单板硬件测试规范

页数：第1 页共74 页电源单板硬件测试规范

修订信息登记表

前言 (5)

摘要： (5)

关键词： (5)

缩略词解释 (5)

一.目的 (5)

二.适用范围 (5)

三.引用/参考标准或资料 (5)

四.名词解释 (5)

五.测试基本原则及判定准则 (5)

5.1 测试基本原则 (5)

5.2 技术指标说明 (6)

5.3 不合格测试项目分类准则 (6)

5.4 质量判定准则 (6)

5.5 测试准备 (6)

六.测试仪器、测试工具、测试环境 (6)

6.1 测试仪器 (7)

6.2 测试工具 (7)

6.3 测试环境 (7)

七.测试项目、测试说明、测试方法、判定标准 (7)

7.1 外观及尺寸审查 (7)

7.2 电路原理图审查 (8)

7.2.1 基准电路 (8)

7.2.2 滤波电路 (8)

7.2.3 保护电路 (10)

7.2.4 看门狗电路 (10)

7.2.5 ID电路 (12)

7.2.6 缓冲驱动电路 (12)

7.2.7 锁存电路 (13)

7.2.8 分压电路 (14)

7.2.9 键盘电路 (14)

7.2.10模拟量通道选择电路 (15)

7.2.11 有效值电路 (17)

7.2.12 差分放大电路 (18)

7.2.13 压频转换电路 (19)

7.2.14 RS485/422电路 (21)

7.2.15 RS232电路 (26)

7.2.16 CAN电路 (27)

7.2.17 CPU基本电路审查 (29)

7.2.17.1 MCS51基本电路 (29)

7.2.17.2 TI DSP基本电路 (30)

7.2.17.3 MPC852基本电路 (33)

7.2.17.4 ARM基本电路 (34)

7.2.18 继电器电路 (37)

7.2.19 交流电压采样电路 (39)

7.3 信号测量 (40)

7.3.1 基准电路 (40)

7.3.2 看门狗电路 (42)

7.3.3 时钟电路 (43)

7.3.4 ID电路 (44)

7.3.5 分压电路 (45)

7.3.6 IIC电路 (46)

7.3.7 有效值电路 (47)

7.3.8 平均值电路 (47)

7.3.9 差分放大电路 (49)

7.3.10 交流频率采样电路 (49)

7.3.11 电池熔丝状态检测电路 (51)

7.3.12 压频转换电路 (53)

7.3.13 光耦固态继电器 (54)

7.3.14 光藕电路 (55)

7.3.15 RS485/422电路 (55)

7.3.16 RS232电路 (56)

7.3.17 CAN电路 (57)

7.3.18 CPU电路信号测量 (59)

7.3.18.1 MCS51单片机基本电路 (59)

7.3.18.2 DSP基本电路 (59)

7.3.18.3 MPC852基本电路 (61)

7.3.18.4 ARM基本电路 (62)

7.4 电路计算 (63)

7.4.1 TVS电路 (63)

7.4.2 光耦固态继电器 (65)

7.4.3 光藕计算 (66)

7.4.4 差分放大电路计算 (69)

7.4.5 单板电路功耗计算 (69)

7.5 研究性测试 (70)

7.5.1 近场骚扰测试 (70)

八.附录 (73)

8.1 测试方案模板 (73)

8.2 测试项目手册模板 (73)

8.3 单板测试CheckList (73)

8.4 整流模块DSP硬件测试规范 (73)

8.5 逻辑电平 (74)

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: Liquid Crystal Display

LED: Light Emitting Diode

CPU: Central Processing Unit

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

1 IEC ：国际电工委员会

2 EUT ：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。

返回目录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。

● 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。

返回目录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

● 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。

● 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；

● 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。

● 对本规范，如果没有特别说明，不合格的为严重问题。

返回目录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。

返回目录六. 测试仪器、测试工具、测试环境

6.1

返回目录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。

返回目录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

● 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

● 测试方法：

外观：目测。

尺寸：使用长度量具测量。

● 判定标准：

符合测试说明，合格；否则，则判定不合格。

● 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。

返回目录7.2 电路原理图审查

7.2.1 基准电路

● 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。

● 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。

● 判定标准：

符合测试说明为合格，否则不合格。

●参考案例：

无

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7.2.2 滤波电路

● 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1 П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

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。

● 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。

● 参考案例：

无

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7.2.3 保护电路

● 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。

● 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。

● 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。

● 参考案例：

无

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7.2.4 看门狗电路

● 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（POWER FAIL INPUT）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

4.7k 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：

C46

.1u F

H_S E L12

S T/N M I

J T a g

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。

测试方法：

按测试说明审查电路

● 判定标准：

符合测试说明，合格；否则，不合格。

●参考案例：

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7.2.5 ID电路

● 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4.7~10kΩ，隔离限流电阻一般取220Ω。在有热插拔要求时，220Ω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。

