标题：功能测试系统
功能测试
各类电子产品的实装电路板（PCBA）在批量生产过程中，设备状态和人为操作因素都可能引入缺陷，因此要求在生产中加入各种测试设备和测试工具，以保证所有出厂的实装电路板符合设计的规格和参数。因此，对PCBA要求进行ICT、AOI、FCT等各种测试和检测。
功能测试（FCT）一般专指PCBA上电后的测试，主要包括电压、电流、功率、功率因素、频率、占空比、亮度与颜色、字符识别、声音识别、温度测量、压力测量、运动控制、FLASH和EEPROM烧录等测试项目。自动化FCT测试设备大都基于开放式硬、软件体系结构设计，能够灵活地扩展硬件，快捷方便的建立测试程序；一般可以做到支持多种仪器，可以灵活的按需进行配置；而且要具有丰富的基本测试项目，最大可能地为用户提供通用、灵活、规范的解决方案。
功能测试系统组成
功能测试系统FCT 是指采用测控计算机（TCC）实现自动化测试的系统，通常建立在标准的测控总线或仪器总线如GPIB、PXI 的基础上，从结构组成来看，FCT自动测试系统一般由测控计算机、测试软件、测试电路、测试针床、机械传动等部分组成。其中主要的模块包括：测量控制部分由若干的控制主机、微处理器组成，测量部分的板卡和仪表完成测试过程中各种模拟或者数字量的采集工作，控制测试流程和状态，对测量数据和结果进行记录和判断，最终得出测试结果。控制执行部分控制执行部分是测试过程逻辑动作的感应和执行机构，主要由I四/O部件组成，FCT通过它来搭建硬件环境、构造人机交互、协调前后道生产线逻辑选析，实现测试的功能。数据采集部分实现测试数据和结果的存储、运算、分析、输出，一般以结构性数据库为载体，测试软件以之为基础而实现对PCBA的流程管理和质量控制。
功能测试系统分类
按操作模式依操作模式的不同，功能测试系统可以分为手动控制功能测试、半自动控制功能测试、全自动控制功能测试。
早期的功能测试基本以手动和半自动为主，即使到现在，对于简单的被测目标（UUT），有时依然采用手动或半自动的当时，这主要是为了简化设计和降低成本。
随着科技能力和工业化水平的提高以及产业集群的发展，为了好的保证质量和提高效率，目前的功能测试主要以全自动方式为主，本方案即按此方式设计。按控制方式依照控制方式不同，FCT可以分为：嵌入式MCU控制方式、基于PLC控制方式、基于PC控制方式等。
嵌入式MCU的特点是执行速度快、操作简单，但这种实现方式的专用性较强不容易扩展。基于PLC的控制方式，其重点在于控制部分，测量功能相对较弱，比较适合以控制为主的场合。基于PC的控制方式目前使用较为广泛，它具有PC机价格低廉、数据处理功能强大、测试程序开发工具丰富等优点。
功能测试系统接口
随着自动测试技术的发展，传统的人工测试正在逐渐被自动测试所取代。GPIB和PXI等标准总线的出现大大简化了自动测试系统的开发复杂度，构建测试系统变成了组合各种仪器模块。但是UUT的类型还是复杂多样的，尤其信号类型也千变万化；因此，设计一个良好的连接UUT和测试资源TR的测试接口ITA，是简化测试系统复杂度的关键。
每个被测对象(UUT)具有不同的信号激励点和信号获取点，这些都需要一个接口以实现UUT 和TE的信号连接，此接口即测试接口适配器ITA。ITA负责完成UUT 和TE 的机械与电气连接，为TE各个信号点和UUT各个信号点指定路由路径。
由于UUT的输入输出管脚数量较多，信号种类复杂，为满足自动测试设备的通用性，在ITA设计时， 必须采用多通道开关，(1)是对PCB的信号通道进行自动切换；(2)是对PCB的信号进行调理，使调理后的信号能够满足测试仪器的量程范围；(3)是对PCB和测试仪器的保护，避免操作失误或外界干扰而对PCBA和测试设备造成损坏。
功能测试系统电路
测试电路主要包括传感器和变换器、信号调理装置、数据采集设备、负载模拟器等，传感器和变换器测量不同的物理量，并将它们变换为电信号；信号调理主要对电信号进行加工，使其符合采集设备的要求；模拟器仿真UUT的真实负载，为其提供工作环境。
传感器和变换器的种类很多，它们直接与各种物理量相关联，并将这些物理量转换为采集设备可以采集的电信号。在设计测试电路前必须对被测对象和测量需求做详细分析，正确选择相应的传感器和变换器。信号调理设备对传感器和变换器送来的信号采取放大、滤波、隔离等措施，将它们转化为采集设备易于读取的信号。
电路类型主要包括：差分测量电流在差分测量系统中，信号输入端的两极分别与两个不同的模拟输入(简称模入)端相连接，并通过多路开关(MUX)分别连接到仪用放大(简称仪放)的正负极上。一个8通道的差分测量系统如下图所示，其中仪用放大器通过多路开关进行通道转换。标有AIGND(模拟输入地)的引脚为测量系统的地。 
  差分测量电路参考地单端测量电流在参考地单端RSE(Referenced Single Ended)测量系统中，被测量信号一端接模拟输入通道，另一端接系统地(AIGND)。无参考地单端测量电路无参考地单端测量系统(NRSE)中一端接模拟输入通道，另一端接公用参考端，但这个参考端电压相对于测量系统的地来说是不断变化的。
功能测试系统治具
