定并行端口地址。但是，这样做会将可用的输入引脚数减少到四个。如果超过电源轨的电压与连接到并行端口的任何电路接触，则会出现更困难的问题。

防止过高电压的一种方法是包括电路保护器芯片。图2所示的MAX367电路保护器IC可以防止这种情况的发生。（该图所示的电路可从Maxim的接口板上获得。）当施加到该IC内任何保护器任一侧的电压超过电源轨时，特定保护器的电阻将变得非常高，从而阻止了可观的电流流过它。同样，芯片将电压限制在电源轨之内，以确保避免无意中将SCL，SDA或DUT +5 V引脚上放置的任何高电压损坏接口电路和并行端口。

使用PC并行端口时，还会出现其他一些小问题。由于只能从未使用的并行端口输出引脚中汲取少量功率（不超过10 mA，输出电压可能下降至3 V，因此可能需要外部电源）。然而，精心设计的微功率系统可以消除对这种外部电源的需求。另一个可能的问题是，从一台PC到另一台PC，并行端口逻辑电平可能会有所不同。由于计算机制造商在其计算机内使用S，TTL，LSTTL或CMOS输出驱动器，因此某些驱动器提供的输出电平接近5 V，而另一些驱动器的输出电平则接近3V。

低预算的测试系统通常共享一台运行其他应用程序的计算机，这可能会导致问题。例如，当计算机包括打印驱动程序时，即使没有任何打印，它也可以保持对并行端口的控制。由于大多数PC仅包含一个并行端口，因此在这种情况下无法通过该端口与测试设备进行通信。可能的总线争用的另一个来源是插入并行端口的软件保护密钥。

当今的计算机通常包括允许通过并行端口进行双向通信的增强功能。相对较新的ECP和EPP标准允许并行端口自动向PC和从PC传输数据块（即双向传输）。有时系统BIOS禁用这些增强功能，有时包含这些增强功能的计算机与其他计算机不兼容。

当必须以精确的时序与测试系统进行通信时，并行端口可能不是正确的选择。主处理器刷新PC的动态内存时的周期性间隔通常会导致并行端口合成的波形“抖动”。更糟糕的是，使用Windows时，驱动并行端口的程序可能会定期中断。尽管所有已编程的事件均以正确的顺序发生，但不能保证这些事件的确切时间。

PC串口（RS-232）

PC串行端口（有时称为RS-232端口）为将PC连接到被测设备提供了另一种简便的方法。像并行端口一样，大多数PC上都可以使用串行端口。不需要安装接口卡。但是，与使用逻辑电平电压的并行端口不同，串行端口的信号电压会正负摆动。RS-232规范要求的发送器电压电平至少为±5V。但是，实际上，电压电平可以在±3 V至±30 V之间变化。使用并行端口时发生的逻辑电平变化不会不适用于串行端口，因为在接收到RS-232信号后，RS-232接收器提供的逻辑电平输出接近为接收器供电的电源电压（如果输出负载较轻）。

串行端口在每条信号线上仅允许一个驱动器，因此它一次只能将PC连接到一个设备。有些设备通过使用硬件握手线进行信号传输来克服此限制；但是，这是一种非传统的技术，其描述超出了本文的范围。由于PC通常仅包含一个或两个串行端口，并且每台仪器都需要专用端口，因此基于串行端口的测试系统的扩展能力有限。

串行端口提供的功率甚至比并行端口少，并且电压电平不受调节。如上所述，这些电压可以在3 V至30 V的范围内，并且信号极性可以为正或负。借助一些附加电路，串行端口可以为微功率电路供电，但是大多数应用都需要外部电源。

使用串行端口时，发送和接收数据通常需要一个微控制器。一些微控制器，例如68HC11、8051和PIC16C63，都包含一个UART。这些微控制器与MAX3320 RS-232收发器和低成本陶瓷谐振器配合使用，可以从PC上运行的用户界面程序接收命令。该用户界面的两个选项是可能的：使用纯文本终端程序（例如，Hyperterminal或Procomm）或自定义图形界面。

从用户界面接收到这些命令后，图3中所示的微处理器无需PC即可执行相对复杂的控制功能。

这些微处理器通过串行总线从PC接收命令后，无需PC即可执行相对复杂的控制功能。

IEEE-488总线

IEEE-488总线是一个更复杂但用途更广泛的系统。也称为GPIB或HPIB总线。与串行和并行端口不同，此总线一次可以直接连接到多个仪器。

IEEE-488规范可以允许多个仪器共享同一条总线，因为与所讨论的串行和并行端口相比，IEEE-488总线使用不同的输出驱动器结构。每个IEEE-488驱动器均包括一个强下拉电阻和一个弱上拉电阻，从而允许连接到总线的一个或多个设备将每条信号线拉低（或在没有设备断言为低的情况下使线路保持高电平）。

使用此总线还具有其他优势。IEEE-488接口的这种优点之一是它包括有助于防止数据丢失的硬件握手。另一个重要的优势是它在主要的台式测试设备供应商（例如，HP / Agilent，Tektronix，Fluke和Keithley）中非常受欢迎。由于IEEE-488总线提供电源，继电器开关组，环境箱，示波器，数字电压表，函数发生器和其他设备，因此您几乎可以使任何台式测试设置自动化。