ASA測(cè)試技術(shù)在電路維修測(cè)試儀上的應(yīng)用--續(xù)
| ASA(VI曲線)測(cè)試是電路在線維修測(cè)試儀上最重要的測(cè)試功能之一。本文簡(jiǎn)單的介紹了ASA測(cè)試的原理。主要圍繞著故障檢出率、測(cè)試可靠性、使用效率等方面，介紹了如何在電路維修測(cè)試儀上高水平地實(shí)現(xiàn)ASA測(cè)試技術(shù)。本文對(duì)評(píng)價(jià)在線維修測(cè)試儀產(chǎn)品、更好的掌握此項(xiàng)測(cè)試技術(shù)，有較大參考價(jià)值。 一、 ASA測(cè)試應(yīng)用特點(diǎn) Analog Signature Analysis(模擬特征分析)是一種廣泛用于電子電路板的故障檢測(cè)技術(shù)。具有以下應(yīng)用特點(diǎn)： 1．不涉及電路原理，無需電路處于工作狀態(tài)，所以可用于沒有圖紙資料，脫離設(shè)備（無需聯(lián)機(jī)檢測(cè)）的電路板的故障檢測(cè)； 2． 不需給電路板加電，相對(duì)更安全； 3． 不涉及電路板上器件的功能，所以無論電路由什么類型的器件組成，數(shù)字的、模擬的、數(shù)?；旌系摹⒐δ芤阎?、未知的（如專用、可編程）等等，均可測(cè)試； 4． 它是逐電路結(jié)點(diǎn)（器件管腳）進(jìn)行測(cè)試的，基本上不受電路板上元器件封裝的限制。 由于單個(gè)器件可以看成最簡(jiǎn)單的電路板電路，所以ASA技術(shù)也能夠用于檢測(cè)大規(guī)模、復(fù)雜或功能未知集成器件的好壞。事實(shí)上，由于條件所限， ASA是許多用戶檢測(cè)此類器件的唯一辦法。另外，ASA用于檢測(cè)分立元件功能好壞時(shí)，也有方便、直觀等特點(diǎn)。 二、 ASA基本測(cè)試原理 就基本檢測(cè)原理而言，ASA測(cè)試可以看成萬用表檢測(cè)法的自然延伸。 對(duì)于無圖紙電路板，最常用的故障檢測(cè)方法是這樣的：先用萬用表測(cè)出好電路板上器件管腳（實(shí)際是電路結(jié)點(diǎn)）對(duì)地電阻；然后與故障電路板上相應(yīng)器件管腳的對(duì)地電阻進(jìn)行比較，根據(jù)差異大小來判斷該結(jié)點(diǎn)上有無故障。由結(jié)點(diǎn)到具體元器件需要人工確定。這種方法簡(jiǎn)單、易用且有效，許多人都用這種辦法修好過復(fù)雜、昂貴的電路板。 影響這種辦法的故障檢出率的主要原因是,萬用表只能檢測(cè)在1.5V（萬用表電池電壓）下的電阻，而半導(dǎo)體器件引腳的對(duì)地電阻隨電壓變化——不同電壓下的電阻未必相同。比如，某TTL器件管腳在2.5V有軟擊穿,產(chǎn)生較大漏流。這樣的故障就不能被檢測(cè)出來。 設(shè)想你有幾十、或上百塊萬用表，每塊表的電池電壓都不一樣——電壓范圍包括了器件的工作電壓。對(duì)每一個(gè)管腳，都用這些表全部測(cè)試、對(duì)照一遍，這樣，上面所說的故障就會(huì)被檢測(cè)出來了。這就是ASA測(cè)試原理——在一個(gè)電壓區(qū)間內(nèi)、而不只是一個(gè)電壓點(diǎn)下進(jìn)行比較。 三、 基本ASA測(cè)試的實(shí)現(xiàn)方法 用測(cè)試儀產(chǎn)生一個(gè)變化的電壓信號(hào)加在被測(cè)試對(duì)象上，同時(shí)記錄不同電壓下的電流。把隨電壓變化的電流在電壓-電流座標(biāo)系上表示出來，得到一條阻抗曲線。使用者通過比較好、壞電路板相應(yīng)結(jié)點(diǎn)的阻抗曲線的形狀差異，達(dá)到故障檢測(cè)的目的。 