功能測試系統

功能測試（FCT）一般專指PCBA上電後的測試，主要包括電壓、電流、功率、功率因素、頻率、占空比、亮度與顏色、字元識別、聲音識別、溫度測量、壓力測量、運動控制、FLASH和EEPROM燒錄等測試項目。自動化FCT測試設備大都基於開放式硬、軟體體系結構設計，能夠靈活地擴展硬體，快捷方便的建立測試程式；一般可以做到支持多種儀器，可以靈活的按需進行配置；而且要具有豐富的基本測試項目，最大可能地為用戶提供通用、靈活、規範的解決方案。

基本介紹

• 中文名：功能測試系統
• 外文名：Functional Circuit Test
• 系統組成1：測量控制部分
• 系統組成2：控制執行部分
• 系統組成3：數據採集部分

基本信息

各類電子產品的實裝電路板（PCBA）在批量生產過程中，設備狀態和人為操作因素都可能引入缺陷，因此要求在生產中加入各種測試設備和測試工具，以保證所有出廠的實裝電路板符合設計的規格和參數。因此，對PCBA要求進行ICT、AOI、FCT等各種測試和檢測。

組成

功能測試系統FCT 是指採用測控計算機（TCC）實現自動化測試的系統，通常建立在標準的測控匯流排或儀器匯流排如GPIB、PXI 的基礎上，從結構組成來看，FCT自動測試系統一般由測控計算機、測試軟體、測試電路、測試針床、機械傳動等部分組成。其中主要的模組包括：

測量控制部分

由若干的控制主機、微處理器組成，測量部分的板卡和儀表完成測試過程中各種模擬或者數字量的採集工作，控制測試流程和狀態，對測量數據和結果進行記錄和判斷，最終得出測試結果。

控制執行部分

控制執行部分是測試過程邏輯動作的感應和執行機構，主要由I四/O部件組成，FCT通過它來搭建硬體環境、構造人機互動、協調前後道生產線邏輯選析，實現測試的功能。

數據採集部分

實現測試數據和結果的存儲、運算、分析、輸出，一般以結構性資料庫為載體，測試軟體以之為基礎而實現對PCBA的流程管理和質量控制。

分類

按操作模式

依操作模式的不同，功能測試系統可以分為手動控制功能測試、半自動控制功能測試、全自動控制功能測試。

早期的功能測試基本以手動和半自動為主，即使到2015年，對於簡單的被測目標（UUT），有時依然採用手動或半自動的當時，這主要是為了簡化設計和降低成本。

隨著科技能力和工業化水平的提高以及產業集群的發展，為了好的保證質量和提高效率，目前的功能測試主要以全自動方式為主，本方案即按此方式設計。

按控制方式

依照控制方式不同，FCT可以分為：嵌入式MCU控制方式、基於PLC控制方式、基於PC控制方式等。

嵌入式MCU的特點是執行速度快、操作簡單，但這種實現方式的專用性較強不容易擴展。基於PLC的控制方式，其重點在於控制部分，測量功能相對較弱，比較適合以控制為主的場合。基於PC的控制方式目前使用較為廣泛，它具有PC機價格低廉、數據處理功能強大、測試程式開發工具豐富等優點。

接口

隨著自動測試技術的發展，傳統的人工測試正在逐漸被自動測試所取代。GPIB和PXI等標準匯流排的出現大大簡化了自動測試系統的開發複雜度，構建測試系統變成了組合各種儀器模組。但是UUT的類型還是複雜多樣的，尤其信號類型也千變萬化；因此，設計一個良好的連線UUT和測試資源TR的測試接口ITA，是簡化測試系統複雜度的關鍵。

每個被測對象(UUT)具有不同的信號激勵點和信號獲取點，這些都需要一個接口以實現UUT 和TE的信號連線，此接口即測試接口適配器ITA。ITA負責完成UUT 和TE 的機械與電氣連線，為TE各個信號點和UUT各個信號點指定路由路徑。

