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硬件测试及方案定义技术

Lastrevisionon21December2020

硬件测试及方案定义技术

课程大纲

硬件测试技术

硬件测试概述

测试前准备

硬件测试的种类与操作

硬件测试的级别

可靠性测试

测试问题解决

测试效果评估

硬件测试参考的通信技术标准

测试规范制定

测试人员的培养

2005年9月

2005年9月

硬件测试概述

1、硬件测试的概念

硬件测试概述

2、硬件测试的目的

综合评估，决定产品的测试方向！

2005年9月

2005年9月

硬件测试概述

3、硬件测试的目标——产品的零缺陷

硬件测试概述

4、硬件测试的意义

2005年9月

2005年9月

硬件测试概述

5、目前业界硬件测试的开展状况

随着质量的进一步要求，硬件测试工作在产品研发阶

段的投入比例已经向测试倾斜，许多知名的国际企业，硬

件测试人员的数量要远大于开发人员。

而且对于硬件测试

人员的技术水平要求也要大于开发人员。

硬件测试概述

6、硬件测试在企业价值链中的地位

——采购——研发——测试——生产——销售——

测试是每项成功产品的必经环节

2005年9月

2005年9月

硬件测试概述

7、硬件测试对公司形象和公司发展的重要性

硬件测试是评估产品质量的重要方法

产品质量是公司的信誉和品牌象征

公司的信誉和质量决定了公司的发展前景

硬件测试概述

8、硬件测试的一般流程和各阶段点的输出文件

2005年9月

2005年9月

课程大纲

硬件测试概述

测试前准备

硬件测试的种类与操作

硬件测试的级别

可靠性测试

测试问题解决

测试效果评估

硬件测试参考的通信技术标准

测试规范制定

测试人员的培养

2005年9月

测试前准备

1、正规检视

2005年9月

测试前准备

2、正规检视的流程

测试前准备

3、FMEA（故障模式影响分析）

分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其

对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重

程度、检测难易程度以及发生频度予以分类的一种归纳分

析方法。

2005年9月

2005年9月

测试前准备

FMEA的意义

测试前准备

FMEA的意义（续）

2005年9月

2005年9月

测试前准备

FMEA的层次

测试前准备

严酷度

2005年9月

2005年9月

测试前准备

功能和可靠性框图

测试前准备

2005年9月

2005年9月

测试前准备

环境定义

测试前准备

风险分析

2005年9月

2005年9月

测试前准备

F

M

E

A

分

析

步

骤

和

要

点

测试前准备

FMEA分析表格

2005年9月

2005年9月

测试前准备

4、故障处理

故障检测

故障定位

故障隔离

故障恢复

测试前准备

故障检测

2005年9月

2005年9月

测试前准备

故障定位

测试前准备

故障隔离

2005年9月

2005年9月

测试前准备

故障恢复

测试前准备

5、测试计划

2005年9月

2005年9月

测试前准备

测试计划的内容

测试前准备

6、测试用例

2005年9月

2005年9月

测试前准备

测试用例的一般格式

测试前准备

7、测试需求的来源

2005年9月

2005年9月

测试前准备

测试需求的来源（续）

测试前准备

测试需求的来源（续）

2005年9月

2005年9月

课程大纲

硬件测试概述

测试前准备

硬件测试的种类与操作

硬件测试的级别

可靠性测试

测试问题解决

测试效果评估

硬件测试参考的通信技术标准

测试规范制定

测试人员的培养

2005年9月

硬件测试的种类与操作

1、测试设计

2005年9月

硬件测试的种类与操作

测试设计的好处

硬件测试的种类与操作

良好的测试设计同样也是节约测试成本的手段

2005年9月

2005年9月

硬件测试的种类与操作

2、基础指标测试

硬件测试的种类与操作

2005年9月

2005年9月

硬件测试的种类与操作

3、功能测试

硬件测试的种类与操作

4、性能测试——容限测试

2005年9月

2005年9月

硬件测试的种类与操作

5、容错测试——FIT

硬件测试的种类与操作

5、容错测试——FIT

2005年9月

2005年9月

硬件测试的种类与操作

