单板硬件测试规范 (1).doc
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电源单板硬件测试规范
页数:
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电源单板硬件测试规范
修订信息登记表
目录
前言 6
摘要：
7
关键词：
7
缩略词解释 7
一. 目的 7
二. 适用范围 7
三. 引用/参考标准或资料 7
四. 名词解释 7
五. 测试基本原则及判定准则 7
5.1测试基本原则 7
5.2技术指标说明 8
5.3不合格测试项目分类准则 8
5.4质量判定准则 8
5.5测试准备 8
六. 测试仪器、测试工具、测试环境 8
6.1测试仪器 8
6.2测试工具 9
6.3测试环境 9
七. 测试项目、测试说明、测试方法、判定标准 9
7.1外观及尺寸审查 9
7.2电路原理图审查 10
7.2.1基准电路 10
7.2.2滤波电路 10
7.2.3保护电路 12
7.2.4看门狗电路 12
7.2.5ID电路 14
7.2.6缓冲驱动电路 14
7.2.7锁存电路 15
7.2.8分压电路 16
7.2.9键盘电路 16
7.2.10模拟量通道选择电路 17
7.2.11有效值电路 19
7.2.12差分放大电路 20
7.2.13压频转换电路 21
7.2.14RS485/422电路 23
7.2.15RS232电路 28
7.2.16CAN电路 29
7.2.17CPU基本电路审查 31
7.2.17.1MCS51基本电路 31
7.2.17.2TIDSP基本电路 32
7.2.17.3MPC852基本电路 35
7.2.17.4ARM基本电路 36
7.2.18继电器电路 39
7.2.19交流电压采样电路 41
7.3信号测量 42
7.3.1基准电路 42
7.3.2看门狗电路 44
7.3.3时钟电路 46
7.3.4ID电路 47
7.3.5分压电路 47
7.3.6IIC电路 48
7.3.7有效值电路 49
7.3.8平均值电路 49
7.3.9差分放大电路 51
7.3.10交流频率采样电路 51
7.3.11电池熔丝状态检测电路 53
7.3.12压频转换电路 55
7.3.13光耦固态继电器 56
7.3.14光藕电路 57
7.3.15RS485/422电路 57
7.3.16RS232电路 58
7.3.17CAN电路 59
7.3.18CPU电路信号测量 61
7.3.18.1MCS51单片机基本电路 61
7.3.18.2DSP基本电路 61
7.3.18.3MPC852基本电路 63
7.3.18.4ARM基本电路 64
7.4电路计算 65
7.4.1TVS电路 65
7.4.2光耦固态继电器 67
7.4.3光藕计算 68
7.4.4差分放大电路计算 71
7.4.5单板电路功耗计算 71
7.5研究性测试 72
7.5.1近场骚扰测试 72
八. 附录 75
8.1测试方案模板 75
8.2测试项目手册模板 75
8.3单板测试CheckList 75
8.4整流模块DSP硬件测试规范 76
8.5逻辑电平 76
前言
摘要：
本规范介绍了电源单板硬件测试的项目、测试方法以及测试原理。
关键词：
电源单板硬件测试原理图波形测量电路计算
缩略词解释
LCD:
LiquidCrystalDisplay
LED:
LightEmittingDiode
CPU:
CentralProcessingUnit
一.目的
规范监控单板的白盒、极限测试，包含测试项目、测试说明、测试方法以及判定标准等；
规范通信监控单板白盒极限测试的基本原则、不合格问题分类与质量判定标准；
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二.适用范围
适用于公司所生产的电源系统及环境监控的监控单板。
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三.引用/参考标准或资料
