電路板維修測(cè)試儀原理探討
| 電路在線維修測(cè)試儀已在我國推廣應(yīng)用了很多年，并且在許多領(lǐng)域產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。真正為企業(yè)對(duì)于“在線”維修故障電路板提供了行之有效的解決辦法。隨著這一技術(shù)不斷的更新、推廣及應(yīng)用，已深為企業(yè)所接納。但是，對(duì)于這種儀器真正能夠解決哪些問題以及如何解決、如何評(píng)價(jià)這種儀器的優(yōu)劣也越來越為大家所關(guān)心。為此《設(shè)備管理與維修》雜志社特意采訪了國內(nèi)最早從事這類儀器開發(fā)、研制和推廣、應(yīng)用，并獲得多家學(xué)會(huì)、協(xié)會(huì)認(rèn)可，在行業(yè)中具有技術(shù)領(lǐng)先地位的北京天惠電子有限公司。“匯能”電路在線維修測(cè)試儀的總設(shè)計(jì)師 韓熔先生為大家所關(guān)心的這些問題一一做出解答。 問：《設(shè)備管理與維修》雜志 答：中設(shè)協(xié)北京北京天惠電子有限公司 匯能 總設(shè)計(jì)師 韓熔 問：電路在線維修測(cè)試儀近年來在電路板器件級(jí)維修故障檢測(cè)中得到推廣和應(yīng)用，它的主要特點(diǎn)是什么？ 答：說到檢修電路板，往往會(huì)想到應(yīng)該有被修板的圖紙，或者要了解它的電路工作過程，這樣才知道怎樣檢測(cè)。但是，一般設(shè)備生產(chǎn)廠家都不提供詳細(xì)電路圖以及有關(guān)資料，加之電路板的種類又多又復(fù)雜，實(shí)際上很難做到搞清楚了電路原理再去修；另外，為了不影響正常生產(chǎn)，須把有故障的電路板從設(shè)備上取下來進(jìn)行檢修（這叫做沒有聯(lián)機(jī)檢測(cè)條件），而脫離了設(shè)備的電路板一般不工作，如果要用示波器看波形，還得設(shè)法讓電路板工作起來。 沒有圖紙和聯(lián)機(jī)檢測(cè)條件，是目前器件級(jí)故障檢測(cè)的主要困難。 匯能電路在線維修測(cè)試儀的主要特點(diǎn)，就是能夠輔助各種程度的維修人員，在無圖紙、無聯(lián)機(jī)測(cè)試條件下，對(duì)故障電路板實(shí)現(xiàn)“在線”器件級(jí)故障檢測(cè)。 問：這里“在線”測(cè)試的具體含義是什么？ 答：這里的“在線”與其它領(lǐng)域使用的“在線”，比如“在線”監(jiān)測(cè)（英語中用“On-line”）不同。這里所說的“在線”，表示對(duì)在電路板上的元器件進(jìn)行測(cè)試，是“在線路中”的意思，在英語中用“In-circuit”這個(gè)詞。有人叫“路內(nèi)測(cè)試”。但由于歷史的原因，大多數(shù)人仍叫“在線測(cè)試”。 問：要是有一臺(tái)這樣的儀器，能把故障電路板全修好嗎？ 答：影響維修成功率的因素很多。其中大部分是因?yàn)檎也坏焦收纤凇＿@是電路在線維修測(cè)試儀要解決的問題。另外，能否找到合格代用元器件、合適的拆焊工具和熟練的拆焊操作都會(huì)影響維修成功率。就故障檢測(cè)而言，所用檢測(cè)儀器的種類、檔次，使用水平，還有少部分理論上尚不能解決的在線測(cè)試問題，也會(huì)影響維修成功率。一般來說，要想修好所有的電路板是不現(xiàn)實(shí)的。 問：一般能修好多少？ 答：這因人、因條件而異。目前的專業(yè)維修公司，維修成功率在80%~90%。至于企業(yè)中的維修工程師，差異非常大。有的人水平高、測(cè)試儀器全、找備件的路子寬、電路板種類少，成功率會(huì)高于專業(yè)公司。