一种线路板特性阻抗测试系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种能够快速测试印刷线路板特性阻抗的系统和方法。包括测试主机、探针、ＰＣ机、打印机和运行于ＰＣ机上的分析软件。所述测试主机包括脉冲发生电路、脉冲接收电路、同轴开关、信号采集模块、逻辑控制模块和ＣＰＵ处理模块。所述系统采用智能化和自动化设计，结合所述测试方法，用户只需对ＰＣ机进行简单的初始化设置就能进行自动测试、显示结果等，简化了人工操作步骤，降低了操作的难度。系统中输出端采用同轴开关进行切换，可以使用单个阶跃脉冲发射和单个接收通道实现差分阻抗测试，避免了采用两个不完全一致的阶跃脉冲发生电路或两个接收通道带来的误差问题，有效提高了测试精度，同时降低了外部静电对测试主机损坏的概率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种能够快速测试印刷线路板特性阻抗的系统和方法。
技术介绍
近几年来，随着台式电脑(PC机)、笔记本电脑、手机、数字电视、机顶盒、消费电子(MP3、MP4、游戏机、数码相机等)、通信设备和汽车电子等电子产品的飞速发展，其信号传输频率和速度越来越高，对所使用的线路板(PCB)提出了严格的特性阻抗测试要求。 PCB板线路的特性阻抗和板上线路的物理尺寸、PCB制造材料、加工工艺等均有关，可能每一批线路板的特性阻抗都不一样。为了控制线路阻抗，PCB制造商需要对生产的每一块PCB进行严格的特性阻抗测试，检验是否符合设计和生产的要求；制造商根据测试结果，可以通过改变线路宽度、叠层厚度、控制蚀刻等方法，调整或补偿不同批次PCB的特性阻抗，满足客户对PCB板特性阻抗控制精度的要求。 传统的测试系统需要采用取样示波器和阶跃脉冲发生/取样器组成的时域反射计(TDR)这样的专业实验室设备，来测试线路板上蚀刻线路或者测试样板的特性阻抗。这种测试设备存在若干缺点，例如操作复杂，成本高昂，测试速度慢，仪器容易被静电击穿损坏，对测试工作环境要求苛刻等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，以对高速、高频线路板特性阻抗实现简洁、快速、准确的测试，提高线路板特性阻抗检测效率。 为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是 提供一种线路板特性阻抗测试系统，包括测试主机、探针、PC机打印机和运行于PC机上的分析软件。 所述测试主机至少包括 一脉冲发生电路，与逻辑控制模块连接，用于产生激励阶跃脉冲信号； 一脉冲接收电路，连接于信号采集模块和同轴开关之间，用于采样待测线路反射回来的脉冲信号； 一同轴开关，连接于脉冲发生电路、脉冲接收电路和接插探针的输出端口之间，受逻辑控制模块控制切换测试方式，实现信号的导入导出； 一信号采集模块，连接于CPU处理模块与脉冲接收电路之间，用于对接收到的反射信号滤波、放大并转化成数字信号送入存储器中存储，供CPU读取； 一逻辑控制模块，与CPU处理模块连接，接受CPU指令对脉冲发生模块、脉冲接收电路、信号采集模块及同轴开关的工作进行协调控制； 一CPU处理模块，与PC机连接通讯，接受PC机发送的测试控制命令和测试参数，翻译PC机命令，发送给逻辑控制模块。 一种具体的方案为所述的同轴开关K的引脚S1、S5分别连接负载电阻，引脚S2、S4分别连接两输出通道CHA、CHB端；引脚S3连接脉冲发生电路；同轴开关K的3个控制引脚K1+、K2+、K-均连接逻辑控制电路；逻辑控制电路控制同轴开关切换，可将引脚S2和/或S4连接到引脚S3，使连接于S3处的脉冲发生电路输出的激励脉冲加载到输出通道CHA和/或CHB上。 一种更具体的方案为所述的CPU处理模块包括DSP数字信号处理器及与其连接的ARM微处理器，所述CPU处理模块通过ARM微处理器上行与PC机通讯、通过DSP数字信号处理器下行与逻辑控制模块通讯，并采集存储器中数据。 所述线路板特性阻抗测试方法，步骤为 (1)用户通过PC机，设定好测试开始点和结束点，即测试区间； (2)用户根据线路板设计要求的特性阻抗值和容许范围在PC机上设置测试文件的参数，上层软件自动生成批量测试列表； (3)启动特性阻抗测试系统中测试主机； (4)PC机通过CPU处理模块发送测试命令和测试参数给逻辑控制电路； (5)逻辑控制电路控制脉冲发生电路产生阶跃脉冲信号加载到被测线路板上； (6)脉冲接收电路、信号采集模块协同工作，采集设定数量的采样点，并存储到存储器中； (7)CPU处理模块读取存储器的数据，拼接采样波形，计算测试阻抗，和设定的特性阻抗值及容许范围进行比较，得到“合格”与“不合格”结果； (8)单次测试结束后，PC机读取CPU的处理数据和结果，显示测试波形和测试结果，并生成报表打印。 