ATS(自动测试系统)中系统不确定度的处理
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摘 要：介绍了自动测试系统中系统不确定度的基本概念、组成和来源。为了消除系统不确定度对测试结果的影响，结合实际综合自动测试系统的硬件平台和软件平台，提出并实现了自动测试系统中的系统不确定度的两种处理方法。实践证明，这两种处理方法在工程实践中取得了较好的效果。
关键词：系统不确定度；自动测试系统；通用性设计；接口适配器
中图分类号：TN98 文献标识码：B
文章编号：1004-373X(2008)09-070-03オ
Process of Uncertainty in Automatic Test System
LIU Xianzhong1,XU Aiqiang1,GONG Guoping2
(
1.Naval Aeronautical Engineering Institute,Yantai,264001,China；2.91458 Unit of PLA,Sanya,572021,China)
オ
Abstract：The basic concept,composition and origin of the uncertainty of system in ats are introduced.In order to abolish the influence of uncertainty of system to test result,two kinds of methods in processing the uncertainty of system in ATS are put forward based on the hardware platform and software platform of the practical integrated automatic test system.Proved by practice,the two kinds of methods have better effect in engineering practice.
Keywords：uncertainty of system;automatic test system;universal design;interface adapter
通用性设计是目前ATS的发展方向。通用性的实现可以大大提高ATS的测试覆盖范围,实现测试程序的跨平台操作及被测单元(UUT)的跨平台测试。而已有的ATS主要存在通用性设计不够而导致的维护、开发费用高，TPS(Test Program Set，测试程序集)可移植性差等问题。要实现ATS通用性需要重点解决两个方面的问题，一方面是真正实现测试仪器的可互换，另一方面就是ATS中系统不确定度的处理。前者已经得到了大家的重视，IVI(可互换虚拟仪器)技术是当前自动测试领域一个研究热点，而后者除了在实际工程应用中得到一定的重视外，还没有引起大家普遍的重视。
1 系统不确定度的定义
系统不确定度是指由系统固有的测量设备和测试方法所带来的对测试结果的误差影响。这里包括两个方面：一个是指测量设备对测试结果的误差影响，另一个是指测试过程中所采用的测试方法对测试结果带来的误差影响。
2 ATS中的系统不确定度
2.1 ATS组成
工程上的自动测试系统(ATS)包括自动测试设备(ATE)，测试程序集(TPS)和相应的TPS软件开发工具这三大部分所组成，如图1所示[1]。
ATE是指测试硬件和他自己的操作系统软件。为适应飞机、舰船或机动前线部队的应用，ATE往往是一些加固了的商用设备。即使是非前线环境(如维修站或修理厂)应用的ATE，也几乎完全由商用现成设备(Commercial Off-The-Shelf Equipment，COTS)组成。ATE的心脏是计算机，该计算机用来控制复杂的测试仪器如数字电压表，波形分析仪，信号发生器及开关组件等。这些设备在测试软件的控制下运行，以提供被测对象中的电路或部件所要求的激励，然后测量在不同的引脚、端口或连接点的响应，从而确定该被测对象是否具有规范中规定的功能或性能。
测试程序集(TPS)是与被测对象及其测试要求密切相关的。典型的测试程序集由三部分组成：测试程序软件；测试接口适配器，包括接口装置、保持／紧固件及电缆；被测对象测试所需的各种文件。ATE中的计算机执行测试软件，控制ATE中的激励设备、测量仪器、电源及开关组件等，将激励信号加到需要加入的地方，并且在合适的点测量其响应信号。然后再由测试软件来分析测量结果并确定可能是故障的事件，并提示维修人员剔掉或更换某一或几个部件。因为每个被测对象(Unit Under Test,UUT)有着不同的连接和I/O端口，连接UUT到ATE 通常要求有相应的接口设备，称为接口适配器，他完成UUT到ATE 的机械与电气连接，并且为ATE 中的各个信号点到UUT中的相应I/O引脚指定信号路径。
开发测试软件要求一系列的工具。这些工具统称为TPS软件开发环境，包括:ATE和UUT仿真器；ATE和UUT描述语言；编程工具，如各种编译器等。
2.2 ATS中的系统不确定度