有的人因?yàn)榉N種原因，會(huì)低于這個(gè)百分比。 問：電路在線維修測(cè)試儀利用了器件級(jí)維修中的一些故障特點(diǎn)，來實(shí)現(xiàn)無圖紙，無聯(lián)機(jī)條件下的在線測(cè)試。能不能具體說說是哪些特點(diǎn)？ 答：電路板在維修中的故障特點(diǎn)，是相對(duì)于在開發(fā)和生產(chǎn)中的故障特點(diǎn)而言的。比如，在現(xiàn)場(chǎng)使用中損壞的電路板，絕大部分是因板上元器件的損壞所引起的；網(wǎng)絡(luò)故障——也就是因板子上斷線、短路造成的故障較少；可以認(rèn)為沒有設(shè)計(jì)問題。在生產(chǎn)中絕大部分是開路、短路故障。在開發(fā)中則主要是設(shè)計(jì)問題等等。 就維修中故障元器件的分布來看，接口器件故障多，而非接口器件故障少。從器件的損壞類型來看，端口型和功能型故障占絕大部分，而參數(shù)型故障不但少見，而且一般在現(xiàn)場(chǎng)也無法測(cè)試，這些，就是維修測(cè)試儀應(yīng)主要解決的問題。 問：維修人員能把板子修好就行了，有必要去了解器件的故障類型嗎？ 答：了解器件故障類型以及分布情況，有助于理解各種測(cè)試技術(shù)在維修中的適用性和局限性，對(duì)于選擇并掌握各種測(cè)試儀器的使用以及故障分析等等都有好處。 問：請(qǐng)先說說端口型故障。 答：我們知道，一個(gè)集成電路器件由很多個(gè)晶體管組成。輸入或輸出晶體管損壞所導(dǎo)致的器件故障，叫做端口型故障。由于輸入輸出晶體管與器件外引腳直接相聯(lián)，所以，通過檢測(cè)器件引腳上的電特征可以發(fā)現(xiàn)端口型故障。比如用萬用表檢測(cè)器件引腳間的電阻所能發(fā)現(xiàn)的故障就屬于端口型故障。據(jù)英國維修協(xié)會(huì)資料，端口型故障約占故障總數(shù)的80%左右。 問：何謂功能型故障？ 答：比如你設(shè)法給一個(gè)反相器加上合適的工作電源，在輸入端加一個(gè)穩(wěn)定的高電平，然后用萬用表測(cè)其輸出是否為低電平；再把輸入高電平換成低電平，測(cè)其輸出是否為高電平。如果輸出不滿足上述兩項(xiàng)要求，就說該反相器有功能型故障——反相器不反相了。 功能型故障在測(cè)試器件功能時(shí)才能發(fā)現(xiàn)。測(cè)試器件功能時(shí)必須加工作電壓，這是判斷是否實(shí)現(xiàn)功能測(cè)試的必要條件。 端口型故障可能導(dǎo)致功能型故障，功能型故障可能但不一定從端口測(cè)試上反映出來。兩者合計(jì)，覆蓋了維修測(cè)試中的絕大部分故障。 問：那么什么是參數(shù)型故障呢？ 答：參數(shù)型故障指器件不能按其技術(shù)規(guī)格完成其功能。比如一個(gè)反相器雖然能反相，但反相過程太慢，這就是參數(shù)型故障。 參數(shù)型故障在維修中比較少見，同時(shí)由于參數(shù)測(cè)試要求很高的測(cè)試精度，所以維修中一般不考慮這類故障。 說到這里，我們比較一下幾種常用測(cè)試儀器在器件級(jí)維修故障檢測(cè)中的應(yīng)用特點(diǎn)，有助于說明電路在線維修測(cè)試儀得到推廣的原因。請(qǐng)參看下表： 儀器類型 圖紙資料 聯(lián)機(jī)檢測(cè) 應(yīng)用說明 萬用表 不一定要 不要 僅檢測(cè)部分端口型故障，非常依賴使用者的水平和經(jīng)驗(yàn)，最常用。 示波器 要 要 可檢查各種器件故障，但對(duì)數(shù)字器件功能弱。