《产品开发规格书》、《单板详细设计书》
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四.名词解释
1IEC：
国际电工委员会
2EUT：
被测设备
3劣化（性能）：
任何装置、设备或系统的工作性能与正常性能非期望的偏离。
劣化可应用于暂时性或永久性的故障。
4正常工作：
监控单板功能符合设计要求。
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五.测试基本原则及判定准则
5.1测试基本原则
以标准（IEC标准和其它国际标准、国家标准、部颁标准）、开发规格书、企业标准、测试规范为依据，以测试数据为准绳，站在用户的角度上对监控单板进行评测，将功能缺陷与故障隐患暴露在测试阶段。
系统指标判据以开发规格书和企业标准为准，当测试项目在开发规格书和企业标准中未明确界定时，以测试规范中系统指标的默认参考指标或相关行业标准为准。
测试工作不受项目开发组态度与思路及其他干扰测试过程因素的影响，独立按照测试流程进行。
样机测试中，如果因测试问题较严重，已影响系统测试工作的顺利进行，需停止测试，方允许在受测系统上进行修改，项目开发组对问题进行修改并完成自测后，重新提交测试申请，转入下一循环的测试。
其余情况下，测试问题只能在第二套样机上进行修改及自测，并进行记录。
在下一测试阶段，对改正后的测试问题进行系统验证并进行其它项目的测试。
中试测试着重测试设计产品的复制效果——复制品性能、指标的达标情况。
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5.2技术指标说明
开发规格书或企业标准规定的指标低于业界相关标准的规定时，需修改开发规格书或企业标准，否则依据业界标准判定开发规格书或企业标准不合格，并提请总体办重新对开发规格书或企业标准进行评审。
l 指标界定
部标为最低标准，当开发规格书优于部标、国标或国际标准时，以开发规格书和企业标准为准：
未做特殊说明的指标为开发规格书、项目任务书及相关标准中界定的指标要求，是产品必须具备的基本指标。
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5.3不合格测试项目分类准则
请参考测试部制定的《测试问题分类标准》。
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5.4质量判定准则
l 合格判定：
无A、B类不合格项，C类不合格项小于3项，判定系统合格。
l 不合格判定：
◆A、B类问题，一项不合格，既判定系统不合格；
◆C类问题，三项（不含三项）以上不合格，既判定系统不合格；
l D类问题判定：
由总体组和专家组，参照技术、市场、生产、成本等等限制条件确定其对系统合格与否的影响。
对D类问题的判定结果，由总体组和专家组负责，不计入测试部的评定指标范围。
l对本规范，如果没有特别说明，不合格的为严重问题。
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5.5测试准备
单板测试前需要先进行上下电切换20次及快速上下电20次，人为以最快的速度进行上下电，（考察CPU及SDRAM和Flash是否因掉电时间缓慢引起异常），不能有损坏，监控不能出现重启及其它异常情况，才开始测试。
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六.测试仪器、测试工具、测试环境
6.1测试仪器
序号
仪器仪表
精度及级别
1
名称
参考型号
2
数字万用表
FLUKE-45
3
数字万用表
FLUKE-187
4
模拟示波器
100MHZ或20MHZ
5
数字示波器
TekTDS510A
500MHZ，500MS/S
6
数示示波器
TekTD340A
100MHZ
100MHZ，500MS/S
7
可调稳压电源
WYK100-10
