ASA測試技術在電路維修測試儀上的應用--續(xù)
| ASA(VI曲線)測試是電路在線維修測試儀上最重要的測試功能之一。本文簡單的介紹了ASA測試的原理。主要圍繞著故障檢出率、測試可靠性、使用效率等方面，介紹了如何在電路維修測試儀上高水平地實現(xiàn)ASA測試技術。本文對評價在線維修測試儀產(chǎn)品、更好的掌握此項測試技術，有較大參考價值。 一、 ASA測試應用特點 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技術。具有以下應用特點： 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，脫離設備（無需聯(lián)機檢測）的電路板的故障檢測； 2． 不需給電路板加電，相對更安全； 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)模混合的、功能已知的、未知的（如專用、可編程）等等，均可測試； 4． 它是逐電路結點（器件管腳）進行測試的，基本上不受電路板上元器件封裝的限制。 由于單個器件可以看成最簡單的電路板電路，所以ASA技術也能夠用于檢測大規(guī)模、復雜或功能未知集成器件的好壞。事實上，由于條件所限， ASA是許多用戶檢測此類器件的唯一辦法。另外，ASA用于檢測分立元件功能好壞時，也有方便、直觀等特點。 二、 ASA基本測試原理 就基本檢測原理而言，ASA測試可以看成萬用表檢測法的自然延伸。 對于無圖紙電路板，最常用的故障檢測方法是這樣的：先用萬用表測出好電路板上器件管腳（實際是電路結點）對地電阻；然后與故障電路板上相應器件管腳的對地電阻進行比較，根據(jù)差異大小來判斷該結點上有無故障。由結點到具體元器件需要人工確定。這種方法簡單、易用且有效，許多人都用這種辦法修好過復雜、昂貴的電路板。 影響這種辦法的故障檢出率的主要原因是,萬用表只能檢測在1.5V（萬用表電池電壓）下的電阻，而半導體器件引腳的對地電阻隨電壓變化——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出來。 設想你有幾十、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。對每一個管腳，都用這些表全部測試、對照一遍，這樣，上面所說的故障就會被檢測出來了。這就是ASA測試原理——在一個電壓區(qū)間內(nèi)、而不只是一個電壓點下進行比較。 三、 基本ASA測試的實現(xiàn)方法 用測試儀產(chǎn)生一個變化的電壓信號加在被測試對象上，同時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、壞電路板相應結點的阻抗曲線的形狀差異，達到故障檢測的目的。 理論表明，使用以正弦規(guī)律變化的電壓信號（正弦波）的測試************。事實也是如此，無論進口的、還是國產(chǎn)的此類測試儀，都用正弦波作為ASA測試的主要測試信號。 現(xiàn)在市場上的此類測試儀產(chǎn)品都和微機配合使用。測試儀產(chǎn)生正弦波測試信號；微機在專用測試軟件控制下，接受用戶指令、實現(xiàn)測試算法、按用戶的要求控制測試儀施加測試信號、顯示測試結果、存儲測試數(shù)據(jù)。 下面從用戶的實際使用要求出發(fā)，對如何得到方便、高效、實用的ASA測試功能，進行一些討論。 四、 關于配接微機 微機軟硬件的更新很快。從當前微機技術以及發(fā)展來看，測試儀的軟硬件主要應該解決以下兩個問題： 1． 測試軟件應支持主流操作系統(tǒng)版本 自Win98后，Windows操作系統(tǒng)對外部設備的管理機制作了很大改動，使得Win98上的測試程序，不能自動升級到其后的系統(tǒng)版本上運行。鑒于Win98及以下的操作系統(tǒng)很快會完全退出使用，如果測試軟件不能支持主流的操作系統(tǒng)版本，比如Windows XP,將會給用戶以后使用帶來麻煩。 2． 測試儀最好支持USB口 早期的測試儀采用在計算機內(nèi)插卡的方式實現(xiàn)和計算機的配接。由于這種方式缺點較多，又轉用并口（打印口）配接。但近年來更加先進的USB口得到了迅速普及。USB口速度快、更安全（允許帶電插拔），會給用戶的使用帶來很大方便。