基于测试模型的信号路径分配器研究

曾苏凡，张俊成，金 涛

（航空工业成都飞机工业（集团）有限责任公司，四川 成都）

现有的通用自动测试系统由通用的自动测试设备（ATE）和专用的测试接口适配器组成，其中适配器将被测对象（UUT）和自动测试设备（ATE）进行连接，实现对被测信号的转换和调理[1]。通常为满足UUT 的测试要求，需研发设计专用的适配器和测试程序。因此，随着被测对象型号/状态不断增多，适配器的数量也随之增加，造成资源的浪费和研制周期的延长。

为了解决上述问题，本文研究了基于测试模型的信号路径分配器，通过建立自动测试设备、被测对象、信号路径分配器、测试连接模型等测试模型，通过测试需求信号及测试资源信号进行匹配，再通过测试连接模型找到测试路径，驱动信号路径分配器中的开关网络，即可完成自动测试。信号路径分配器在满足测试通路规模的前提下可以代替多个传统测试接口适配器，简化自动测试系统的搭建过程，提高测试系统的可重构性，满足测试任务多样性的需求。

1.1 测试设备模型

测试设备模型要素包括测试设备基本信息、外部接口定义、仪器信息、开关网络信息、内部连接关系等[2,5]。测试设备拥有的信号能力由内部测试仪器经过信号组合调理后生成，由外部接口对外提供。

1.2 信号路径分配器模型

信号路径分配器是连接自动测试系统测试设备与被测对象的装置，实现测试设备与UUT 测点间各种信号的转接、分配与调理。分配器模型要素包括分配器基本信息、外部接口定义、开关网络信息、内部连接关系等[2,4]，模型要素结构如图1 所示。其中分配器基本信息、接口定义、内部连接关系、开关网络为分配器模型必选要素。

图1 信号路径分配器模型

1.3 测试连接模型建模

在测试时，需要得到一条从UUT 到测试仪器的完整信号路径，该路径包括UUT 接口到分配器接口、分配器接口到测试设备接口、测试设备接口到仪器接口三部分[3,6]。测试设备模型中保存了仪器接口到测试设备接口的连接关系，因此还缺少从测试设备接口到UUT 测试点的连接关系。测试连接模型是测试设备接口经过信号路径分配后到UUT 接口的动态连接，与具体的测试动作有关，模型要素结构如图2 所示。其中测试连接关系包含每个测试动作的相关信息及面向每个测试动作的测试仪器端口信息，及被测端口与仪器端口之间的路径连接关系。限于篇幅，本文不对UUT、测试序列模型作详细介绍。

图2 测试连接模型

2.1 总体架构

为简化测试设备中内部连接，测试设备中未规划开关网络，开关网络规划在信号路径分配器中，测试设备中的测试仪器不直接与UUT 相连，而是通过信号路径分配器实现测试设备与UUT 测点间各种信号的转接、分配。这样当UUT 发生改变时，只需更换测试设备有关仪器/模块、配置文件和UUT 测试电缆，可提升测试系统的通用性和可扩展性。分配器参考CPCI插卡式机箱的结构规范，在3U 标准箱体上增加前（连接至测试设备）、后面板（连接至被测对象）。分配器总体架构如图3 所示。

图3 分配器总体架构

2.2 分配器模块设计

分配器内部模块包括控制模块、电源模块、矩阵开关、信号调理模块（可根据应用场景选用具体的信号调理模块类型，如模拟/数字等）、扩展模块（可根据应用场景进行扩展）等。分配器中控制模块选用PXI远程控制卡，可与测试设备中的PXI 远程控制卡组成PXI 桥接，实现测试设备对分配器内部矩阵开关和其他模块的远程控制。限于篇幅，本文只对模拟信号调理模块的设计进行简介。