输出电压：
0~100V
输出电流：
0~10A
8
双路跟踪稳压稳流电源
DH1718D-4
0-32V，0-3A
9
计算机
PIII800以上
带网口，串口，WIN98/2K/XP
10
信号源
CA100
11
函数发生器
HP33120A
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6.2测试工具
POWERSTAR后台测试软件；
监控系统内、外通信协议测试平台。
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6.3测试环境
测试实验室
七.测试项目、测试说明、测试方法、判定标准
7.1外观及尺寸审查
l 测试说明：
1）初样样机单板飞线不能超过3处，不能存在飞器件；其他版本样机不能存在飞线和飞器件现象；
2）插座应该有防插错功能；（详见保护电路测试）
3）建议有电源指示灯或电源指示灯接口
4）样机尺寸应符合规格书要求
l 测试方法：
外观：
目测。
尺寸：
使用长度量具测量。
l 判定标准：
符合测试说明，合格；否则，则判定不合格。
l 参考案例：
案例1
【现象描述】SM模块的电源输入口与RS485通讯口的插座相同，无防插座处理，导致测试时，将RS485通讯线与电源输入口差错，从而将连接在RS485总线的所有SM模块端口损坏。
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7.2电路原理图审查
7.2.1基准电路
l 测试说明：
模拟量在采样时需要有基准电路，当基准发生变化时，将导致模拟量采样发生漂移或严重偏离实际输入。
电压基准源分为并联型和串联稳压型。
并联型基准主要是利用半导体结的正负温度特性，通过设计一定的间隙电压下，其温度系数最小。
一般的间隙电压有2.5V,1.24V，1.225V等。
2.5V我司主要推荐使用AZ431，HA17431H。
1.24V主要使用AZ431L，LMV431。
1.225V主要采用LM4041，TS4041。
串联稳压型，其结构同电压调整器类似，其内部一般也需要一个基准源，外部有高精度的反馈网络。
由于一般要采用特殊的工艺，制程较复杂，价格较贵。
此基准能做到高精度，低温度系数。
主要用于高精度和低温漂的场合。
串联型基准主要采用2.5V，2.048V基准。
SOT-23封装是以后主要封装，3~5年内基本不会淘汰。
我司推荐ADR380，MAX6021。
基准电路的基准源的选取应该使用公司推荐的芯片。
同时基准只用于电压参考，不允许直接用于作电源供电或输出较大的电流。
l 测试方法：
1.基准电路的基准源的选取应该满足测试说明，否则提一建议问题。
2.检查电路原理图，基准是否只用于电压参考，不允许直接用于作电源供电或输出较大的电流。
l 判定标准：
符合测试说明为合格，否则不合格。
l参考案例：
无
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7.2.2滤波电路
l 测试说明：
在单板的电源输入侧，出于对电源质量，上电特性及热插拔的需要，需要加电源滤波电路。
电源滤波电路的形式有多种，可以是单电容型、单电感型、L型、π型滤波器，其中比较通用，效果较好的是π形电源滤波器，它的基本电路形式为图1所示。
图1П形电源滤波器
单板中π形电源滤波器的容抗及感抗参数应按实际需要进行选择，滤波器中的C1与C2，C3与C4一般是由电解电容及高频电容组成的并联电容组，其中C2与C3一般为电解电容，其主要作用是滤除电源中的低频噪声，而C1与C4一般为独石或瓷片电容，主要作用是为了滤除电源上的高频噪声。
输入侧的电解电容的容值一般不宜过大，否则当单板带电插入时相当于对电源并入一大电容，可能会将电源电压瞬间拉低造成同框单板复位。
输入侧高频电容的值一般在0.01uf-0.1uf之间，低频电容一般选择在10uf-47uf之间。
电感的作用为抑制电流瞬间变化，电感越大，抑制效果越好。