● 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。

● 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，V IDout<0.8V，保证输入低电平有效，否则不合格，为严重问题；

● 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

● 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4.7kΩ）或下拉（典型值为200Ω）

处理，输入管脚不能悬空。

2. 必要时，在信号输入端串联33Ω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。

● 测试方法：

审查电路原理图，是否满足测试说明。

● 判定标准：

符合测试说明为合格，否则不合格。

●参考案例：

无

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7.2.7 锁存电路

● 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）。

● 测试方法：

审查电路原理图，是否满足测试说明。

● 判定标准：

符合测试说明为合格，否则不合格。

● 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应该通过锁存器锁存，这样就可以避免类似现象的发生。

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7.2.8 分压电路

● 测试说明：

分压电路是采样电路的一个基本电路，如模拟量直流电压的采样，由于远大于电源电压或A/D 芯片的工作电压，因此需要分压电路，将较高的被测电压按线性分压后，送入 A/D 芯片，进行 A/D 转换，从而完成被测量的采样。

1. 分压后的采样端（即送到 A/D 采样）应有滤波处理，防止由于电压波动或干扰造成异常采样，

建议为0.1uF的电容；

2. 分压后的采样端应有限幅处理，通常选用TVS管进行保护；

3. 分压后的采样端一般先经过射随器，然后才送到 A/D 或 V/F 电路进行转换。该射随器可能

是通过多路通道选择开关与其它被测量共用的；

● 测试方法：

审查电路原理图是否与测试说明一致。

● 判定标准：

符合测试说明为合格，否则不合格。

● 参考案例：

无

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7.2.9 键盘电路

● 测试说明：

我司在电源监控中常用的编码电路主要有键盘电路。键盘电路一般使用专用的键盘控制芯片如8279、MM74C923等，也有直接使用 I/O 口进行编码的电路。

1. 应注意键盘芯片的复位与CPU复位时间的匹配，来说，该类芯片的复位较CPU复位的要求

时间要长，如果外围芯片的复位时间较长时，在CPU复位完成后，程序开始执行时增加延时以等待外围芯片完全复位。

2. 电路需有消抖电容，按键信号不得有抖动现象，否则为严重问题。

3. 按键时不得有打火现象，应该在按键和地之间串连一电阻消除打火现象，否则为严重问题。

● 测试方法：

详见测试说明。

● 判定标准：

符合测试说明，合格；否则，不合格。

● 参考案例：

案例1：初始化不充分造成的按键无效。

在B142FD3测试过程中，由于其复位之后，CPU给定的初始化时间太短，约100ms，造成8279 没有完全复位，导致按键无效。在程序的初始化部分增加延时时间，问题得以解决。

案例2：按键时电容引起的打火现象。

GSM电源的按键电路是由上拉电阻、缓冲驱动器、按键和消抖电容构成的，测试过程中发现按键有打火现象，分析原因是由于电容充电后又在按键时瞬间接地造成的，因此，在按键和地之间串联一个100 的电阻，该问题解决。

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7.2.10模拟量通道选择电路

● 测试说明

通道选择电路一般选用模拟多路选择器4051/4052来实现，以达到宏观上多路模拟信号的并行采集。

主要关注以下几点：

1）4052输出端是否直接接有电容；有时因为输出滤波和抗干扰需要，会在模拟通道选择输出端接滤波电容，如图1所示，但如果电路型式如图a所示，在输入通道间存在较大压差时，会导致流过4051的冲击电流过大，长时间运行会损坏4051，所以应该用RC滤波电路，如图b所示。

输出

图. (a) 错误电路图图. (b) 正确的电路图

2）输入通道在切换时电平是否会相互影响；

关注RC滤波时间，如果RC值比较大，或者输入信号为微电平信号，在通道切换时间比较短时，通道之间电压会相互影响。尤其在空悬着的输入通道，当切换到这个输入通道时，电容C上的电平施放不了或者施放缓慢，在进行AD采集时会将电容上的残余电压当作信号电压。

3）输入电压是否做了电压保护；应保证4051几个模拟量端口的信号电压不能超过电源电压。当输入端电平超过4051正负电源电压时，会损坏器件。

4）4051电源端有VDD、VSS及 VEE，其中VDD和VSS为数字部分提供电源，VEE和VDD为模拟部分电源。例如，VDD=5.0V，VSS=GND，VEE=-5V，那么0~5V的控制信号可以选通-5V～+5V的模拟信号，0V为L电平，而不是-5V是L电平

