【干货分享】硬件测试工程师必备基本技能，看这一篇就够！

一、什么是硬件测试？

定义：硬件测试就是对项目开发过程的产品硬件（结构、PCBA、关键部件等）进行差错检查，保证其质量的一种过程活动。硬件测试只是硬件产品质量控制的方式之一，质量管理包括一个质量目标ppm+三部曲（质量策划-质量控制-质量改进）。

硬件产品测试的7大种类：

信号质量测试-时序测试-功能测试-性能测试-容错测试-长时间测试-一致性测试-信号质量测试

二、硬件测试步骤流程：

通电前硬件检测

1、连线是否正确。检查原理图很关键，第一个检查的重点是芯片的电源和网络节点的标注是否正确，同时也要注意网络节点是否有重叠的现象。另一个重点是原件的封装，封装的型号，封装的引脚顺序；封装不能采用顶视图，切记！特别是对于非插针的封装。检查连线是否正确，包括错线、少线和多线的情况。

“硬件原理图设计应遵守一些基本原则，这些基本原则要贯彻到整个设计过程，虽然成功的参考设计中也体现了这些原则，但因为我们可能是“拼”出来的原理图，所以我们还是要随时根据这些原则来设计审查我们的原理图，这些原则包括：

a）数字电源和模拟电源分割；

b）数字地和模拟地分割，单点接地，数字地可以直接接机壳地（大地），机壳必须接大地；

c）保证系统各模块资源不能冲突，例如：同一I2C总线上的设备地址不能相同，等等；

d）阅读系统中所有芯片的手册（一般是设计参考手册），看它们的未用输入管脚是否需要做外部处理，如果需要一定要做相应处理，否则可能引起芯片内部振荡，导致芯片不能正常工作；

e）在不增加硬件设计难度的情况下尽量保证软件开发方便，或者以小的硬件设计难度来换取更多方便、可靠、高效的软件设计，这点需要硬件设计人员懂得底层软件开发调试，要求较高；

f）功耗问题；

g）产品散热问题，可以在功耗和发热较大的芯片增加散热片或风扇，产品机箱也要考虑这个问题，不能把机箱做成保温盒，电路板对“温室”是感冒的；还要考虑产品的安放位置，最好是放在空间比较大，空气流动畅通的位置，有利于热量散发出去。“

追根溯源，按照原理图设计原则检查原理图设计是否正确。

查线的方法通常有两种：

1）按照电路图检查安装的线路，根据电路连线，按照一定的顺序逐一检查安装好的线路；

2）按照实际线路对照原理图进行，以元件为中心进行查线。把每个元件引脚的连线一次查清，检查每个去处在电路图上是否存在。为了防止出错，对于已查过的线通常应在电路图上做出标记，最好用指针万用表欧姆挡的蜂鸣器测试，直接测量元器件引脚，这样可以同时发现接线不良或者接线错误的地方；

2、电源是否短路。调试之前不上电，用万用表测量一下电源的输入阻抗，这是必须的步骤！如果电源短路，会造成电源烧坏或者更严重的后果。在涉及电源部分时，可以用一个0欧姆的电阻作为调试方法。注意：上电前先不要焊接电阻，检查电源的电压正常后再将电阻焊接在PCB上，给后面的单元供电，以免由于电源的电压不正常，造成上电烧毁后面单元的芯片。电路设计中增加保护电路，比如使用恢复保险丝等元件；

3、元器件安装情况。主要是检查有极性的元器件，如发光二极管，电解电容，整流二极管等，以及三极管的管脚是否对应。对于三极管，同一功能的不同厂家器件管脚排序也是不同，最好能用万用表测试一下；

先做开路、短路测试，以保证上电后不会出现短路现象。如果测试点设置好的话，可以事半功倍。0欧姆电阻的使用有时也有利于高速电路测试；在以上未通电前的硬件检测做完了以后，才能开始下一步骤的操作--通电检测。

通电检测

1、通电观察：通电后不要急于测量电气指标，而要观察电路有无异常现象，例如有无冒烟现象，有无异常气味，手摸集成电路外封装，是否发烫等。如果出现异常现象，应立即关断电源，待排除故障后再通电。

2、静态调试：静态调试一般是指在不加输入信号，或只加固定的电平信号的条件下所进行的直流测试，可用万用表测出电路中各点的电位，通过和理论估算值比较，结合电路原理的分析，判断电路直流工作状态是否正常，及时发现电路中已损坏或处于临界工作状态的元器件。通过更换器件或调整电路参数，使电路直流工作状态符合设计要求。

3、动态调试：动态调试是在静态调试的基础上进行的，在电路的输入端加入合适的信号，按信号的流向，顺序检测各测试点的输出信号，若发现不正常现象，应分析其原因，并排除故障，再进行调试，直到满足要求。