但同时电感太大时单板的上电特性不好，上电及掉电或带电插拔时，电感两端会产生反电势，这样会对后面的负载产生影响。
故参数不宜过大，推荐的参数为10uH-40uH。
标准值为10uH。
输出侧的电容不仅要完成去耦及过滤纹波的作用，并且还须维持输出电平不受电感反电势的影响，兼顾考虑板内负载大小及板内其他去耦电容的数量，推荐参数为低频电容10uf-50uf，高频电容0.01uf-0.1uf。
电容电感的实际取值要由单板的电路及单板需要完成的功能具体决定。
实用的电源滤波器
图2电源滤波器的实用电路
如图所示为一种比较实用的电源滤波器，它对滤除差模噪声和共模噪声都有一定的效果。
共模电感L1在滤除差模噪声的同时对共模噪声有显著效果，同时C7、C11也是滤除共模噪声，一般选用1000pF~0.1uF的瓷介电容，有较好的高频特性，这两个电容的接地阻抗也要求尽可能的小，其值选的较大时有助于增强滤波效果，但却使接地阻抗减小，漏电流变大，因此应考虑漏电流的影响。
共模电感的铁心应选取较难磁饱和且注意截面积不能太小，否则易使铁心磁饱和而使滤波效果下降。
输出滤波器可根据使用对象对电源的要求来选取，数字电路尤其是高速数字电路对电源要求比较高，可选用如下的滤波电路：
图3电源输出滤波器
l 测试方法：
1）审查电路中有无电源滤波器。
如无电源滤波器则测试中应重点测试单板带电插拔性能、电源波动时单板的工作性能，以及频繁上电对单板的冲击。
2）审查电路中电源滤波器的电路拓扑，如果与测试说明中的滤波器不同，则需要进行一下项目测试:
a在电源输入的要求电压范围内变化，用示波器测量输出电压纹波峰峰值。
电源纹波应该小于额定输出的3％；
b对单板频繁上下电5次，观察是否存在单板不能启动或正常工作的情况。
l 判定标准：
1）检查电路拓扑是否为公司推荐的拓扑结构与参数范围，否则提一个建议问题。
2）满足测试说明，合格；否则，不合格。
l 参考案例：
无
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7.2.3保护电路
l 测试说明：
电源的极性保护电路有两种形式，一种是电源的正负极性接反时，电路不工作，只做保护，这时只是在电源的一极串入一个正向导通的二极管，在电源方向接反时，由于二极管的方向截止特性保护了内部电路；一种是对电源的方向没有要求，正负都可以工作，这时电源输入端应有整流电路，常用的是使用二极管或硅桥整流电路。
电源的极性保护电路通常在电源滤波器的之前。
电源保护电路建议在正极输入端串联保险丝进行过流保护，当电流太大时，保险丝熔断或暂时熔断对单板进行保护。
l 测试方法：
审查有无电源的极性保护电路，对于没有该电路的单板，应要求在电源的输入端具有防反插功能，且有明显的极性指示标志。
l 判定标准：
1）对于有电源极性保护电路的单板，如果电源极性反接，单板不损坏，为合格，否则，该项不合格；
2）对于没有该电路的单板，应要求在电源的输入端具有防反插功能，且有明显的极性指示标志，否则判为不合格。
l 参考案例：
无
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7.2.4看门狗电路
l 测试说明：
复位电路保证在电源来电的时候，硬件电路部分能够可靠复位，保证关键电路或芯片的逻辑是一个正确的逻辑或不改变系统当前应处的状态；在电源掉电或电源电压（低于最低工作电压）下降过程中，保证复位电平使单板处于复位有效状态。
看门狗电路保证在系统陷入死循环、没有在要求时间内喂狗、电源中断或电源电压低到已不能使电路正常工作时，对单板复位。
我司主要使用的复位电路有看门狗电路和手动复位电路。
看门狗芯片主要使用有：
ADM706、TC1232，这两种芯片是WDT、复位功能合一的芯片。
但TC1232公司已经不再使用，这里主要讨论ADM706的使用。
使用ADM706时，注意以下事项：
1）/WDO应连接到/MR，保证WatchDog有效，否则WDT不会被触发。
2）PFI（POWERFAILINPUT）不使用时不能悬空；