5、容错测试——FIT

硬件测试的种类与操作

6、长时间验证测试

2005年9月

2005年9月

硬件测试的种类与操作

6、长时间验证测试

硬件测试的种类与操作

7、一致性测试

2005年9月

2005年9月

硬件测试的种类与操作

7、一致性测试

硬件测试的种类与操作

8、可靠性数预计

2005年9月

2005年9月

硬件测试的种类与操作

可用度（A-availability）：

硬件测试的种类与操作

平均拆卸间隔时间（MTBR-meantimebetweenremovals）

平均修复时间（MTTR-meantimetorepair）：

平均故障间隔时间（MTBF-meantimebetweenfailure）：

平均失效前时间（MTTF-meantimetofailure）：

2005年9月

2005年9月

硬件测试的种类与操作

可靠度

R（t）：

硬件测试的种类与操作

可用度A（Availability）

失效率（λ）

可用度A

可靠性

维修性

2005年9月

2005年9月

硬件测试的种类与操作

返修率

年返修率＝1/MTBF×8760

硬件测试的种类与操作

练习

2005年9月

2005年9月

硬件测试的种类与操作

课程大纲

硬件测试概述

测试前准备

硬件测试的种类与操作

硬件测试的级别

可靠性测试

测试问题解决

测试效果评估

硬件测试参考的通信技术标准

测试规范制定

测试人员的培养

2005年9月

2005年9月

硬件测试的级别

1、黑盒测试与白盒测试

硬件测试的级别

具体测试时结合使用

2005年9月

2005年9月

硬件测试的级别

2、测试的级别

硬件测试的级别

分层测试的行为方式

2005年9月

2005年9月

硬件测试的级别

3、测试项目的等级划分

硬件测试的级别

测试项目的等级划分（续）

2005年9月

2005年9月

课程大纲

硬件测试概述

测试前准备

硬件测试的种类与操作

硬件测试的级别

可靠性测试

测试问题解决

测试效果评估

硬件测试参考的通信技术标准

测试规范制定

测试人员的培养

2005年9月

可靠性测试

1、EMC电磁兼容性

2005年9月

可靠性测试

EMC电磁兼容性

可靠性测试

EMC电磁兼容性

2005年9月

2005年9月

可靠性测试

2、安规

可靠性测试

3、环境试验

2005年9月

2005年9月

可靠性测试

环境试验

可靠性测试

环境试验注意事项

2005年9月

2005年9月

可靠性测试

环境试验时产品工程师的职责

可靠性测试

环境试验时环境工程师的职责

2005年9月

2005年9月

可靠性测试

4、HALT

可靠性测试

HALT的基本特点

2005年9月

2005年9月

可靠性测试

HALT试验的优点

可靠性测试

HALT试验施加的应力和顺序

2005年9月

2005年9月

可靠性测试

HALT试验失效发生处理方式

课程大纲

硬件测试概述

测试前准备

硬件测试的种类与操作

硬件测试的级别

可靠性测试

测试问题解决

测试效果评估

硬件测试参考的通信技术标准

测试规范制定

测试人员的培养

2005年9月

2005年9月

测试问题解决

1、测试问题的危害确认

测试问题解决

2、测试问题的界别划分

2005年9月

2005年9月

测试问题解决

3、测试问题的种类确认

测试问题解决

4、测试问题的定位

2005年9月

2005年9月

测试问题解决

5、测试问题反馈方式和注意事项

测试问题解决

6、测试问题跟踪和解决流程

2005年9月

2005年9月

测试问题解决

问题反馈注意事项

课程大纲

硬件测试概述

测试前准备

硬件测试的种类与操作

硬件测试的级别

可靠性测试

测试问题解决

测试效果评估

硬件测试参考的通信技术标准

测试规范制定

测试人员的培养

2005年9月

2005年9月

测试效果评估

1、测试报告

测试效果评估

2005年9月

2005年9月

测试效果评估

2、评审——评审角色

测试效果评估

2、评审——评审角色

2005年9月

2005年9月

测试效果评估

2、评审——评审角色

测试效果评估

2、评审——评审角色

2005年9月

2005年9月

测试效果评估

2、评审——评审角色

测试效果评估

2、评审——评审角色

2005年9月

2005年9月

测试效果评估

2、评审——评审原则

测试效果评估

2、评审——评审效果

2005年9月

2005年9月