因为被测对象模拟信号的测试需求通常都超出了测试仪器的量程范围，所以在测量前必须进行模拟信号的调理，分配器中模拟信号调理模块主要就是实现该功能。模块通过RS422 总线和上位机（测试设备控制器）进行通信，解析相关命令控制程控衰减电路完成对高压模拟信号的衰减，再将衰减后的信号输出到矩阵开关，原理如图4 所示。

图4 模拟信号调理模块原理

模拟信号调理模块的供电由电源模块通过分配器背板提供；
上位机通过RS422 将衰减配置参数发送给STM32，STM32 再控制光耦固态继电器来选择输入信号的分压电阻，从而实现对输入信号的3 倍、10 倍、30倍的可控衰减，达到模拟信号调理目的。

本文选取多个机载成品作为被测对象来进行验证试验，选取的被测对象的测试需求信号类型包括直流电压信号、交流电压信号、电阻信号等；
测试设备包含直流稳压电源、示波器、PXI 测试设备（含万用表卡、A/D 采集卡、三态I/O 卡等）。分配器中开关网络采用2 个32*8 的矩阵开关组成。

首先针对这些机载成品进行被测对象及测试序列建模，然后对验证需要的测试设备进行建模和内部测试仪器建模，再对分配器及测试连接（不同的测试对象测试连接模型不同）进行建模，用工具软件生成相应的XML 描述文件。其中测试连接模型中测试连接关系XML 描述示例如图5 所示。

图5 测试连接关系XML 描述示例

该测试连接关系是面向“SCZH_test”测试序列中的“pK 电压检查”测试动作，使用的测试仪器端口是“TS0332”测试设备的“TS0332:DO20”端口（简单测试设备，测试设备端口与测试仪器端口相同），测试连接信息是从“TS0332:DO20”端口-分配器“NHDZ12010-01:32CH_DO20”端口-矩阵开关MS1 的Y7 端口-矩阵开关MS1 的X12 端口-分配器“NHDZ12010-01:UUT2_X12”端口-被测对象“JXXS_SCZH_A1.0”的“213XSP-m”端口。

测试仪器端口确认后，结合测试仪器模型、测试设备模型，即可确认该测试动作将使用哪个测试仪器执行，再结合测试序列模型中的测试/激励标识和激励/测试信号描述，就可以驱动测试仪器开始测试；
测试连接信息中如果涉及矩阵开关的端口，则测试程序将会通过PXI 远程控制卡与分配器控制模块进行通信，驱动矩阵开关中相应继电器闭合；
测试程序同时还会查询测试连接信息中包含的分配器内部的信号传输路径，在分配器模型中是否存在信号传输参数，如前面描述示例中的矩阵开关MS1 的X12 端口-分配器“NHDZ12010-01:UUT2_X12”端口的信号传输路径就存在信号衰减参数，因此需要再对比测试序列模型中的测试信号描述及测试仪器模型中的信号能力描述，如果测试信号直接在测试仪器的量程范围内，可以不进行衰减，如果测试信号超出测试仪器的量程范围，则会用信号衰减参数进行计算，如果该参数满足要求，测试程序会将该衰减参数通过RS422 发送给分配器中的模拟信号调理模块进行相应的信号衰减。

通过测试设备中测试软件加载某两个被测对象相关的所有测试模型描述文件，测试软件通过解析测试模型中的相关信息生成测试执行程序，即可驱动仪器完成测试，如图6 所示。这两个验证试验中测试设备、测试仪器与分配器模型一致，仅被测对象、测试序列、测试连接模型不同，分配器与被测对象连接测试电缆不同。通过试验验证了基于测试模型的信号路径分配器在满足测试通路规模的前提下可以通过测试模型建模从而满足不同被测对象、不同测试信号的需求，解决了传统专业适配器重复开发的问题，提升了测试设备的可重构性。

图6 SCZH_test 和ZCZM_test

通过对基于测试模型的信号路径分配技术的分析和研究，首先对自动测试设备、信号路径分配器、测试连接模型等测试模型进行建模，然后对信号路径分配器进行总体架构及模块设计。最后通过两个不同被测对象的验证试验，验证了该技术的有效性。

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