常规的治具设计，大多采用双载板平衡杆和针板平衡杆。在测试过程中压板下压时，如果压板、载板、针板固定不佳，容易产生晃动，从而使UUT产生翘边变形，进行而导致测试针和测试点接触不良或者位置偏移，使得测试针弯曲变形引起误测甚至导致UUT裂损。上述情况的发生，尤其是在UUT的厚度发生较大变化时更容易产生。治具定位原理根据电路板的不同, 可采用以下几种定位方式根据工件的不同情况。
1、以外缘轮廓定位
对于面积尺寸较小而且外廓一致性较好的电路板，可采用外轮廓定位方式。长边用定位板，限制2个自由度；短边用定位针，限制1个自由度。在另一短边，还可以增加1只定位针，形成所谓的约束性过定位。这种方式中，两根定位柱所限位的尺寸应比UUT尺寸略大，在0.3mm～0.5mm即可。虽然由于此间隙的存在，定位精度会略有降低，但操作方便、制造简单。
2、以“边/孔”定位
对于面积尺寸较大的电路板，可以采用“边/孔”定位，这也属于约束性过定位的一种。定位板限制2个自由度，定位柱限制2个自由度。这种形式中，通常定位柱和UUT定位孔的间隙需要留的更大一些。
3、以“孔/孔”定位
对于狭长形的UUT，由于其容易变形，使用上述1和2的方式均需要用到电路板的外缘轮廓，因此并不准确，此时应采用双孔定位。注意对于变形较大的UUT，此孔的位置也不宜选在电路板的两端，但两孔间距也不宜过小，设计时定位柱和定位孔的间隙适量放大，一般在0.1mm～0.3mm。
综上可见，电路板的定位对于治具设计极为重要，不同的定位方式直接影响到定位精度及测试设备的结构, 因此定位方式的选择很重要。综合考虑以上各种现行方案的优缺点，设计为 “一面两空”的定位方式，如下如所示，即利用UUT的一个平面和两个（或多个）定位孔，特点是制取方法容易、夹具结构简单、制造加工容易,、满足精度要求。  治具材料选择常用治具材料有防静电胶木板、有机玻璃板、高密度环氧树脂板等。有机玻璃板为透明的，容易检查问题，但是钻孔时容易断钻头，一般应用在钻孔密度不高而且孔径较大的情况。高密度环氧树脂板相对的成本略高，但钻头不容易折断，加工时没有胀缩，钻孔精度较高。
如果针孔的精度要求较高，钻孔不精确会造成探针套管与针孔之间隙较大而产生晃动；而且探针孔的孔径较小，钻孔数量较多；所以针板一般是采用高密度环氧树脂板，而对于载板则使用成本较低的有机玻璃板、防静电胶木板等。
功能测试系统软件
功能测试软件的主要功模块包括：
1、程序运行模块
2、资源管理模块
3、脚本管理模块
4、数据管理模块 
5、权限管理模块
...
程序运行平台
执行环境具有功能强大的测试程序控制功能，既能为高水平技术人员提供多种测试程序控制功能及故障排除功能，也为最基本的操作人员提供极其简单的GO/NOGO测试方式。
资源管理
资源管理主要包括驱动管理、仪器配置、接口配置。
脚本管理平台
脚本管理一般为使用广为熟悉的类C的语法，具有完整的脚本编写、调试、运行环境。脚本可以系统自动生成，并可以由用户进行修改和编辑。
数据管理平台
数据管理平台可以根据日期分开保存Fail和Pass产品序列号、测试人员、测试时间、测试每项实际值及结果；可以自动统计测试结果资料，对不良品和返修品可以随时根据日期或批次，查询对应S/N号的测试结果状态等。
用户管理
安全地使用测试系统极为重要。为了保证系统被正确使用，系统要确认使用者身份是否合法，要判定该使用者是否有权使用或更改某一项信息资源。从企业的观点看，这种功能就是授权管制，即查看信息资源的执行权限是否经过适当的授权。安全访问控制涉及的方式比较多，基于角色的安全访问控制是目前实施授权最常见的方式。基于角色的访问控制策略简单来说就是在用户和许可权限之间引入角色的概念，把用户和权限通过角色联系起来，用户被赋予某种角色，也就拥有相应的权限。
功能测试系统示例
提供了分别对应ICT和FCT的硬件及软件模块，可以测试空调、冰箱等家电控制板，使电路板的ICT和FCT 测试可以在同一个针床和同一道工序上完成。而且即使客户需要更高的吞吐量、更宽的产品种类、更自动的流水线方式，都依然可以通过这种低成本方式来实现。这些特点为本身具有更高测试需求同时不希望增加测试成本的客户提供了极好的解决方案。全自动在线功能测试系统特点全自动的电路板载入功能：
HD-1000提供的全自动在线流水线方式，能满足不同制造商电路板生产线测试需求，可将吞吐量提高30%以上；进一步的，HD-1000可以轻松的集成在SMT流水线中。
外部应用软件的集成功能：
经过与电子行业内不同客户的长期合作以及了解， HD-1000为制造商扩展了外部应用软件集成功能，例如进行LED测试的制造商可以使用HD-1000进行电流测量，同时对测试结果进行分析，其他的例如音频和视频测试，也可以集成到一站中。
良品/不良品分拣功能：
通过对HD-1000进行轻松编程，可以根据电路板的OK/NG测试结果，自动使NG的不良品组件流入收纳箱或暂存轨道，使OK的良品组件流入正常的下一道工序。全自动在线功能测试系统功能在线测试(ICT)：
PCB开路、短路、漏件、错件、变值、反向、虚焊、空焊（包括IC空焊）等。
功能测试(FCT)：
电压、电流、功率、功率因素、频率、占空比、转速、LED亮度、位置测定、图形识别、声音识别、温度测量以及控制、压力测量控制、精密运动控制、FLASH、EEPROM在线烧录等。