3）由于/RESET输出低电平为有效复位信号，平时保持高电平输出。
对于要求高电平复位的芯片应注意增加反相器进行反向；
4）需要复位的芯片比较多时，应注意ADM706的复位驱动电流能力，必要时应增加功率驱动（ADM706在输出复位信号为高电平时，拉电流为800uA；在输出低电平时，灌电流为3.2mA）；
5）ADM706的Vcc在小于1V时输出有效复位电平，并在Vcc恢复正常后保持200ms，因此对于部分对工作电压要求比较严格的芯片可采用ADM706做WDT同时还具备电压监视的功能；
6）应有喂狗指示电路，即应有喂狗指示灯；
7）ADM706作为WDT使用时的典型电路入图4所示：
图4看门狗电路
4.7kW的上拉电阻主要是改善输出驱动能力和复位波形。
有手动复位时，可以在/MR端接复位键或在输出端接复位键，通常在/MR端接手动复位键。
8）reset引脚输出滤波电路检查，若在电路设计的时候，在RESET引脚的输出增加滤波电路的情况下，滤波电路一般采用RC滤波，见下图：
但RC滤波电路电路的时间常数过长（虽然抗干扰性提高了），会导致复位电路的电压下降过慢，可能会出现单板掉电的时候（如上下电过程中），电源电压已经掉到一个不稳定状态（cpu还工作，但不稳定），但复位电路电压还比较高，不能够有效复位，这种情况下，可能会出现cpu运作错乱，在操作flash时，会出现操作flash出错甚至改写flash数据的情况出现，而导致单板程序出问题。
类似的例子已经在plc产品上出现。
故必须进行RC滤波的检查。
（plc出问题的产品的RC时间常数为T＝4.7K×1uF＝4.7mS，要求检查时间常数RC必须小于0.47mS（小于出问题的0.1倍）），如果设计的时间常数大于0.47mS，需要通过反复测试上下电过程中，复位电路的输出信号确定是否有问题。
l 测试方法：
按测试说明审查电路
l 判定标准：
符合测试说明，合格；否则，不合格。
l参考案例：
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7.2.5ID电路
l 测试说明：
ID信号即为单板的板位信号，通常用来作通讯地址译码选择、单板类型选择、波特率选择、硬件电路的控制等，典型ID信号在母板上悬空或接GND，所以在单板上需作处理，推荐使用电路如下：
ID典型电路
图中：
1）拨码开关为OFF时，ID管脚悬空，ID信号由上拉电阻上拉为高电平1；拨码开关为ON时，ID管脚接地为低电平代表逻辑0。
2）需要加上拉电阻和限流电阻。
上拉电阻建议取4.7~10kW，隔离限流电阻一般取220Ω。
在有热插拔要求时，220W的隔离限流电阻主要起到抑制单板插拔时的瞬间电流过强，对芯片影响大而导致问题发生甚至芯片损坏。
l 测试方法：
1检查是否有上拉电阻，电阻值是否合适。
公司推荐优选上拉电阻方案，不选下拉电阻方案。
2热插拔要求时，检查是否有限流电阻或经过缓冲驱动器隔离。
l 判定标准：
1．检查是否有上拉电阻，否则不合格，为严重问题；
2．热插拔要求时，检查是否有限流电阻或经过缓冲驱动器隔离，限流电阻推荐阻值为220欧。
阻值选择原则为，拨码开关闭合时，VIDout<0.8V，保证输入低电平有效，否则不合格，为严重问题；
l 参考案例：
案例1：
CMOS栓锁效应。
在某单板的ID电路中，直接采用了拨码开关接地的方式，没有标准电路中的限流隔离电阻。
在一次测试中，上电前该拨码选择为ON，为低电平，而上电复位瞬间P1口为高电平，导致在上电时P1口的高电平被瞬时短路到地，造成CPU端口的栓锁效应。
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7.2.6缓冲驱动电路
l 测试说明：
在电路设计中，由于电路驱动能力的原因，需要缓冲驱动，以增强驱动能力，避免由于驱动不足而造成电路执行失效。
常用的缓冲驱动芯片有74244、74245、7416244、7416245等。
其中，74244、7416244为单向缓冲驱动器，74245、7416245为双向缓冲驱动器。
