總工程師 韓熔
了解各種檢測(cè)方法的優(yōu)劣,根據(jù)具體情況靈活選用,才是高手。本文從介紹當(dāng)前各種檢測(cè)方法開始,然后討論其應(yīng)用特點(diǎn)、存在哪些不足(有故障檢測(cè)不出來(lái)),引出Ver6.0的改進(jìn)與發(fā)展。隨著器件封裝越來(lái)越小,實(shí)施測(cè)試日益困難,本文最后部分介紹了Ver6.0在實(shí)施測(cè)試方面的重大改進(jìn)。
本文面向?qū)Α秴R能》測(cè)試儀感興趣的維修人士;不過(guò),即使你沒(méi)有,也不打算添置Ver6.0,文中對(duì)測(cè)試方法的討論,也有助于用好其它測(cè)試工具。
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1.當(dāng)前測(cè)試方法及原理
1.1概述:
a.第一類
1)使用萬(wàn)用表電阻檔的電阻比對(duì)法;
2)使用萬(wàn)用表二極管檔的電壓比對(duì)法;
3)使用一般電路維修測(cè)試儀的ASA(VI)曲線比對(duì)法。
這類方法獲得廣泛使用的主要原因是:
- 測(cè)試不加電,不是根據(jù)電路工作原理進(jìn)行故障檢測(cè),適合維修測(cè)試通常沒(méi)有原理圖,或?qū)﹄娐钒骞ぷ髟砹私夂苌俚那闆r;
- 主要發(fā)現(xiàn)IC器件的“端口型”故障,維修中絕大多數(shù)屬于這類故障。
b.第二類
4)直接測(cè)試IC器件好壞。
這種測(cè)試在維修中得到較多使用的原因與第一類相同。
按照發(fā)現(xiàn)故障的能力,IC測(cè)試由低往高分為三個(gè)層次:端口測(cè)試、功能測(cè)試、性能測(cè)試;按照使用條件分為:
- 在線測(cè)試:測(cè)試焊接在電路板上的器件。需要用測(cè)試夾夾在被測(cè)器件上進(jìn)行測(cè)試。
- 離線測(cè)試:測(cè)試脫離電路板的器件。鎖在測(cè)試座上進(jìn)行測(cè)試。
顯然,在線測(cè)試更適合維修檢測(cè)。在早期的電路板(以雙列直插式封裝、中小規(guī)模通用器件為主)檢測(cè)中,在線測(cè)試發(fā)揮重要作用,然而近年來(lái),隨著器件封裝細(xì)小化,集成度越來(lái)越高,在線測(cè)試越來(lái)越難有用武之地,把器件焊下來(lái)進(jìn)行離線測(cè)試漸成主流。
第一、二類測(cè)試都屬于“間接”測(cè)試——不與電路板功能好壞“直接關(guān)聯(lián)”,需要通過(guò)其它辦法“驗(yàn)證”檢修結(jié)果。
c.第三類
5)使用萬(wàn)用表/示波器比對(duì)直流/交流電壓;
6)使用信號(hào)發(fā)生器(信號(hào)注入)+使用示波器比對(duì)對(duì)注入信號(hào)的響應(yīng)
這類測(cè)試多用于在制造電路板的過(guò)程中的故障檢測(cè)。主要原因是:
a)需要了解電路工作原理,才能確定如何給板子加電;才能定義施加、讀回的具體信號(hào)(電壓范圍、時(shí)序、頻率、相位等);
b)這里較少使用第一、二類測(cè)試的原因是,電路板制造中主要是開、短路,錯(cuò)、漏焊故障,不屬于第二類測(cè)試范圍,對(duì)第一類測(cè)試敏感程度低(故障檢出率低)。
與一、二類測(cè)試相比,這類測(cè)試工作量小,并且是“直接測(cè)試”,所以,即使是維修測(cè)試,在有條件的時(shí)候(例如大量重復(fù)維修某種電路板),也應(yīng)該盡量創(chuàng)造使用這類測(cè)試的條件。
《匯能》Ver6.0中初步引入了這類測(cè)試方法。
1.2測(cè)試原理
a.萬(wàn)用表測(cè)電阻的原理
把一個(gè)直流電壓V,通過(guò)輸出電阻Ro,加在被測(cè)對(duì)象Rx兩端,產(chǎn)生流經(jīng)回路的電流I。表頭把這個(gè)電流轉(zhuǎn)換成電阻顯示出來(lái)。測(cè)電阻時(shí)換檔就是切換Ro。

下面是兩種萬(wàn)用表電阻檔的基本參數(shù):
開路電壓V(不包括200兆檔):
Fluk 勝利
0.27V 0.5V |
勝利表的短路電流:
0.2K檔 |
2K檔 |
20K檔 |
200K檔 |
0.3mA |
0.2mA |
0.05mA |
0.005mA |
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特點(diǎn):
最大測(cè)試電壓小于PN結(jié)導(dǎo)通電壓,所以關(guān)聯(lián)的IC管腳不影響測(cè)試,這解釋了為什么多數(shù)情況下在線能測(cè)準(zhǔn);Fluke表的測(cè)試效果比勝利表好,背后原因應(yīng)該是Fluke表的最大測(cè)試電壓小于勝利表。
