实装电路板(Printed-Circuit Board Assembly,PCBA)是电子系统研制和生产中不可缺少的部分,其质量直接影响系统的性能,因而对电路板的测试是关系到电子系统的质量和生产周期的重要环节。PCBA在批量生产过程中,由于设备、工艺和操作者的各种可能的因素,不可能保证焊接在电路板上的元器件均能正常工作。自动在线测试系统将相应的激励信号加载到PCBA上的被测元件,在线检测输出端响应来判断板载元器件是否出现故障,完成元件级测试。本文首先详细分析了自动在线测试系统的电气隔离原理,介绍了常见元器件电阻、电容、电感、二极管、三极管和运算放大器的在线测试原理,并设计不同元器件的测试硬件电路;分析安捷伦专利技术,通过芯片引脚耦合电容来判别芯片焊接质量,分析了测试原理并设计了检测微小电容的硬件电路。然后根据系统的设计要求和软硬件设计方案,分别设计了主控板、AC信号板、DC信号板、开关板和母板。除了母板,每块板卡上均有一片FPGA做控制,采用两级FPGA架构,主控板FPGA做主控,信号板和开关板的FPGA做从控,自动完成系统的开关控制、信号发生、数据采集与传送。下位机软件方面,采用模块化的设计,主控板FPGA构建基于SOPC技术的Nios II嵌入式内核,运用C语言编程,实现与上位机的USB2.0通讯、系统自检、数据采集和从控FPGA的控制,是整个下位机的控制核心,同时在主控板上预留了边界扫描接口芯片,便于后续的系统边界扫描功能的实现和升级,解决传统在线测试系统无法进行的大规模数字集成电路测试的短板,提高整个系统的测试覆盖率。信号板FPGA采用VerilogHDL硬件描述语言编程,负责控制产生测试所需的激励信号源与信号的调理采集。交流信号发生是基于直接数字频率合成DDS技术,直流电压信号和电流信号是的采用D/A、运放和模拟开关组合产生的。开关板负责测试通道的控制,根据不同的测试指令切换相应的测试通道,并设计了放电通道和与功能测试系统(FCT)隔离通道,便于复合在线测试系统和功能测试系统共用一套治具,完成元件级测试和板级测试,提高效率节约成本。最后,通过搭建的实验样机测试,基本完成系统功能。结合实验测试数据,进行了系统误差分析与补偿,并对本文研究工作进行总结和展望。