5) 理论分析流过模拟多选一开关通道的最大电流，不应超过器件资料限制。

6) 充分考虑到模拟多选一开关内阻的影响。一般情况下，内阻在200欧姆左右，应不会对整体电路性能造成影响。

● 测试方法：

审查电路原理图是否符合测试说明要求。

● 判定标准：

符合测试说明，合格；否则不合格。参考案例：

案例1 采集口悬空时零漂过大

PFU-12模拟电压精度测试时，当对第N 路通道进行采样时，第N+1路通道采集口悬浮时，零漂过大。

只在采样通道的下一通道才发生零漂过大问题，其他采集通道不会出现。将N+1路通道采集口接地，零漂问题消失。

对PFU-12的电路图进行分析，采集通道间是通过一个多路开关4051由上至下进行切换后送到V/F 去采样，如图示:

当对VB1输入4VDC 时，通道切换到VB1时，此时对电容C118进行充电，当通道切换到IB1时，C118上的电压还未放掉，所以造成悬浮的时候读数过大。

解决方案：每次采集一次模拟通道信号后切换到地端，将电容上的电放掉。案例2 飞电容采样采样电压偏低

【问题描述】SM IO 板中试试制过程中，发现单板在调试过程中出现工装测试不通过的情况，主要表现为单板上某些隔离通道（AI ）采样电压值的结果偏低，而且出现这种情况的通道在每块板子上都不相同。

【问题分析】SM IO 隔离采样通道（AI ）采用的飞电容采样原理如图所示

飞电容进行隔离采样的操作时序：首先，关断光继电器SW2，随后，打开光继电器SW1，输入信号对飞电容进行充放电。待飞电容充放电过程结束后，先关断光继电器SW1，之后再打开光继电器SW2，将飞电容上的信号输入后续的V/F 转换电路，进行采样计算。工装测试对隔离通道进行电流信号测试，单板上某些测量通道测量值偏小的现象。用Tools99E 进行采集也会出现相同的问题，该现象是固定的，能够复现的。采样值偏小可能原因是：在输入信号完

成对飞电容充放电后，在切换光继电器进行采样时，由于光继电器SW1未完全关断，飞电容上的电荷泄漏进AGND ，造成采样值偏低。查看器件资料，发现松下光继电器的典型关断时间为0.02ms ，最大关断时间为0.2ms ；而厦门华联的光继电器为典型关断时间为0.5ms ，最大关断时间为1ms 。在SM IO 单板软件设计中，将飞电容切换时光继电器SW1的关断时间设置为0.5ms ，忽略了器件参数离散性的问题，没有考虑到不同厂家或同一厂家不同批次的光继电器间电气参数的差异。SM IO 中试样机中采用的是厦门华联光继电器，这一批次的光继电器的关断时间大于0.5ms ，因此程序不能保证进行采样计算时光继电器SW1完全关断，飞电容上的电荷泄漏进AGND ，造成采样值偏低造成。

【解决措施】修改单板软件，在设计飞电容切换控制逻辑时，将不同厂家或同一厂家不同批次的光继电器关断时间的差异考虑在内。保证光继电器完全关断后，再进行飞电容的切换。经试验，在光继电器SW1关断和SW2打开之间加入一定的延时，可以解决测量值偏小的问题。案例3 SMBAT 飞电容采样采样电压偏低

【问题描述】SM BAT 板在正样测试过程中，发现单板在采集25路蓄电池组单体电压时出现采集值比实际值偏低的现象，而在SM BAT 板初样测试过程中，并未出现该问题。

【问题分析】在SM BAT 正样测试中，所有蓄电池组单体电压的采集值都偏低，而在SM BAT 初样测试中，并未出现该问题。通过对飞电容采样电路进行分析，我们发现SM BA T 初样和正样样机的飞电容采样电路的结构和元器件电气参数都未作改变。不同之处在于，正样测试阶段我们采用了新定制的蓄电池电压采样电缆。考虑到器件降额设计的问题，我们将原来采样电缆的限流保护电阻R 的阻值由1Kohms 改为10Kohms ，这将改变飞电容的时间常数τ，则新的时间常数1τ：

ms F Kohms C R 663.3201=?=?=μτ

所以，在SM BAT 正样实际控制过程中，飞电容的充放电时间应为1000ms （约为15τ），而SM BAT 正样的软件未作修改，飞电容的充放电时间仍然为100ms 。因此，我们确定蓄电池组单体电压采样值偏低的原因是采样信号对飞电容的充放电时间不够引起的。