另外，目前市場上帶并口的筆記本電腦已經(jīng)十分少見，并口在臺式機上也許會很快消失——常用計算機外設，如打印機、掃描儀、數(shù)碼產(chǎn)品都是USB口了。如果測試儀不支持USB口，會影響用戶微機的換代更新。 五、 關于測試信號 對任何一種電子儀器，測試信號都是構成整個測試功能的基礎。它的質(zhì)量，基本決定著測試質(zhì)量。 關于主測試信號——正弦波： 1． 幅度（峰-峰值） 為了保證測試效果，同時又不至于損傷被測器件，正弦幅度應大于被測器件引腳的實際工作電壓，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。目前市場上多數(shù)測試儀的設置為±4V、±8V、±18V、±28V等幾個擋，基本滿足大部分電子電路板、電子元器件的檢測要求。匯能測試儀的電壓幅度從±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)國產(chǎn)測試儀的******輸出電流在十幾毫安到二、三十毫安。據(jù)我們的經(jīng)驗，這適用于測試一般集成電路，比如74系列器件。如果考慮到測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，******輸出電流應該更大一些。匯能測試儀的******輸出電流可達150mA。 3． 頻率范圍 頻率范圍越寬，越能更好地適應對容性、感性結點的測試。比如，對一、兩萬微法的電容，用匯能測試儀都能測出它的有效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） 指實際產(chǎn)生的正弦波與理想正弦波的形狀差異。非直流結點的ASA曲線形狀不僅與頻率相關，也與波形的形狀相關。比如，電容的ASA曲線只在正弦波下是橢圓。 5． 關于正弦波產(chǎn)生中的問題 由于ASA測試通過曲線形狀來判斷故障，所以測試結果的一致性、可重復性十分重要。測試結果的一致性、可重復性由測試信號的穩(wěn)定性保證。 目前市場上有的國產(chǎn)測試儀產(chǎn)生的測試信號，會隨配接微機的速度、以及Windows操作系統(tǒng)的分時性而變。 比如，可這樣觀察Windows分時性對信號的影響：保持測試儀連續(xù)輸出測試信號，用示波器持續(xù)觀察，然后打開一個需要系統(tǒng)資源較多的任務，比如播放音樂，馬上看到信號的形狀完全變樣；更簡單的辦法是測一個電容，比較播放音樂前后測到的ASA曲線即可發(fā)現(xiàn)。 其實，即使沒有打開用戶任務，也會有一些系統(tǒng)任務在后臺不時運行著，同樣會干擾測試。觀察的時間稍微長一點就會發(fā)現(xiàn)。 這種情況多數(shù)是測試儀硬件設計的過于簡單——測試儀沒有獨立的定時電路，測試信號的形狀和頻率發(fā)生了變化。 匯能測試儀的測試一致性很好。經(jīng)軍方有關單位檢測，它生成的測試信號的頻率準確度、波形失真度小于2%，并不隨外部條件變化。 關于輔助測試信號——脈沖： 引入脈沖輔助測試信號，是為了使ASA測試能夠很好地用于三端器件的測試。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測試信號，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、或導通不良的故障。引入一個脈沖信號加在閘流管的控制極，控制管子在ASA測試期間出現(xiàn)導通、截止兩種狀態(tài)，就能對閘流管進行較為全面的檢測。 不同的三端器件需要不同的控制方式?？刂品绞綄嶋H就是正弦波如何和脈沖匹配（同步）。 有的測試儀產(chǎn)品沒有脈沖輔助測試信號。有的測試儀產(chǎn)品實現(xiàn)的比較簡單。比如有一種國產(chǎn)測試儀上的三端測試信號實際上只是一個大小可設的直流電平，在ASA測試期間無變化，始終存在。 為了滿足各種三端器件的不同測試要求，匯能測試儀上設置了八種脈沖和正弦波的匹配方式。相對于正弦波來說，脈沖的起始、結束位置；寬度、高度均可調(diào)整；支持單向觸發(fā)、雙向觸發(fā)。詳細情況請參閱有關產(chǎn)品說明。 六、 提高基本ASA測試的故障檢出率 1．單端口vs多端口測試 所謂的單端口測試，通常指所有的電路結點（器件管腳）分別與電路板的“地”組成一個個的端口，ASA測試信號總是加在這些端口上進行測試。