要求使用者有較高電路水平，不太常用。 邏輯分析儀 要 要 檢測(cè)數(shù)字器件故障能力強(qiáng)，不能測(cè)模擬器件，對(duì)使用者要非常高，維修中極少應(yīng)用。 匯能維修測(cè)試儀 不必要 不要 檢測(cè)各種器件端口故障和邏輯器件、運(yùn)放的功能型故障。對(duì)于使用者要求低，最常用。 問：匯能維修測(cè)試儀如何實(shí)現(xiàn)無圖紙，無聯(lián)機(jī)測(cè)試條件下的器件級(jí)故障檢測(cè)的呢？ 答：可以歸結(jié)為：兩個(gè)思路、三種技術(shù)、 四類功能。 思路一：將電路板僅看成元器件集合。 電路板電路是由不同的元器件組合而成的，只要能設(shè)法一個(gè)一個(gè)地檢查電路板上元器 件的好壞即可。比如，對(duì)一個(gè)邏輯“與非”門，不管在什么電路板上，只要能檢查出它的“與非”功能沒問題，就可以認(rèn)為該電路板上的故障與它無關(guān)。如此類推，就能檢測(cè)出故障所在。 當(dāng)然，維修測(cè)試要求“在線”檢測(cè)，所以這里的難點(diǎn)是如何消除電路板上其它元器件對(duì)測(cè)試的影響，即如何實(shí)現(xiàn)“隔離測(cè)試”。 思路二：與無故障電路板做比較。 從已知無故障的電路板上提取某種電特征，然后與故障電路板上的相應(yīng)特征值進(jìn)行比較，根據(jù)差異大小來判斷有無故障。至于提取什么電特征，與具體采用的技術(shù)有關(guān)。 問：這就是說，把原先的從圖紙資料和聯(lián)機(jī)檢測(cè)條件出發(fā)檢測(cè)故障，轉(zhuǎn)換成從元器件和好電路板出發(fā)。 答：正是如此。三種技術(shù)是指隔離數(shù)字器件，實(shí)現(xiàn)數(shù)字器件在線功能測(cè)試的后驅(qū)動(dòng)技術(shù)；隔離運(yùn)算放大器，實(shí)現(xiàn)運(yùn)放在線功能測(cè)試的運(yùn)放隔離技術(shù)；提取、比較電路結(jié)點(diǎn)或器件離線端口模擬阻抗特征的ASA（VI曲線）測(cè)試技術(shù)。我們把對(duì)這些技術(shù)的具體討論留到下次吧。 問：前兩種技術(shù)與思路一相關(guān)，后一種技術(shù)與思路二相關(guān)。 答：對(duì)。隔離不同種類的元器件要用不同的技術(shù)。比如，還有在線測(cè)試分立元件的三線隔離測(cè)量技術(shù)（匯能測(cè)試儀沒有使用） 四類功能包括： 第一類：元器件在線功能測(cè)試。目前包括多種數(shù)字器件、運(yùn)算放大器等數(shù)千種。 離線測(cè)試是在線測(cè)試的特例。能做在線測(cè)試的儀器都能做離線測(cè)試。但由于應(yīng)用目標(biāo)不同，可能會(huì)沒有專用的離線測(cè)試儀做的好。 第二類：ASA分析測(cè)試（VI曲線）。這種方法適用于各種元器件（模擬/數(shù)字、分立/集成）的檢測(cè)。 第三類：電路板網(wǎng)絡(luò)提取、比較測(cè)試。一方面用于檢測(cè)電路板網(wǎng)絡(luò)故障，也就是開、短路故障，另一方面可大大提高從電路板反演電路圖的效率。 第四類：自定義測(cè)試。通過自定義測(cè)試向用戶開放測(cè)試儀資源，由用戶控制測(cè)試儀實(shí)現(xiàn)對(duì)某種器件、甚至某種電路進(jìn)行所期望的測(cè)試。 要想詳細(xì)了解這四類測(cè)試的具體功能組成，請(qǐng)向我們索取有關(guān)資料。 