返回目录 7.2.11 有效值电路

测试说明：

交流信号如交流电压、交流电流等需要经过有效值变换电路变换为有效值后，进行交流电压、交流电流的采样。

交流信号的有效值变换电路一般采用有效值转换芯片AD637，该芯片将输入的交流电压有效值转换为一个成正比关系的直流电压信号，以便进行A/D 或 V/F 变换。

典型电路如下：

图：有效值转换电路典型应用

关于该电路：

1. 输入阻抗典型值为8k Ω，所以输入电压信号内阻不能太大，一般通过射极跟随器进行阻抗变换。

2. 平均电容（pin8）一般取0.47uF ，滤波电容（pin1）一般取1uF ，pin6 和 pin9 之间的电阻一般取1k Ω。

3. 采样时间一般应有约150ms 的延时，否则会因其稳定时间不足造成采样错误。 ● 测试方法：

审查电路原理图是否与测试说明一致； ● 判定标准：

符合测试说明为合格，否则不合格。

● 参考案例：无

返回目录 7.2.12 差分放大电路

● 测试说明：

1、基本概念及电路说明

在通信电源的信号检测中，如电池电流、负载电流由于其检测传感器为分流器，因此其输出信号为差分信号，且为弱电压信号，因此需要经过高精度的仪表用放大器对其进行检测。在通道选择时，应同时选通差分信号的正信号端和负信号端，因此在做通道选择时一般选用双2-4通道选择开关，或使用两片单通道选择开关同时选通其对应通道来实现。在经过仪表放大器放大后，其处理同其它模拟量信号的处理方式。 1）使用集成电路AD620 典型电路如下图：

1C28105

24K

2）对于低成本产品，仪表放大器模块使用公司的CBB电路，其典型电路如下：

2、测试注意点

1)应注意信号输入端是否有限流电阻，防止由于异常导入大电流时使器件发生损坏；

2)信号输入端是否有限压电路，防止电路异常时输入过大或过低电压造成芯片损坏，影响其

余通道的正常工作；

3)对于AD620,是否有抗干扰措施，滤波电容2C70应靠近差动放大器的输入端，电阻2R45 应

靠近差分放大器放置，才能起到较好的滤波效果，否则可能由于电路本身干扰造成测量结

果存在较大误差；

4)差动放大器的放大倍数应合适不能造成放大器饱和或超出后续电路的输入范围。

● 测试方法：

审查电路原理图的电路拓扑是否与测试说明一致。

● 判定标准：

符合测试说明为合格，否则不合格。

● 参考案例：

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7.2.13 压频转换电路

● 测试说明：

对模拟量进行采样时一般通过 A/D转换电路或压频转换电路转换为数字量以便CPU电路进行处理，我司电源监控中一般采用压频转换电路（V/F）转换为频率信号，然后通过计数器计数得到模拟量信号大小。

在模拟量信号采集通道中，传感器输入信号首先进行信号处理：直流电压进行分压处理，交流电压信号进行有效值转换，mV级电流采样信号进行差动放大，电流型温湿度信号进行电流信号电压信号转换处理；然后CPU或MPU选通某一通道信号将所处理的电压信号进行V/F变换，变换后的频率信号经光藕隔离并整形后进入CPU或MPU计数器进行软件处理转换。模拟量处理通道如下图所示。

我司用到的VF转换芯片有， VFC32,AD7740等。

(1) VFC32变换电路

1000p

1. Fout的频率与输入电压Vin、R1、R2、VREF及Tos有关，

即

Fout = (Vin/R1+VREF/R2) /(1mA×Tos ) -----------------(1)

对于确定的V/F转换电路而言,VREF、R1、R2、Tos= (C3 + 44pF)×6.7 k 均为恒值，因此上式可写成：

Fout = K ×Vin + b ;

即V/F转换电路的输出信号的频率与输入电压信号成正比。

2. 在输出频率范围18KHz~100KHz内，测试输出频率和输入电压的线性关系。

3. 输出满量程频率100KHz和测量电压范围(0~5VDC)、以及芯片资料要求选取C3、C4的值分别

为330pF和1000pF。

4. R1、R2 决定了频率输出范围，输出频率范围太小将使分辨率降低，同时影响测量精度，建议

R1 = 30kΩ，R2=100kΩ。

5. 检查输入信号范围是否0～5VDC，基准电压是否在5V±2mV以内。

6. 电容C3 影响输出频率范围，因此要选用温漂小的电容，比如选用NPO电容。

7. CPU脉冲识别能力不小于2uS，测量时间不小于30mS。

8，电路应该有输入电压保护电路；

9，由于光耦的开通和关断的延时是不一样的，因此，将导致方波波形的变化。也就可能高脉冲和低电平宽度不一致。因此需要审查是否经过反向器整形后进入CPU。

10，需要考虑模拟信号的输入阻抗和输出阻抗匹配；在CD4051和AD之间是否加了一级运放射随的原理审查。由于CD4051输出阻抗过高、AD输入阻抗低的原因，我们在CD4051和AD 之间加了一级运放射随；

（2）AD7740变换电路