理論表明，使用以正弦規(guī)律變化的電壓信號(hào)（正弦波）的測(cè)試************。事實(shí)也是如此，無論進(jìn)口的、還是國(guó)產(chǎn)的此類測(cè)試儀，都用正弦波作為ASA測(cè)試的主要測(cè)試信號(hào)。 現(xiàn)在市場(chǎng)上的此類測(cè)試儀產(chǎn)品都和微機(jī)配合使用。測(cè)試儀產(chǎn)生正弦波測(cè)試信號(hào)；微機(jī)在專用測(cè)試軟件控制下，接受用戶指令、實(shí)現(xiàn)測(cè)試算法、按用戶的要求控制測(cè)試儀施加測(cè)試信號(hào)、顯示測(cè)試結(jié)果、存儲(chǔ)測(cè)試數(shù)據(jù)。 下面從用戶的實(shí)際使用要求出發(fā)，對(duì)如何得到方便、高效、實(shí)用的ASA測(cè)試功能，進(jìn)行一些討論。 四、 關(guān)于配接微機(jī) 微機(jī)軟硬件的更新很快。從當(dāng)前微機(jī)技術(shù)以及發(fā)展來看，測(cè)試儀的軟硬件主要應(yīng)該解決以下兩個(gè)問題： 1． 測(cè)試軟件應(yīng)支持主流操作系統(tǒng)版本 自Win98后，Windows操作系統(tǒng)對(duì)外部設(shè)備的管理機(jī)制作了很大改動(dòng)，使得Win98上的測(cè)試程序，不能自動(dòng)升級(jí)到其后的系統(tǒng)版本上運(yùn)行。鑒于Win98及以下的操作系統(tǒng)很快會(huì)完全退出使用，如果測(cè)試軟件不能支持主流的操作系統(tǒng)版本，比如Windows XP,將會(huì)給用戶以后使用帶來麻煩。 2． 測(cè)試儀最好支持USB口 早期的測(cè)試儀采用在計(jì)算機(jī)內(nèi)插卡的方式實(shí)現(xiàn)和計(jì)算機(jī)的配接。由于這種方式缺點(diǎn)較多，又轉(zhuǎn)用并口（打印口）配接。但近年來更加先進(jìn)的USB口得到了迅速普及。USB口速度快、更安全（允許帶電插拔），會(huì)給用戶的使用帶來很大方便。另外，目前市場(chǎng)上帶并口的筆記本電腦已經(jīng)十分少見，并口在臺(tái)式機(jī)上也許會(huì)很快消失——常用計(jì)算機(jī)外設(shè)，如打印機(jī)、掃描儀、數(shù)碼產(chǎn)品都是USB口了。如果測(cè)試儀不支持USB口，會(huì)影響用戶微機(jī)的換代更新。 五、 關(guān)于測(cè)試信號(hào) 對(duì)任何一種電子儀器，測(cè)試信號(hào)都是構(gòu)成整個(gè)測(cè)試功能的基礎(chǔ)。它的質(zhì)量，基本決定著測(cè)試質(zhì)量。 關(guān)于主測(cè)試信號(hào)——正弦波： 1． 幅度（峰-峰值） 為了保證測(cè)試效果，同時(shí)又不至于損傷被測(cè)器件，正弦幅度應(yīng)大于被測(cè)器件引腳的實(shí)際工作電壓，小于極限電壓。由于不同元器件所需電壓值不同，這就要求測(cè)試儀輸出的正弦波幅度可調(diào)。 顯然，可調(diào)的范圍越寬、允許調(diào)整的步距越?。ǚ謾n越多）越好。目前市場(chǎng)上多數(shù)測(cè)試儀的設(shè)置為±4V、±8V、±18V、±28V等幾個(gè)擋，基本滿足大部分電子電路板、電子元器件的檢測(cè)要求。匯能測(cè)試儀的電壓幅度從±1V--±28V，以0.5V步距可調(diào)，也就是分成了五十多個(gè)檔。 