問：講了這么多有關(guān)測(cè)試儀原理、技術(shù)的問題，如何評(píng)價(jià)一種測(cè)試儀產(chǎn)品，如何選擇測(cè)試儀還是不太清楚。比如說，我們主要修數(shù)控上的板子，有無需要特別注意的地方。要不我拿一塊板子到你那兒試試。 答：非常歡迎。匯能維修測(cè)試儀所使用的技術(shù)，決定了它是一種通用型的測(cè)試儀器，可用于對(duì)任何設(shè)備上的電路板的故障進(jìn)行檢測(cè)。這一點(diǎn)和萬用表、示波器差不多。 匯能維修測(cè)試儀功能很多，通過檢測(cè)一塊電路板很難做出全面評(píng)價(jià)。針對(duì)國產(chǎn)測(cè)試儀產(chǎn)品的普遍情況，這里我從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、參數(shù)指標(biāo)等方面列出比較重要的13條。這些基本上決定了測(cè)試儀的檔次、價(jià)格，以及應(yīng)用范圍和故障檢出率，供您在選擇時(shí)參考。 第一條：測(cè)試儀是否有測(cè)控電路部分。 目前的多數(shù)國產(chǎn)測(cè)試儀的硬件部分，主要由數(shù)字通道、模擬通道組成。配合工作的微機(jī)不但負(fù)責(zé)計(jì)算測(cè)試數(shù)據(jù)、顯示測(cè)試結(jié)果，還要直接控制測(cè)試儀的數(shù)字通道和模擬通道進(jìn)行測(cè)試。在多年的實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)這樣做的問題，所以，在96年之后開發(fā)的匯能測(cè)試儀，都增加了由十六位的高性能單片機(jī)系統(tǒng)為主組成的測(cè)試控制電路。微機(jī)只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和結(jié)果顯示。實(shí)際測(cè)試由測(cè)控電路控制數(shù)字、模擬通道完成。這樣做有如下好處： 1． 執(zhí)行測(cè)試的速度由測(cè)控電路決定，與微機(jī)的速度無關(guān)。 2． 數(shù)據(jù)傳送、執(zhí)行測(cè)試可分開進(jìn)行。微機(jī)先將數(shù)據(jù)全部傳給測(cè)試儀，測(cè)試儀完成測(cè)試后再將測(cè)試結(jié)果送回微機(jī)。執(zhí)行測(cè)試期間，測(cè)試儀不與微機(jī)打交道。大大提高了測(cè)試儀的速度指標(biāo)。 3． 執(zhí)行測(cè)試期間，測(cè)試儀不與微機(jī)打交道的另一好處是：不會(huì)因微機(jī)異常（比如病毒發(fā)作）、多任務(wù)調(diào)度等原因，中斷或掛起正在執(zhí)行中的測(cè)試程序，導(dǎo)致后驅(qū)動(dòng)超時(shí)、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)等問題。這一點(diǎn)對(duì)以Windows為開發(fā)平臺(tái)（Windows是多任務(wù)系統(tǒng)），微機(jī)又掛在網(wǎng)上的測(cè)試儀系統(tǒng)尤為重要。 當(dāng)然，這樣做也要付出代價(jià)。比如，測(cè)試儀硬件規(guī)模增大、開發(fā)難度和工作量增加、測(cè)試儀用通訊的方式和微機(jī)交換數(shù)據(jù)，延長了總測(cè)試時(shí)間。 第二條：數(shù)字通道能輸出、接收一種還是多種邏輯電平信號(hào)。 比如測(cè)試3V系列、5V系列、12V系列、15V系列數(shù)字器件需要相應(yīng)的邏輯信號(hào)電平。