测试效果评估

3、经验的总结

测试效果评估

4、测试经验的获取

2005年9月

2005年9月

测试效果评估

如何增长测试经验

测试效果评估

5、遗留问题处理

2005年9月

2005年9月

测试效果评估

遗留问题处理

测试效果评估

6、市场规模应用跟踪

2005年9月

2005年9月

测试效果评估

7、测试覆盖率统计

测试效果评估

8、产品故障率统计

吃一堑，长一智，才能不断提高

2005年9月

2005年9月

课程大纲

硬件测试概述

测试前准备

硬件测试的种类与操作

硬件测试的级别

可靠性测试

测试问题解决

测试效果评估

硬件测试参考的通信技术标准

测试规范制定

测试人员的培养

2005年9月

硬件测试参考的通信技术标准

1、定义

2005年9月

硬件测试参考的通信技术标准

2、通信技术标准分类

硬件测试参考的通信技术标准

2、通信技术标准分类（续）

2005年9月

2005年9月

硬件测试参考的通信技术标准

2、通信技术标准分类（续）

硬件测试参考的通信技术标准

3、通信技术标准的管理

2005年9月

2005年9月

硬件测试参考的通信技术标准

3、通信技术标准对测试的指导意义

硬件测试参考的通信技术标准

3、通信技术标准对测试的指导意义

2005年9月

2005年9月

课程大纲

硬件测试概述

测试前准备

硬件测试的种类与操作

硬件测试的级别

可靠性测试

测试问题解决

测试效果评估

硬件测试参考的通信技术标准

测试规范制定

测试人员的培养

2005年9月

测试规范制定

1、人员的规范

2005年9月

测试规范制定

人员的规范必要性

测试规范制定

2、建立测试规范的必要性

没有规矩，不成方圆

2005年9月

2005年9月

测试规范制定

3、需要建立哪些测试规范和模板

《测试计划模板》

《测试用例模板》

《测试报告模板》

《设计审查报告模板》

《正规检视报告报告模板》

《信号质量和时序测试规范》

……

2005年9月

测试规范制定

4、测试规范的制定方法

测试需要——人员制定分工——初稿完成——专家评审—

—修改完善——最初版本——规范试运行——问题缺陷整

理——修改——正式版本——发行推广

2005年9月

课程大纲

硬件测试概述

测试前准备

硬件测试的种类与操作

硬件测试的级别

可靠性测试

测试问题解决

测试效果评估

硬件测试参考的通信技术标准

测试规范制定

测试人员的培养

2005年9月

测试人员的培养

1、产品质量的主体责任人

2005年9月

测试人员的培养

2、测试人员的目标和职责

测试人员的培养

测试人员的目标和职责（续）

2005年9月

2005年9月

测试人员的培养

3、测试人员需要的通用技能

（1）

测试人员的培养

测试人员需要的通用技能

（2）

2005年9月

2005年9月

测试人员的培养

4、测试人员的心态

测试人员的培养

5、测试人员的等级认证

2005年9月

2005年9月

课程大纲

信号完整性及其测试方法

SI简介

常见的SI问题

SI分析

电子设计中的SI问题

建模与仿真

信号完整性的例子

信号质量测试

信号时序测试

2005年9月

2005年9月

SI简介

SI简介

常见的SI问题

SI分析

电子设计中的SI问题

建模与仿真

信号完整性的例子

信号质量测试

信号时序测试

SI的重要性

随着高频数字电路的不断发展，SI问题变得越来越引

人注目，数字电路的频率越高，出现SI问题的可能性

就越大，对设计工程师来说，他的挑战也就越大。

很

多SI问题实际上都是自然界中的电磁现象，所以SI问

题跟EMI/EMC是息息相关的。

我们做EMC的目的就

是尽可能地减少产品对外界的电磁辐射，而抑制辐射

的过程就是抑制信号的过程，必然导致信号质量的不

完善。

2005年9月

2005年9月

SI简介

学习SI的目的

a.什么是典型的信号完整性问题

b.这些问题来自哪里

c.为什么有必要去理解SI问题

d.如何去分析和解决SI问题

e.如何去做SI测试

SI的内容（补充）

SI简介

信号完整性它包含两方面的内容，一是独

立信号的质量，另一个是时序。

我们在

电子设计的过程中不得不考虑两个问

题：

信号有没有按时到达目的地信号

达到目的地后它的质量如何所以我们

做信号完整性分析的目的就是确认高频

数字传输的可靠性。

2005年9月

2005年9月

SI简介

理想逻辑电压波形（附加）

在数字系统中，信号以逻辑‘0’或者‘1’的方