2． ******輸出（短路）電流 將正弦波短路后所能流出的******電流叫做******輸出電流： ******輸出電流=等于正弦峰值/輸出電阻 目前多數(shù)國(guó)產(chǎn)測(cè)試儀的******輸出電流在十幾毫安到二、三十毫安。據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，這適用于測(cè)試一般集成電路，比如74系列器件。如果考慮到測(cè)試功率更大一些的集成器件、大電容（上萬微法）、大功率三極管等，******輸出電流應(yīng)該更大一些。匯能測(cè)試儀的******輸出電流可達(dá)150mA。 3． 頻率范圍 頻率范圍越寬，越能更好地適應(yīng)對(duì)容性、感性結(jié)點(diǎn)的測(cè)試。比如，對(duì)一、兩萬微法的電容，用匯能測(cè)試儀都能測(cè)出它的有效ASA曲線——從曲線上可以明顯看出是否漏電、容量是否夠。 4． 波形保真度（或失真度） 指實(shí)際產(chǎn)生的正弦波與理想正弦波的形狀差異。非直流結(jié)點(diǎn)的ASA曲線形狀不僅與頻率相關(guān)，也與波形的形狀相關(guān)。比如，電容的ASA曲線只在正弦波下是橢圓。 5． 關(guān)于正弦波產(chǎn)生中的問題 由于ASA測(cè)試通過曲線形狀來判斷故障，所以測(cè)試結(jié)果的一致性、可重復(fù)性十分重要。測(cè)試結(jié)果的一致性、可重復(fù)性由測(cè)試信號(hào)的穩(wěn)定性保證。 目前市場(chǎng)上有的國(guó)產(chǎn)測(cè)試儀產(chǎn)生的測(cè)試信號(hào)，會(huì)隨配接微機(jī)的速度、以及Windows操作系統(tǒng)的分時(shí)性而變。 比如，可這樣觀察Windows分時(shí)性對(duì)信號(hào)的影響：保持測(cè)試儀連續(xù)輸出測(cè)試信號(hào)，用示波器持續(xù)觀察，然后打開一個(gè)需要系統(tǒng)資源較多的任務(wù)，比如播放音樂，馬上看到信號(hào)的形狀完全變樣；更簡(jiǎn)單的辦法是測(cè)一個(gè)電容，比較播放音樂前后測(cè)到的ASA曲線即可發(fā)現(xiàn)。 其實(shí)，即使沒有打開用戶任務(wù)，也會(huì)有一些系統(tǒng)任務(wù)在后臺(tái)不時(shí)運(yùn)行著，同樣會(huì)干擾測(cè)試。觀察的時(shí)間稍微長(zhǎng)一點(diǎn)就會(huì)發(fā)現(xiàn)。 這種情況多數(shù)是測(cè)試儀硬件設(shè)計(jì)的過于簡(jiǎn)單——測(cè)試儀沒有獨(dú)立的定時(shí)電路，測(cè)試信號(hào)的形狀和頻率發(fā)生了變化。 匯能測(cè)試儀的測(cè)試一致性很好。經(jīng)軍方有關(guān)單位檢測(cè)，它生成的測(cè)試信號(hào)的頻率準(zhǔn)確度、波形失真度小于2%，并不隨外部條件變化。 關(guān)于輔助測(cè)試信號(hào)——脈沖： 引入脈沖輔助測(cè)試信號(hào)，是為了使ASA測(cè)試能夠很好地用于三端器件的測(cè)試。閘流管、MOS三極管、甚至繼電器、電壓調(diào)節(jié)器等都可以看成三端器件。 以閘流管為例。僅在它的陽極和陰極之間加ASA測(cè)試信號(hào)，只能發(fā)現(xiàn)兩極之間是否短路、或有漏流，不能發(fā)現(xiàn)開路、或?qū)ú涣嫉墓收?。引入一個(gè)脈沖信號(hào)加在閘流管的控制極，控制管子在ASA測(cè)試期間出現(xiàn)導(dǎo)通、截止兩種狀態(tài)，就能對(duì)閘流管進(jìn)行較為全面的檢測(cè)。 