由於UUT的輸入輸出管腳數量較多，信號種類複雜，為滿足自動測試設備的通用性，在ITA設計時， 必須採用多通道開關，(1)是對PCB的信號通道進行自動切換；(2)是對PCB的信號進行調理，使調理後的信號能夠滿足測試儀器的量程範圍；(3)是對PCB和測試儀器的保護，避免操作失誤或外界干擾而對PCBA和測試設備造成損壞。

電路

測試電路主要包括感測器和變換器、信號調理裝置、數據採集設備、負載模擬器等，感測器和變換器測量不同的物理量，並將它們變換為電信號；信號調理主要對電信號進行加工，使其符合採集設備的要求；模擬器仿真UUT的真實負載，為其提供工作環境。

感測器和變換器的種類很多，它們直接與各種物理量相關聯，並將這些物理量轉換為採集設備可以採集的電信號。在設計測試電路前必須對被測對象和測量需求做詳細分析，正確選擇相應的感測器和變換器。信號調理設備對感測器和變換器送來的信號採取放大、濾波、隔離等措施，將它們轉化為採集設備易於讀取的信號。

電路類型主要包括：

差分測量電流

在差分測量系統中，信號輸入端的兩極分別與兩個不同的模擬輸入(簡稱模入)端相連線，並通過多路開關(MUX)分別連線到儀用放大(簡稱儀放)的正負極上。一個8通道的差分測量系統如下圖所示，其中儀用放大器通過多路開關進行通道轉換。標有AIGND(模擬輸入地)的引腳為測量系統的地。

差分測量電路

參考地單端測量電流

在參考地單端RSE(Referenced Single Ended)測量系統中，被測量信號一端接模擬輸入通道，另一端接系統地(AIGND)。

無參考地單端測量電路

無參考地單端測量系統(NRSE)中一端接模擬輸入通道，另一端接公用參考端，但這個參考端電壓相對於測量系統的地來說是不斷變化的。

治具

常規的治具設計，大多採用雙載板平衡桿和針板平衡桿。在測試過程中壓板下壓時，如果壓板、載板、針板固定不佳，容易產生晃動，從而使UUT產生翹邊變形，進行而導致測試針和測試點接觸不良或者位置偏移，使得測試針彎曲變形引起誤測甚至導致UUT裂損。上述情況的發生，尤其是在UUT的厚度發生較大變化時更容易產生。

治具定位原理

根據電路板的不同, 可採用以下幾種定位方式根據工件的不同情況。

1、以外緣輪廓定位

對於面積尺寸較小而且外廓一致性較好的電路板，可採用外輪廓定位方式。長邊用定位板，限制2個自由度；短邊用定位針，限制1個自由度。在另一短邊，還可以增加1隻定位針，形成所謂的約束性過定位。這種方式中，兩根定位柱所限位的尺寸應比UUT尺寸略大，在0.3mm～0.5mm即可。雖然由於此間隙的存在，定位精度會略有降低，但操作方便、製造簡單。

2、以“邊/孔”定位

對於面積尺寸較大的電路板，可以採用“邊/孔”定位，這也屬於約束性過定位的一種。定位板限制2個自由度，定位柱限制2個自由度。這種形式中，通常定位柱和UUT定位孔的間隙需要留的更大一些。

3、以“孔/孔”定位

對於狹長形的UUT，由於其容易變形，使用上述1和2的方式均需要用到電路板的外緣輪廓，因此並不準確，此時應採用雙孔定位。注意對於變形較大的UUT，此孔的位置也不宜選在電路板的兩端，但兩孔間距也不宜過小，設計時定位柱和定位孔的間隙適量放大，一般在0.1mm～0.3mm。

綜上可見，電路板的定位對於治具設計極為重要，不同的定位方式直接影響到定位精度及測試設備的結構, 因此定位方式的選擇很重要。綜合考慮以上各種現行方案的優缺點，設計為 “一面兩空”的定位方式，如下如所示，即利用UUT的一個平面和兩個（或多個）定位孔，特點是製取方法容易、夾具結構簡單、製造加工容易,、滿足精度要求。