式从一个器件传输到另外一个器件，信

号到底是‘0’还是‘1’一般来说它们都是有

一个参考电平的。

在接收端的输入门里

面，如果信号的电压超过高电平参考电

压Vih，则该信号被识别为高逻辑；如果

信号的电压低于低电平的参考电压Vil，

则该信号就被识别为低逻辑。

我们下面

这个图就是一个理想的信号。

2005年9月

SI简介

理想逻辑电压波形

2005年9月

SI简介

接收端的实际波形

SI简介

数据采样及时序例子（附加）

数据越是复杂，里面就包含很多的二进制

码，这些二进制码将组成一连串的波

形，而不是简单的一个方波。

接收端的

器件就需要采样这些波形以便获取相关

的二进制信息。

数字采样的过程通常是

通过时钟信号的上升沿或者下降沿来触

发的，我们下面这个图就是个简单的例

子。

2005年9月

2005年9月

SI简介

数据采样及时序例子

SI简介

数据采样及时序例子（附加）

从这个图里面我们可以清楚地看到数据必

须准时到达逻辑门而且在接收端期间开

始锁存前必须确定它们的逻辑状态。

任

何数据的延迟或者失真都会导致数据传

输的失败。

失败有两种可能：

一个是因

为接收端根本就无法识别数据；另一个

是接收端虽然识别了数据，但数据因为

失真而导致错误。

2005年9月

2005年9月

常见的SI问题

SI简介

常见的SI问题

SI分析

电子设计中的SI问题

建模与仿真

信号完整性的例子

信号质量测试

信号时序测试

2005年9月

2005年9月

在高频系统中时序的重要性

信号质量将直接影响到时序

最常见的三种信号问题：

a.反射

b.串扰

c.电源/地噪音

常见的SI问题

反射产生原因

a.阻抗失配

b.桩线

c.过孔

d.其它连接的不连续性等

常见的SI问题

串扰产生的原因

a.传输线之间的耦合

b.过孔之间的耦合

c.传输线与平面之间的耦合

d.两个平面之间的耦合

2005年9月

2005年9月

常见的SI问题

电源/地噪音产生的原因

switchingoutput

驱动同步输出对电源或者地的寄生效应

又称做对地反弹.

simultaneousswitchingnoise

同步开关噪音或电流变化噪音

常见的SI问题

除此之外,还有两个问题会导致信号波形

的失真----EMC/EMI

compatibility

电磁兼容

interference

电磁干涉

2005年9月

2005年9月

常见的SI问题

信号完整性问题的影响（附加）

当信号完整性存在问题或者系统的噪音余度要求

没有达到满足的时候，输入信号在开关接收端

到达最小高电平前就或者到达最小低电平前就

开始变形，输入信号在静态接收端到达最高低

电平前就开始上升或者在到达最小高电平前就

开始下降，电源电压的波动也会扰乱锁存中的

数据，于是会导致逻辑错误，数据信号变弱，

开关错误，甚至导致系统失效。

2005年9月

常见的SI问题

产生SI问题的地方

典型数字系统环境流程:

硅片驱动引线接合器芯片封装芯片

封装焊接点PCB另一个系统器件

2005年9月

常见的SI问题

产生SI问题的地方（附加）

源终端，传输过程，接收端。

我们最关注的是信

号在传输过程中的完整性。

电子工艺的趋向是不断加快芯片运行的速度以及

不断提高芯片的集成度从而将芯片的性能推向

极限。

目前个人电脑中的最快时钟频率已经达

到GHz的范围，它的上升时间已经小于

200ps，目前看来数字信号的最快频率可以达

到10GHz。

随着制造工艺的不断发展，逻辑门

的长度从20世纪60年代的50us发展到21世纪初

的，目前的流行工艺是，成熟工

艺可以做到。

2005年9月

常见的SI问题

产生SI问题的地方（附加）

芯片的时钟频率几乎每过18个月就翻一翻；逻

辑门的固有延迟已经减小到几十个ps，但是封

装设计技术还非常落后，就当前的工艺来说，

封装上的连接延迟直接支配着系统时序余度也

成为高频系统设计领域的瓶颈。

所以目前我们

公认的说法是：

封装的性能成为整个系统性能

的最主要制约因素之一。

2005年9月

SI分析

SI简介

常见的SI问题

SI分析

电子设计中的SI问题

建模与仿真

信号完整性的例子

信号质量测试

信号时序测试

2005年9月

2005年9月

在设计流程中的SI分析

a.经过SI分析与认证的电子产品可提高其

稳定性,可靠性和兼容性;

b.在布线布局阶段没有经过SI分析指导的

圆形将无法出台;

c.在布局完成后没有经过SI认证的电子产

品在市场上可能没有竞争力.