不同的三端器件需要不同的控制方式?？刂品绞綄?shí)際就是正弦波如何和脈沖匹配（同步）。 有的測(cè)試儀產(chǎn)品沒有脈沖輔助測(cè)試信號(hào)。有的測(cè)試儀產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的比較簡(jiǎn)單。比如有一種國(guó)產(chǎn)測(cè)試儀上的三端測(cè)試信號(hào)實(shí)際上只是一個(gè)大小可設(shè)的直流電平，在ASA測(cè)試期間無變化，始終存在。 為了滿足各種三端器件的不同測(cè)試要求，匯能測(cè)試儀上設(shè)置了八種脈沖和正弦波的匹配方式。相對(duì)于正弦波來說，脈沖的起始、結(jié)束位置；寬度、高度均可調(diào)整；支持單向觸發(fā)、雙向觸發(fā)。詳細(xì)情況請(qǐng)參閱有關(guān)產(chǎn)品說明。 六、 提高基本ASA測(cè)試的故障檢出率 1．單端口vs多端口測(cè)試 所謂的單端口測(cè)試，通常指所有的電路結(jié)點(diǎn)（器件管腳）分別與電路板的“地”組成一個(gè)個(gè)的端口，ASA測(cè)試信號(hào)總是加在這些端口上進(jìn)行測(cè)試。比如，在單端口的方式下，對(duì)一個(gè)有N個(gè)腳的器件，總共處理N條曲線。 但在使用中人們發(fā)現(xiàn)，有時(shí)候器件的兩個(gè)管腳分別對(duì)地的曲線沒有大的變化，但兩個(gè)管腳之間的曲線變化很大，這種情況仍然屬于器件故障，為了解決此類問題，發(fā)展了多端口測(cè)試方式。 所謂的多端口測(cè)試，是指對(duì)一個(gè)器件的任何兩個(gè)管腳組成的端口，都要進(jìn)行ASA測(cè)試。這樣對(duì)一個(gè)有N個(gè)管腳的器件，最多處理NxN條曲線。 在匯能測(cè)試儀上，對(duì)多端口還分了三種情況考慮： a．多端口對(duì)稱： 當(dāng)處理了2腳對(duì)3腳組成的端口后，如果還要處理3腳對(duì)2腳組成的端口，就叫做對(duì)稱方式，否則稱為非對(duì)稱方式。這類似于用萬用表，要不要調(diào)轉(zhuǎn)表棒再測(cè)一次。 由于ASA使用正、負(fù)對(duì)稱的交流測(cè)試信號(hào)，多數(shù)情況下，對(duì)同一端口調(diào)轉(zhuǎn)信號(hào)后測(cè)到的曲線和原曲線是對(duì)稱的，也就是說不能提供更多的故障信息。采用對(duì)稱方式更多是為了方便分析故障。不過也存在不對(duì)稱情況。 b．非對(duì)稱含參考腳： c．非對(duì)稱不含參考腳： 所謂含參考腳指要測(cè)試1腳對(duì)1腳、2腳對(duì)2腳、......N腳對(duì)N腳組成的端口。這種端口測(cè)到的一定是條短路曲線，否則，可能存在其它問題，以該腳為基準(zhǔn)測(cè)到的曲線不可信。就是說，含參考腳有利于提高測(cè)試可靠性。 2．自動(dòng)、手動(dòng)曲線靈敏度選擇 ASA測(cè)試是依據(jù)兩條曲線的形狀差異來檢測(cè)故障的，但是，測(cè)試數(shù)據(jù)的差異與把數(shù)據(jù)以曲線顯示出來后，曲線之間的差異并不是一回事。用機(jī)械式萬用表打個(gè)比方。指針越接近中央位置，同樣大小的阻值變化引起的指針擺幅越大，也就是指針位置關(guān)于故障的靈敏度越高。 對(duì)于ASA曲線可以證明，在電壓—電流坐標(biāo)下（VI曲線），曲線的整體走勢(shì)越接近45度，對(duì)故障的靈敏程度越高；如果測(cè)試曲線是一個(gè)封閉圖形，如電容，曲線包圍的面積越大，對(duì)故障的靈敏度越高。 