治具材料選擇

常用治具材料有防靜電膠木板、有機玻璃板、高密度環氧樹脂板等。有機玻璃板為透明的，容易檢查問題，但是鑽孔時容易斷鑽頭，一般套用在鑽孔密度不高而且孔徑較大的情況。高密度環氧樹脂板相對的成本略高，但鑽頭不容易折斷，加工時沒有脹縮，鑽孔精度較高。

如果針孔的精度要求較高，鑽孔不精確會造成探針套管與針孔之間隙較大而產生晃動；而且探針孔的孔徑較小，鑽孔數量較多；所以針板一般是採用高密度環氧樹脂板，而對於載板則使用成本較低的有機玻璃板、防靜電膠木板等。

軟體模組

功能測試軟體的主要功模組包括：

1、程式運行模組

2、資源管理模組

3、腳本管理模組

4、數據管理模組

5、許可權管理模組

...

程式運行平台

執行環境具有功能強大的測試程式控制功能，既能為高水平技術人員提供多種測試程式控制功能及故障排除功能，也為最基本的操作人員提供極其簡單的GO/NOGO測試方式。

資源管理

資源管理主要包括驅動管理、儀器配置、接口配置。

腳本管理平台

腳本管理一般為使用廣為熟悉的類C的語法，具有完整的腳本編寫、調試、運行環境。腳本可以系統自動生成，並可以由用戶進行修改和編輯。

數據管理平台

數據管理平台可以根據日期分開保存Fail和Pass產品序列號、測試人員、測試時間、測試每項實際值及結果；可以自動統計測試結果資料，對不良品和返修品可以隨時根據日期或批次，查詢對應S/N號的測試結果狀態等。

用戶管理

安全地使用測試系統極為重要。為了保證系統被正確使用，系統要確認使用者身份是否合法，要判定該使用者是否有權使用或更改某一項信息資源。從企業的觀點看，這種功能就是授權管制，即查看信息資源的執行許可權是否經過適當的授權。安全訪問控制涉及的方式比較多，基於角色的安全訪問控制是目前實施授權最常見的方式。基於角色的訪問控制策略簡單來說就是在用戶和許可許可權之間引入角色的概念，把用戶和許可權通過角色聯繫起來，用戶被賦予某種角色，也就擁有相應的許可權。

示例

提供了分別對應ICT和FCT的硬體及軟體模組，可以測試空調、冰櫃等家電控制板，使電路板的ICT和FCT 測試可以在同一個針床和同一道工序上完成。而且即使客戶需要更高的吞吐量、更寬的產品種類、更自動的流水線方式，都依然可以通過這種低成本方式來實現。這些特點為本身具有更高測試需求同時不希望增加測試成本的客戶提供了較好的解決方案。

全自動線上功能測試系統特點

全自動的電路板載入功能：

HD-1000提供的全自動線上流水線方式，能滿足不同製造商電路板生產線測試需求，可將吞吐量提高30%以上；進一步的，HD-1000可以輕鬆的集成在SMT流水線中。

外部套用軟體的集成功能：

經過與電子行業內不同客戶的長期合作以及了解， HD-1000為製造商擴展了外部套用軟體集成功能，例如進行LED測試的製造商可以使用HD-1000進行電流測量，同時對測試結果進行分析，其他的例如音頻和視頻測試，也可以集成到一站中。

良品/不良品分揀功能：

通過對HD-1000進行輕鬆編程，可以根據電路板的OK/NG測試結果，自動使NG的不良品組件流入收納箱或暫存軌道，使OK的良品組件流入正常的下一道工序。

全自動線上功能測試系統功能

線上測試(ICT)：

PCB開路、短路、漏件、錯件、變值、反向、虛焊、空焊（包括IC空焊）等。

功能測試(FCT)：

電壓、電流、功率、功率因素、頻率、占空比、轉速、LED亮度、位置測定、圖形識別、聲音識別、溫度測量以及控制、壓力測量控制、精密運動控制、FLASH、EEPROM線上燒錄等。