测试过程中不能凭感觉，要始终借助仪器观察。使用示波器时，最好把示波器的信号输入方式置于“DC”挡，通过直流耦合方式，可同时观察被测信号的交、直流成分。通过调试，最后检查功能块和整机的各种指标(如信号的幅值、波形形状、相位关系、增益、输入阻抗和输出阻抗等)是否满足设计要求，如必要，再进一步对电路参数提出合理的修正。

电子电路调试中其他工作

1、确定测试点：根据待调系统的工作原理拟定调试步骤和测量方法，确定测试点，并在图纸上和板子上标出位置，制作调试数据记录表格等。

2、搭设调试工作台：工作台配备所需的调试仪器，仪器的摆设应操作方便，便于观察。特别提示：在制作和调试时，一定要把工作台布置的干净、整洁。

3、选择测量仪表：对于硬件电路，应是被调系统选择测量仪表，测量仪表的精度应优于被测系统；对于软件调试，则应配备微机和开发装置。

4、调试顺序：电子电路的调试顺序一般按信号流向进行，将前面调试过的电路输出信号作为后一级的输入信号，为最后统调创造条件。

5、总体调试：选用可编程逻辑器件实现的数字电路，应完成可编程逻辑器件源文件的输入、调试与下载，并将可编程逻辑器件和模拟电路连接成系统，进行总体调试和结果测试。

在调试过程中，要认真观察和分析实验现象，做好记录，以确保实验数据的完整可靠。

电路调试中注意事项

调试结果是否正确，很大程度受测试量正确与否和测试精度的影响。为了保证测试的结果，必须减小测试误差，提高测试精度，为此需要注意一下几点：

1、正确使用测试仪器的接地端。使用地端接机壳的电子仪器进行测试，一起的接地端应和放大器的接地端接在一起，否则仪器机壳引入的干扰不仅会使放大器的工作状态发生变化，而且将使测试结果出现误差。根据这一原则，调试发射极偏置电路时，若需要测试Vce，不应把仪器的两端直接接在集电极和发射极上，而应分别对地测出Vc和Ve，然后二者相减。若使用干电池供电的万用表测试，由于电表的两个输入端是浮动的，所以允许直接跨接到测试点之间。

2、测量电压所用仪器的输入阻抗必须远大于被测处的等效阻抗。若测试仪器输入阻抗小，则在测量时会引起分流，给测试结果带来很大误差。

3、测试仪器的带宽必须大于被测电路的带宽。

4、正确选择测试点。同一台测试仪器进行测量时，测量点不同，仪器内阻引起的误差将大不同。

5、测量方法要方便可行。需要测量某电路的电流时，一般尽可能测电压而不测电流，因为测电压不必改动电路。若需知道某一支路的电流值，可以通过测取该支路上电阻两端的电压，经过换算而得到。

6、调试过程中，不但要认真观察和测量，还要善于记录。记录的内容包括实验条件，观察的现象，测量的数据、波形和相位关系等。只有大量的可靠的实验记录与理论结果相比较，才能发现电路设计的问题，完善设计方案。

调试中排查故障

要认真查找故障原因，切不可一遇故障解决不了就拆掉线路重新安装。因为如果是原理上的问题，即使重新安装也解决不了问题。

1、故障检查的一般方法

对于一个复杂的系统来说，要在大量的元器件和线路中准确地找出故障是不容易的。一般故障诊断过程，是从故障现象出发，通过反复测试，做出分析判断，逐步找出故障的。

2、故障现象和产生故障的原因

1）常见的故障现象：放大电路没有输入信号，而有输出波形。放大电路有输入信号，但没有输出波形，或者波形异常。串联稳压电源无电压输出，或输出电压过高而不能调整，或输出稳压性能变坏、输出电压不稳等。震荡电路不产生震荡，计数器波形不稳等等。

2）产生故障的原因：定型产品使用一段时间后出故障，可能是元件损坏，连线发生短路和断路，或者条件发生变化等等。

3、检查故障一般方法

1）直接观察法：检查仪器的选用和使用是否正确，电源电压的等级和极性是否符合要求；极性元件引脚是否连接正确，有无接错、漏接和互碰等情况。布线是否合理；印刷板是否短线断线，电阻电容有无烧焦和炸裂等。通电观察元器件有无发烫、冒烟，变压器有无焦味，电子管、示波管灯丝是否亮，有无高压打火等。

2）用万用表检查静态工作点：电子电路的供电系统，半导体三极管、集成块的直流工作状态(包括元、器件引脚、电源电压)、线路中的电阻值等都可用万用表测定。当测得值与正常值相差较大时，经过分析可找到故障。