影響曲線走勢(shì)主要是測(cè)試信號(hào)的輸出電阻。當(dāng)選擇的電阻值越接近被測(cè)結(jié)點(diǎn)的等效電阻值時(shí)，得到的曲線靈敏度越高。 匯能測(cè)試儀允許對(duì)任意一條曲線人工修改測(cè)試參數(shù)后重測(cè)。該特點(diǎn)可用于手工調(diào)整曲線靈敏度。但這種辦法不僅麻煩——當(dāng)曲線很多時(shí)很難逐一觀察、調(diào)整，而且很多情況下，也很難直觀判斷什么樣的曲線靈敏度更高一些。匯能測(cè)試儀具有自動(dòng)計(jì)算曲線的靈敏度，自動(dòng)選擇靈敏度較高的曲線的功能。這稱為ASA曲線靈敏度自動(dòng)調(diào)整。 3． 按端口設(shè)置測(cè)試參數(shù) 并非同一個(gè)器件的所有管腳都適用于同樣的測(cè)試參數(shù)。舉個(gè)典型的例子：集電極開路器件的輸出往往耐壓較高，用于驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管、繼電器等，而輸入都是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以對(duì)于輸出、輸入的測(cè)試信號(hào)的幅度應(yīng)該不同，才能達(dá)到全面檢測(cè)的目的。 匯能測(cè)試儀有普通設(shè)置和特殊設(shè)置兩個(gè)設(shè)置窗口。普通設(shè)置對(duì)所有的端口有效，而在特殊設(shè)置中可對(duì)少數(shù)特殊端口進(jìn)行重設(shè)。特殊設(shè)置的優(yōu)先級(jí)別高于普通設(shè)置。 在完成測(cè)試后，如果對(duì)測(cè)試結(jié)果不滿意，還可以用鼠標(biāo)選中不滿意的曲線，打開該曲線的設(shè)置窗口，重設(shè)后重測(cè)該曲線。 七、 提高測(cè)試可靠性 測(cè)試可靠性指測(cè)試儀能夠識(shí)別出可能導(dǎo)致誤判的ASA曲線。 1．接觸問題 在大多數(shù)情況下，端口之間不是開路的狀態(tài)，但又不能完全排除這種情況。測(cè)到開路曲線的十分可能的原因是，器件管腳氧化、防銹涂層未打磨干凈、測(cè)試探頭磨損等原因?qū)е碌慕佑|不良，所以在實(shí)際使用中，一旦發(fā)現(xiàn)開路曲線，都要進(jìn)行確認(rèn)——檢查、處理，然后重測(cè)，以免得到虛假曲線。但當(dāng)一次測(cè)試要處理成百上千條曲線時(shí)，依靠人工來找出開路曲線很不現(xiàn)實(shí)，因此，匯能測(cè)試儀設(shè)有判開路曲線的功能，在所有測(cè)到的曲線中，只要存在開路曲線，就給出提示信息，用戶可以根據(jù)提示很容易找到它的所在。 2．曲線穩(wěn)定性問題判穩(wěn)定（過渡過程、mos器件、自激） 由于被測(cè)電路本身的原因，導(dǎo)致在同樣的測(cè)試條件下，每次測(cè)到的曲線都不相同稱之為曲線不穩(wěn)定。由于ASA測(cè)試依靠曲線的重合度來發(fā)現(xiàn)故障，顯然，不穩(wěn)定曲線很容易導(dǎo)致誤判，這要求測(cè)試儀能夠識(shí)別并提示不穩(wěn)定曲線。 經(jīng)過長(zhǎng)期實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致不穩(wěn)定曲線的原因主要有以下三種： a．自激導(dǎo)致的不穩(wěn)定 產(chǎn)生自激的原因很好理解。 |