ATS中的不确定度也可划分为两种。一种是ATE中各测试资源自身固有的不确定度，主要是由激励设备和测量仪器作为理想标准源时与他们实际输出或测量的值之间的误差带来的，这种不确定度主要和ATE设备有关；另一种是和每个UUT测试时所采取的具体测试方法有关，主要是由信号传输通道以及信号调理装置使信号产生畸变带来的，如电缆、开关组件、衰减器、预放等。
3 ATS中系统不确定度的处理
3.1 系统不确定度的静态处理
通常对于由ATE中各测试资源自身固有的不确定度采用静态的方法进行处理。这一方面是因为ATE几乎完全由商用现成设备(COTS)组成，稳定性及测试精度比较高，不确定度值的大小一经确定不会短时间内改变，而且对于单个资源不确定度处理都有比较成熟的办法和体制来保证。考虑到要实现TPS可移植性，处理过程是不允许在测试程序中实现的。实际处理过程中我们作了一个和测试项目相关的表格，该表格为系统软件平台的一个组成部分，如图2所示。
在表格中有两个字段分别为“系数”和“偏移”，表示每次测试完成后，在给出最终测试结果时，应该将测试资源的不确定度考虑进去，具体计算公式为：
И
y=ax+b
(1)
И
其中:x表示仪器实际测量值，a表示乘积系数，b表示加性偏移，yП硎究悸堑讲馐宰试床蝗范ǘ榷圆馐越峁造成的误差后进行修正应得的最终结果。其中乘积系数和加性偏移值应该来自权威部门的计量数据。
另外值得一提的是，如果测试方法带来的系统不确定度也满足误差值相对比较稳定的要求时，也可以采用静态处理的办法来消除。
3.2 系统不确定度的动态处理
由于测试方法所带来的系统不确定度和测试过程中电缆连接方式、信号传输通道以及信号调理装置紧密相关，而且这三者对系统不确定度的贡献通常情况下是随机的，不固定的。比如说，信号传输通道特别是ATS内部的信号传输通道，如系统电缆、各种转接开关对信号产生的畸变受电磁环境的影响比较大，对于综合性的大型ATS，信号传输种类有模拟信号，也有数字信号，有低频信号，也有射频、微波信号，这个影响是不容忽视的。某些信号调理装置也可能存在同样的问题。这种情况下，对系统不确定度的处理就不能简单地采用前面所提到的方法了。为了保证每次测试的准确性，我们可能需要在每次测试之前采用某种方法对这部分系统不确定度进行一次比较准确的估算。由于他只是UUT测试之前的一个准备工作，所以我们要求该方法不仅要求操作方便简单，而且整个过程花费时间越短越好。
以某超短波跳频电台测试为例，测试该电台的发射功率时，对于调频和调幅模式下的功率测量我们采用无线电综合测试仪来测量，而对于跳频模式下的功率测量我们采用热耦式功率计来测量，为了实现测试过程无需人工干预，在信号传输通道上增加了一个衰减器，以满足测量仪器的量程要求，另外还有一个程控微波开关实现UUT不同模式下输出功率的自动转换测量如图3所示。
从图3可以知道，在大型综合性ATS中，为了满足自动测试的需要，在信号传递的过程中有时不得不加进许多中间环节，如图3中的衰减器和微波开关。除此之外，信号传输电缆也被分成了几段，自UUT到接口适配器前面板，自接口适配器前面板到ITA(Interface Test Adapter，接口测试适配器)，自ITA到ICA(Interface Connector Assembly，接口连接器组件)，再由ICA到系统内各仪器的输入输出端，各分段电缆以及他们之间的连接器都是系统不确定度的来源。
为了动态处理由测试方法带来的系统不确定度，我们可以充分利用大型综合性ATS中仪器种类齐全的优势。如图3所示为了估算UUT发射信号自测试电缆1到无线电综合测试仪或功率计的系统不确定度，我们可以利用系统中的微波信号源来模拟UUT作为信号源，通过微波信号源输出和UUT相同频率的信号，其输出值大小记为Pa，由无线电综合测试仪或功率计来测量该信号功率大小，测量值大小记为Pb，那么该测试过程中动态处理得到的系统不确定度Pe为：
И
Pe=Pa－Pb
(2)
И
实际操作过程中，只要将测试电缆1连接UUT的那一端改连到微波信号源的输出端，如图3中虚线所示。这样，信号的整个传输通道完全一致，而微波信号源作为一个标准信号源可以由定期的计量来保证其输出信号的可靠性。通过这样一个变通的方法来实现动态处理系统不确定度过程中的可靠性保证的问题。这样每次在测试该UUT的发射功率之前，只需要花费较短时间对测试过程中的不确定度进行一次估算，就能保证每次测试的正确性、准确性。
4 结 语
以上是我们根据实际测试过程中遇到的实际问题总结出来的对ATS中系统不确定度进行处理的两种比较简便的方法。实际引起ATS中的系统不确定度的原因可能是各种各样的，当然，实际工程应用中，对系统不确定度的处理办法也是多种多样的。但是，系统不确定度作为影响AST测试可靠性以及ATS的通用性一个非常重要的因素，应该足以引起从事自动测试领域工作的每一个人的重视。通过实践使用证明，我们以上提出并实际采用的两种方法已经能够较好地消除系统不确定度对测试结果的影响。
参 考 文 献
［1］李行善，于劲松.ATS(自动测试系统)及ATE技术［J］.电子产品世界，2002(3A):30-32.
［2］李行善，左翼，孙杰.自动测试系统集成技术［M］.北京：电子工业出版社,2004.
［3］雷霖.微机自动检测与系统设计［M］.北京：电子工业出版社,2003.
［4］李正军.计算机测控系统设计与应用［M］.北京：机械工业出版社,2004.
作者简介 刘贤忠 男，1974年出生，湖南邵阳人，讲师，硕士。主要从事机载通信导航设备的自动测试研究。