SI分析

SI分析

布线布局前期分析

a.根据系统的需求进行比较分析

O的工艺选择

c.如何分布时钟

d.芯片封装类型的选择

e.器件类型

2005年9月

2005年9月

SI分析

布线布局前期分析（续）

叠层结构

的分配

h.网络的拓扑结构

I.终端匹配策略

j.兼顾EMC/EMI,如何合理布局

SI分析

布线布局后期分析

a.根据SI设计指导方针验证模块设计的合

理性;

b.反射检查;

c.振铃检查;

d.串扰检查;

e.对地反弹检查.

2005年9月

2005年9月

SI分析

电子产品设计过程中SI工程师的重要性

a.过去电子设计工程师同时担任布线布局

工程师的角色,不存在信号工程师;

b.合理的电子设计团队:

SI分析

SI分析的原则

a.数字系统可以抽象成三个层次的检查:

逻辑,电路理论,电磁领域;

b.逻辑层为三者中的最高层,在这里的SI

问题都很容易识别;

c.电磁领域为三者中的最低层,很多SI问

题都属于电磁领域,例如反射,串扰,对地反

弹等;

2005年9月

2005年9月

SI分析

SI分析的原则（续）

d.从电磁的角度去理解SI问题的物理行为

对SI的分析将非常有帮助;

举例:

多层叠层结构中的SI分析

SI分析

SI分析的原则（续）

2005年9月

2005年9月

SI分析

SI分析的原则（续）

多层叠层结构中的问题分析:

1.通过过孔a的开关电流产生电磁波;

2.电磁波在相邻金属平面之间传播;

3.两个金属层之间产生变化的感应电压;

4.电磁波到达另一个过孔时产生电流;

5.这些感应电流有会在金属平面间产生新

的电磁波;

2005年9月

SI分析

SI分析的原则（续）

多层叠层结构中的问题分析:

6.电磁波达到芯片边沿后部分辐射到空气中,部

分将沿路返回;

7.当电磁波反射回来并且相互叠加的时候,共振

就产生了;

8.电磁波传播,反射,耦合以及共振是信号在跳

变过程中的典型现象.

2005年9月

SI分析

SI分析的原则（续）

e.虽然在封装结构建模的过程中电磁分析

要比电路分析精确很多,但目前大多数内

部连接的建模都是基于电路理论,而且SI

是通过电路仿真来实现的.这是因为电磁

分析通常要比电路分析需要更多复杂的

运算法则和处理资源,而且电路分析通常

能在低频领域为SI提供很好的解决方案.

SI分析

SI分析的原则（续）

f.通过仿真器来辅助SI分析;

g.在SI分析的时候连接通常被模拟成电路器

件,例如在PCB中的小段传输线就可模拟

成有限传导率的电阻;

h.利用集中电路模型法,通常把电压当成是

瞬间跳变的,而且常常忽略信号在两器件

间的传输时间;

2005年9月

2005年9月

SI分析

SI分析的原则（续）

I.当信号的频率足够高到其传输时间不能忽略

的时候,我们就使用分布式电路模型来进行SI分

析,例如叠层R-L-C电路就可以用来做传输线的

模型;

j.如何判断用集总式电路模型还是分布式电路

模型

简单的判断方法是:

如果信号的上升时间相

当于或者小于信号的传输时间的时候就必须使

用分布式电路模型,否则就可以使用集总式电路

模型.

2005年9月

SI分析

SI分析的原则（续）

例如:

一段1inch的传输线在FR-4材质PCB中的

传输时间大概是200ps,对33M系统而言,它的信

号上升时间大概是3ns,这个时候传输线的延迟

是可以忽略的,所以我们可以使用集总电路模型

法;而对500M的系统而言,它的上升时间约为

200ps,这个时候传输线的延迟我们是不能忽略

的,所以我们必须使用分布式电路模型来分析.

2005年9月

SI分析

SI分析的原则（续）

总结:

随着高频电路的不断发展,快速上升时间

体现了芯片电路的分布状态.我们在信号完整性

分析过程中必须使用分布式电路模型来仿