1.对于多余不用的输入端通过电阻进行上拉（典型值为4.7kW）或下拉（典型值为200W）处理，输入管脚不能悬空。
2.必要时，在信号输入端串联33W的限流电阻，尤其在热插拔设计中更应注意。
3.对于高速信号的缓冲驱动，应注意传输延迟时间是否会对信号造成影响。
一般来说，高速双极型的芯片传输延迟时间较短为几个纳秒，而对于低功耗的芯片则传输延迟较大。
4.一个CMOS输出最多可以驱动8个TTL门输出，如果输出的门数超过8个，需要加驱动。
l 测试方法：
审查电路原理图，是否满足测试说明。
l 判定标准：
符合测试说明为合格，否则不合格。
l参考案例：
无
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7.2.7锁存电路
l 测试说明：
锁存电路有沿触发和电平触发两钟。
数据地址信号线在信号复用时必须加锁存电路，对如控制信号的锁存，建议使用带有复位信号的锁存器，如74HC273。
273的主要作用是在上电后获得一个确定电平状态，可防止在CPU复位或单板上电期间，不确定电平造成输出误动作。
为了提高硬件的抗干扰能力，最好在锁存电路的控制端口（CLR，RESET）增加滤波电容（470pf，0.1uf）。
l 测试方法：
审查电路原理图，是否满足测试说明。
l 判定标准：
符合测试说明为合格，否则不合格。
l 参考案例：
案例1：
锁存电路的芯片容限。
在某产品测试时，使用74HCT373作为信号锁存器，然后控制继电器，在对继电器实施ESD测试时，总是有其它继电器误动作，不能满足测试要求，在更换为74HC273后，测试通过。
原因是74HCT373无复位端信号,ESD测试时，导致CPU复位，有不确定电平产生，造成继电器无动作。
控制量电路采用74HC273,273的主要作用是在上电后获得一个确定电平状态，其使能端与复位信号相连,可以防止由于复位时不确定的电平造成数据破坏。
案例2：
硬件提高抗干扰的一个方法。
监控单元硬件的控制输出采用74HC273锁存器，且采取了抗干扰措施，即重要的控制输出，采用2至3个控制信号同时控制，一般情况下，干扰由数据口误写入锁存器，导致控制状态变化的可能性很小。
再看误动作出现的具体情况：
只由均充转浮充，而没有浮充转均充。
即干扰是将锁存器的输出由1变为0（1时为均充，0时为浮充），而且是同时将2个（或以上）输出干扰为0。
进一步分析，认为误动作的原因可能是干扰了锁存器的复位端CLR。
硬件中CLR是接在由电阻和电容组成的复位电路上的，电容是接地的，应该不易被干扰。
但实际上，复位电路位于U1板，而输出锁存器位于S2板，U1板和S2板提供母板M1连接，复位信号从U1板的对地电容到锁存器的CLR端约有20－30公分的电路连接，而在静电等强干扰（包括高频）下，这20~30公分的电路可能是一个电感，那么就有可能在锁存器的CLR端出现低电平将锁存器复位，而U1板上的复位信号仍然是高电平。
在74HC273的复位端CLR对地加一个104电容，再反复测试，没有出现误动作现象。
为了进一步提高硬件的抗干扰能力，在74HC273的写CLR端加一个471电容，实际效果更好，大大提高了M3464Z的抗干扰能力，增加了稳定性。
M3464Z也成为数采部第一个通过8KV静电干扰的产品。
案例3：
避免CPU自复位给输出控制带来影响
PS4850/10电源系统监控模块PSM-5在解决MODEM口与后台通讯不良问题的市场更改中，曾设计了通过程序引导进入陷阱来定时对89C52作初始化的功能，测试中偶尔出现所有已经限流关闭的整流模块短时间内被控制放开又关闭的现象。
经分析，整流模块的输出开关控制信号由89C52的P1口发出，经反相器驱动后，通过光耦连接至整流模块。
相应的P1口端脚置高电平时，模块放开；低电平时，模块关闭。
复位过程中，89C52的I/O口都为高电平，自然会导致上述现象的出现。
I/O口作输出控制信号使用时
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