比如，在單端口的方式下，對一個有N個腳的器件，總共處理N條曲線。 但在使用中人們發(fā)現(xiàn)，有時候器件的兩個管腳分別對地的曲線沒有大的變化，但兩個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)展了多端口測試方式。 所謂的多端口測試，是指對一個器件的任何兩個管腳組成的端口，都要進行ASA測試。這樣對一個有N個管腳的器件，最多處理NxN條曲線。 在匯能測試儀上，對多端口還分了三種情況考慮： a．多端口對稱： 當處理了2腳對3腳組成的端口后，如果還要處理3腳對2腳組成的端口，就叫做對稱方式，否則稱為非對稱方式。這類似于用萬用表，要不要調(diào)轉表棒再測一次。 由于ASA使用正、負對稱的交流測試信號，多數(shù)情況下，對同一端口調(diào)轉信號后測到的曲線和原曲線是對稱的，也就是說不能提供更多的故障信息。采用對稱方式更多是為了方便分析故障。不過也存在不對稱情況。 b．非對稱含參考腳： c．非對稱不含參考腳： 所謂含參考腳指要測試1腳對1腳、2腳對2腳、......N腳對N腳組成的端口。這種端口測到的一定是條短路曲線，否則，可能存在其它問題，以該腳為基準測到的曲線不可信。就是說，含參考腳有利于提高測試可靠性。 2．自動、手動曲線靈敏度選擇 ASA測試是依據(jù)兩條曲線的形狀差異來檢測故障的，但是，測試數(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。用機械式萬用表打個比方。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，也就是指針位置關于故障的靈敏度越高。 對于ASA曲線可以證明，在電壓—電流坐標下（VI曲線），曲線的整體走勢越接近45度，對故障的靈敏程度越高；如果測試曲線是一個封閉圖形，如電容，曲線包圍的面積越大，對故障的靈敏度越高。 影響曲線走勢主要是測試信號的輸出電阻。當選擇的電阻值越接近被測結點的等效電阻值時，得到的曲線靈敏度越高。 匯能測試儀允許對任意一條曲線人工修改測試參數(shù)后重測。該特點可用于手工調(diào)整曲線靈敏度。但這種辦法不僅麻煩——當曲線很多時很難逐一觀察、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。匯能測試儀具有自動計算曲線的靈敏度，自動選擇靈敏度較高的曲線的功能。這稱為ASA曲線靈敏度自動調(diào)整。 3． 按端口設置測試參數(shù) 并非同一個器件的所有管腳都適用于同樣的測試參數(shù)。舉個典型的例子：集電極開路器件的輸出往往耐壓較高，用于驅動數(shù)碼管、繼電器等，而輸入都是標準電平，所以對于輸出、輸入的測試信號的幅度應該不同，才能達到全面檢測的目的。 匯能測試儀有普通設置和特殊設置兩個設置窗口。普通設置對所有的端口有效，而在特殊設置中可對少數(shù)特殊端口進行重設。特殊設置的優(yōu)先級別高于普通設置。 在完成測試后，如果對測試結果不滿意，還可以用鼠標選中不滿意的曲線，打開該曲線的設置窗口，重設后重測該曲線。 七、 提高測試可靠性 測試可靠性指測試儀能夠識別出可能導致誤判的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、測試探頭磨損等原因導致的接觸不良，所以在實際使用中，一旦發(fā)現(xiàn)開路曲線，都要進行確認——檢查、處理，然后重測，以免得到虛假曲線。但當一次測試要處理成百上千條曲線時，依靠人工來找出開路曲線很不現(xiàn)實，因此，匯能測試儀設有判開路曲線的功能，在所有測到的曲線中，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） 由于被測電路本身的原因，導致在同樣的測試條件下，每次測到的曲線都不相同稱之為曲線不穩(wěn)定。由于ASA測試依靠曲線的重合度來發(fā)現(xiàn)故障，顯然，不穩(wěn)定曲線很容易導致誤判，這要求測試儀能夠識別并提示不穩(wěn)定曲線。 經(jīng)過長期實踐，發(fā)現(xiàn)導致不穩(wěn)定曲線的原因主要有以下三種： a．自激導致的不穩(wěn)定 產(chǎn)生自激的原因很好理解。 |