本专利技术的优点在于(1)相对于现有技术，本专利技术所述系统采用智能化和自动化设计，用户只需对PC机进行简单的初始化设置就能迅速进行自动测试、显示结果、自动生成报表并打印，大大简化了人工操作步骤，降低了操作难度；(2)输出端采用同轴开关进行切换，使用“单个阶跃脉冲发生电路和单个接收通道”实现差分线路阻抗的测试，避免了采用两个阶跃脉冲发生电路或两个接收通道测试时，由于两个脉冲发生电路或两个通道不能完全一致带来的误差问题，有效提高了测试精度；(3)当系统不工作时，利用同轴开关切断阶跃脉冲发生和接收电路同输出通道的连接，从物理上断绝了测试主机与外界的连接，有效降低了外部静电对测试主机的损坏概率。 附图说明 图1为本专利技术所述线路板特性阻抗测试系统原理组成示意框图； 图2为所述同轴开关实施例原理示意图； 图3是本专利技术所述同轴开关工作于CTL1模式，阶跃脉冲加载到CHA通道，CHB连接到负载电阻时电路示意图； 图4是同轴开关工作于CTL2模式，阶跃脉冲加载到CHB通道，CHA连接到负载电阻时电路示意图； 图5为图3、图4的等效电路图； 图6是同轴开关工作于CTL3模式，阶跃脉冲同时加载到CHA和CHB通道电路示意图； 图7为图6的等效电路图； 图8为所述线路板特性阻抗测试方法流程示意图。 具体实施例方式 为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明 如图1，所述线路板特性阻抗测试系统，包括测试主机100、插接于测试主机上的探针103、PC机101和联设于PC机上的打印机102。所述测试主机包括脉冲发生电路205、同轴开关206、脉冲接收电路209、信号采集模块、逻辑控制模块202和CPU处理模块101。 所述脉冲发生电路205，其与逻辑控制模块202连接，用于产生激励阶跃脉冲信号。当接入被测线路开始测试时，高速阶跃脉冲信号沿着被测线路传播，遇到阻抗不连续点时发生反射。本系统中要求其产生的阶跃脉冲信号上升沿上升时间范围在120ps～160ps之间，脉冲幅值范围在200mV～300mV之间，频率范围在10kHz～200kHz之间。信号最佳选值为上升时间小于150ps，幅度250mV，脉冲频率32.768kHz。 所述同轴开关206，连接于脉冲发生电路、脉冲接收电路和接插探针的输出端口之间，受逻辑控制模块控制切换测试方式，实现信号的导入导出。 所述脉冲接收电路209，连接于信号采集模块和同轴开关之间，用于采样待测线路反射回来的脉冲信号。 所述信号采集模块，包括依次连接的A/D转换电路204和FIFO存储器电路203，用于对接收到的反射信号滤波、放大、转化成数字信号后存储。 所述逻辑控制模块202，与CPU处理模块101连接，接受CPU指令对脉冲发生电路、脉冲接收电路、信号采集模块工作进行协调控制。逻辑控制模块202接收脉冲发生电路的时钟1，经过同步和时序调整之后产生给脉冲发生电路的控制信号1、给ADC模数转换电路的时钟信号2和给脉冲接收电路的时钟信号3。逻辑控制模块202通过控制信号3配置同轴开关的工作模式；通过控制信号1控制脉冲发生电路的触发、开始和结束工作；通过控 制信号2控制脉冲接收电路和ADC转换、存储数据的工作时序。 所述CPU处理模块，与PC机101连接通讯，接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种线路板特性阻抗测试系统，包括测试主机、探针、ＰＣ机、打印机和运行于ＰＣ机上的分析软件，其特征在于：所述测试主机至少包括：　一脉冲发生电路，与逻辑控制模块连接，用于产生阶跃脉冲信号；　一同轴开关，连接于脉冲发生电路、脉冲接收电 路和接插探针的输出端口之间，受逻辑控制模块控制切换测试方式，实现信号的导入导出；　一脉冲接收电路，连接于信号采集模块和同轴开关之间，用于采样待测线路反射回来的脉冲信号；　一信号采集模块，连接于ＣＰＵ处理模块与脉冲接收电路之间，用 于对接收到的反射信号滤波、放大并转化成数字信号送入存储器中存储，供ＣＰＵ读取；　一逻辑控制模块，与ＣＰＵ处理模块连接，接受ＣＰＵ指令对脉冲发生电路、脉冲接收电路、信号采集模块及同轴开关的工作进行协调控制；　ＣＰＵ处理模块，与ＰＣ 机连接通讯，接受ＰＣ机发送的测试控制命令和测试参数，翻译ＰＣ机命令，发送给逻辑控制模块。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹勇，徐地华，秦开宇，梅领亮，周振兴，雷英俊，安玉娟，李颖，曾纪瑞，连丰庆，翟鹏，陈伯平，王天辉，梁前，吴伟钦，王巍，
申请(专利权)人：电子科技大学，广东正业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]