目前的國產(chǎn)測(cè)試儀大多只能提供滿足5V器件測(cè)試的邏輯信號(hào)電平。 第三條：能否測(cè)試電平轉(zhuǎn)換器件。 所謂電平轉(zhuǎn)換器件，指輸入和輸出邏輯電平不一致的器件。比如串口驅(qū)動(dòng)器1488，輸入是TTL電平，輸出可以是±12V電平。盡管電平轉(zhuǎn)換器件種類少，但電平轉(zhuǎn)換器件多為接口器件。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電路板接口器件故障可占故障總數(shù)的80%以上。 第四條：數(shù)字通道的速度和電流指標(biāo) 這兩項(xiàng)指標(biāo)越高，測(cè)試儀檔次也就越高，測(cè)試儀適應(yīng)性會(huì)越強(qiáng)。 比如，美國產(chǎn)品SI635、645，約為每通道500mA，測(cè)試速度20MHz，報(bào)價(jià)100余萬；英國產(chǎn)品Pinpoint為750mA、10MHz，報(bào)價(jià)70余萬；新加坡QT200為500mA，500KHz，報(bào)價(jià)40余萬。 第五條：能否自動(dòng)識(shí)別總線競(jìng)爭(zhēng)，有無完善的總線禁止信號(hào)（BDS/Guard信號(hào)）。 后驅(qū)動(dòng)技術(shù)可正確使用的前提之一是，每個(gè)電路結(jié)點(diǎn)由一個(gè)器件輸出和若干個(gè)器件輸入組成。然而由三態(tài)器件（如：373，245，374，244等，單片機(jī)，絕大部分存儲(chǔ)器）組成的電路往往不滿足這個(gè)前提，在測(cè)試期間會(huì)由于“總線競(jìng)爭(zhēng)”而導(dǎo)致測(cè)試失?。ò押玫钠骷`判成壞器件）?？偩€競(jìng)爭(zhēng)是造成誤判的主要原因之一?？偩€禁止信號(hào)就是用來處理這種情況的。由于掛在總線上的器件多數(shù)情況為好幾個(gè)，高檔測(cè)試儀一般具有不少于8個(gè)總線禁止信號(hào)（比如上面所列舉的進(jìn)口產(chǎn)品），并且每個(gè)信號(hào)可分別定義高或低為有效狀態(tài)。 使用總線禁止信號(hào)的前提是判斷出是否存在總線競(jìng)爭(zhēng)。好的測(cè)試儀可以自動(dòng)識(shí)別出來。 第六條：在線測(cè)試數(shù)字器件時(shí)，對(duì)器件在線情況的識(shí)別能力 測(cè)試儀對(duì)在線情況的識(shí)別能力越強(qiáng)，測(cè)試的準(zhǔn)確性就會(huì)越高。技術(shù)實(shí)現(xiàn)上是把各種在線情況歸結(jié)為不同的管腳狀態(tài)。目前好的測(cè)試儀能夠識(shí)別出十幾種管腳狀態(tài)，而多數(shù)國產(chǎn)測(cè)試儀僅能識(shí)別出幾種管腳狀態(tài)。 識(shí)別在線情況的能力強(qiáng)的另一好處是，大大提高了數(shù)字器件在線狀態(tài)測(cè)試（用于測(cè)試未知功能器件。如專用器件）的故障檢出率。 第七條：特征阻抗曲線分析測(cè)試（ASA測(cè)試）是否支持多端口方式 對(duì)一個(gè)有20個(gè)管腳的器件，每個(gè)管腳與“地”管腳之間都組成一個(gè)端口，可以提取一條曲線，總共可提取20條ASA曲線。這叫做單端口測(cè)試。一般測(cè)試儀都支持這種測(cè)試。 其實(shí)，器件的任意兩個(gè)管腳之間都可以組成一個(gè)端口。簡單地說，一個(gè)20腳器件按20 |