顺便指出，静态工作点也可以用示波器“DC”输入方式测定。用示波器的优点是，内阻高，能同时看到直流工作状态和被测点上的信号波形以及可能存在的干扰信号及噪声电压等，更有利于分析故障。

3）信号寻迹法：对于各种较复杂的电路，可在输入端接入一个一定幅值、适当频率的信号(例如，对于多级放大器，可在其输入端接入f=1000Hz的正弦信号)，用示波器由前级到后级(或者相反)，逐级观察波形及幅值的变化情况，如哪一级异常，则故障就在该级。

4）对比法：怀疑某一电路存在问题时，可将此电路的参数与相同的正常的参数(或理论分析的电流、电压、波形等)进行一一对比，从中找出电路中的不正常情况，进而分析并判断故障点。

5）部件替换法：有时故障比较隐蔽，不能一眼看出，如这时你手头有与故障仪器同型号的仪器时，可以将仪器中的部件、元器件、插件板等替换有故障仪器中的相应部件，以便于缩小故障范围并查找故障源。

6）旁路法：当有寄生振荡现象，可以利用适当容量的电容器，选择适当的检查点，将电容临时跨接在检查点与参考接地点之间，如果振荡消失，就表明振荡是产生在此附近或前级电路中。否则就在后面，再移动检查点寻找。旁路电容要适当，不宜过大，只要能较好地消除有害信号即可。

7）短路法：就是采取临时性短接一部分电路来寻找故障的方法。短路法对检查断路性故障最有效。但要注意对电源(电路)不能采用短路法。

8）断路法：断路法用于检查短路故障最有效。断路法也是一种使故障怀疑点逐步缩小范围的方法。例如，某稳压电源因接入一带有故障的电路，使输出电流过大，我们采取依次断开电路的某一支路的办法来检查故障。如果断开该支路后，电流恢复正常，则故障就发生在此支路。

实际调试时，寻找故障原因的方法多种多样，以上仅列举了几种常用的方法。这些方法的使用对于简单的故障用一种方法即可查找出故障点，但对于较复杂的故障则需采取多种方法互相补充、互相配合，才能找出故障点。

在一般情况下，寻找故障的常规做法是:

1）用直接观察法，排除明显的故障。

2）再用万用表(或示波器)检查静态工作点。

3）信号寻迹法是对各种电路普遍适用而且简单直观的方法，在动态调试中广为应用。

附上2个电源的测试用例：

纹波噪声测试
一、空载
1、搭建好测试环境。 2、使用一端带SMA的同轴线，线芯连接到设备输出的OUT+,网状屏蔽层连接到GND； 3、同轴线SMA连接到隔直板，再由SMA连接到示波器； 4、纹波：示波器带宽设置成20MHz、50Ω，调节适当触发电平等参数； 5、记录测试结果； 6、噪声：示波器带宽设置成MAX、50Ω、长余辉，调节适当触发电平等参数。 7、记录测试结果；
二、满载
1、搭建好测试环境，确认设备输出为满载状态； 2、使用一端带SMA的同轴线，线芯连接到设备输出的OUT+,网状屏蔽层连接到GND； 3、同轴线SMA连接到隔直板，再由SMA连接到示波器； 4、纹波：示波器带宽设置成20MHz、50Ω，调节适当触发电平等参数； 5、记录测试结果； 6、噪声：示波器带宽设置成MAX、50Ω、长余辉，调节适当触发电平等参数； 7、记录测试结果；
预期结果：纹波小于100mv,噪声小于300mv。
测试结果	空载（纹波）			满载（纹波）
	空载（噪声）			满载（噪声）

反复上下电测试
一、半载
1、搭建好测试环境，记录设备输出电压精度； 2、输出端口通过导线连接到电子负载； 3、电子负载设置为设备输出端口最大负载的一半（常温、高温（65℃）、低温（-40℃）条件下分别测试50次） 4、反复上下电测试完成后，测试输出电压是否发生偏移。
二、满载
1、搭建好测试环境，记录设备输出电压精度； 2、输出端口通过导线连接到电子负载； 3、电子负载设置为设备输出端口的最大负载（常温、高温（65℃）、低温（-40℃）条件下分别测试50次） 4、反复上下电测试完成后，测试输出电压是否发生偏移。
预期结果：测试完成后，设备无异常，测试前后电压精度一致。
测试结果	空载（常温）	PASS/FAIL		满载（常温）	PASS/FAIL
	空载（高温）	PASS/FAIL		满载（高温）	PASS/FAIL
	空载（低温）	PASS/FAIL		满载（低温）	PASS/FAIL