檔位越高(測(cè)大電阻),測(cè)試電流越小。
b.萬(wàn)用表二極管檔的測(cè)試原理
從對(duì)兩種萬(wàn)用表的外特征測(cè)試發(fā)現(xiàn),二極管檔與電阻檔的原理相同,差別在于1.測(cè)試參數(shù)不同,2.顯示測(cè)試電壓。歸結(jié)出的測(cè)試參數(shù)如下:
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Fluke |
勝利 |
開路電壓V |
2.4V |
2.5V |
串聯(lián)電阻Ro |
4.23K |
2.7K |
短路電流 |
0.53mA |
0.9mA |
特點(diǎn):
測(cè)試電壓包括普通二極管、發(fā)光二極管的拐點(diǎn)電壓,所以能夠測(cè)試正向?qū)、反向截止的基本特征?/p>
測(cè)試電流大于電阻檔,但不是恒流,隨被測(cè)電壓增加而減小。
c.ASA曲線測(cè)試原理
ASA曲線測(cè)試大約自上世紀(jì)80年代后期,隨著“電路在線維修測(cè)試儀”這種測(cè)試設(shè)備引入國(guó)內(nèi)。
如果這些表的測(cè)試電壓遵循正弦規(guī)律,在確定時(shí)間內(nèi)作用于被測(cè)對(duì)象,相當(dāng)于把一個(gè)正弦電壓通過(guò)Ro加在被測(cè)對(duì)象。它的ASA曲線就是對(duì)該測(cè)試信號(hào)的直接響應(yīng)。參見(jiàn)下圖:
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ASA曲線測(cè)試原理圖 |
在時(shí)間-電壓坐標(biāo)上的測(cè)試信號(hào) |
特點(diǎn):
- 在一個(gè)電壓范圍內(nèi)而不僅僅是一個(gè)電壓點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)試;
- 動(dòng)態(tài)測(cè)試信號(hào),可反映結(jié)點(diǎn)包含的容性、感性成份;
- 一次測(cè)試產(chǎn)生多個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù),以曲線的形式顯示測(cè)試結(jié)果;
下面是幾種“標(biāo)準(zhǔn)(非組合)曲線”。請(qǐng)記住這幾種曲線形狀。
開路曲線:
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縱軸是電流。開路時(shí)電流處處為0,所以是水平線。 |
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縱軸是電壓。無(wú)負(fù)載時(shí)就是測(cè)試電壓信號(hào)本身的樣子。 |
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短路曲線:
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橫軸是電壓。短路時(shí)電壓處處為0,所以是豎直線。 |
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縱軸是電壓。短路時(shí)電壓處處為0,所以是水平線。 |
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電阻曲線:
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斜率=1/R |
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電阻僅衰減電壓幅度 |
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電容曲線:
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容量影響橢圓面積。 |
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電容不僅衰減幅度,同時(shí)滯后電壓。注意曲線最高點(diǎn)被后移。 |
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硅二極管曲線:
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反向截止,電流基本為0;正向?qū)ü拯c(diǎn)在0.65V。導(dǎo)通后的電阻很小,電流很快上升。 |
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正向電壓大于拐點(diǎn)后被鉗位。低于導(dǎo)通電壓時(shí)由于電阻很大,測(cè)試信號(hào)基本不受影響。 |
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d.IC器件測(cè)試基本原理
本部分內(nèi)容在《電路板維修中的IC器件測(cè)試—《匯能》Ver6.0說(shuō)明之二》詳細(xì)討論。這里僅作大致介紹。
通過(guò)對(duì)比IC管腳ASA曲線實(shí)現(xiàn)測(cè)試,故障檢測(cè)能力相對(duì)最差;使用簡(jiǎn)單、除了接觸不上外(BGA封裝)幾乎不受限制,可用于幾乎任何IC的測(cè)試(一般用于后兩種方法不能測(cè)試的器件),有人給它起了個(gè)很玄的名字——疑難器件測(cè)試。
測(cè)試器件能否完成規(guī)定的電路過(guò)程,但不測(cè)試完成的“質(zhì)量”,屬于“定性”測(cè)試。功能測(cè)試主要發(fā)現(xiàn)“損壞”型故障,不能發(fā)現(xiàn)性能變差類的故障。
在電路維修測(cè)試儀上,功能測(cè)試范圍主要包括:邏輯器件(以74系列為代表)、運(yùn)算放大器、光電耦合器、電壓比較器等。
不僅測(cè)試器件能否完成規(guī)定的電路過(guò)程,而且測(cè)試完成的質(zhì)量。性能測(cè)試通過(guò)測(cè)試器件參數(shù)實(shí)現(xiàn),屬于“定量”測(cè)試。性能測(cè)試對(duì)硬件要求高、實(shí)現(xiàn)難度大、建庫(kù)內(nèi)容多,主要用于器件入廠檢驗(yàn)、性能篩選。由于性能測(cè)試是對(duì)付“水貨”、“翻新件”的最好辦法,近來(lái)在維修中逐漸得到重視。
在同類產(chǎn)品中,《匯能》Ver6.0唯一實(shí)現(xiàn)了對(duì)IC主要直流參數(shù)的測(cè)試。這也是《匯能》測(cè)試儀硬件精度明顯高于同類產(chǎn)品的原因。
2.第一類測(cè)試方法的應(yīng)用特點(diǎn)及存在問(wèn)題
2.1另一種角度看電路板
考慮到IC不加電就是一堆PN結(jié)的串并聯(lián),從未加電的電路板的一個(gè)結(jié)點(diǎn)向四周看去,就只有電阻、電容、電感、PN結(jié)的一端(的并聯(lián)),其另一端也是同樣結(jié)構(gòu),如此下去,最終都匯集到接地點(diǎn),所以,任何電路板的任何結(jié)點(diǎn),都可看成不同參數(shù)的電阻、電容、電感、PN結(jié)的串并聯(lián),圍繞它們討論如何測(cè)試即可。
2.2應(yīng)用特點(diǎn)
a.測(cè)電阻vs二極管檔法
- 由于測(cè)電阻的最大電壓小于PN結(jié)導(dǎo)通電壓,所以,對(duì)結(jié)點(diǎn)主要由PN組成的電路板(例如純數(shù)字板),人們更愿意用二極管檔;
- 電阻檔的測(cè)試電流小于二極管檔。電流越小,越不容易達(dá)到直流穩(wěn)定(讀數(shù)不穩(wěn)定),容易把大電容測(cè)成短路。這解釋了測(cè)試電源板時(shí)(大電容、電感多),為什么二極管檔相對(duì)更好用。
二極管檔僅是“發(fā)現(xiàn)”電容的能力強(qiáng)。目前缺乏“在線”測(cè)試電容、電感的手段。另外,如果測(cè)試信號(hào)改用“恒流”,效果會(huì)更好。
- 二極管檔對(duì)結(jié)點(diǎn)中阻性成分的測(cè)試能力,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如電阻法。首先,測(cè)試電壓高,如果結(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)IC管腳(PN結(jié))會(huì)影響測(cè)試;即使沒(méi)有關(guān)聯(lián)IC管腳,由于測(cè)試電流不恒定,也很難估計(jì)阻值大小。電阻檔能準(zhǔn)確測(cè)出電阻值。
在檢測(cè)模擬板時(shí),如果先用二極管檔不能發(fā)現(xiàn)故障,再用測(cè)電阻法試試。
b. ASA曲線法vs測(cè)電阻和二極管檔法
主要優(yōu)點(diǎn):
- 電路維修測(cè)試儀上的ASA曲線測(cè)試信號(hào)幅度允許用戶設(shè)置,通常選擇等于或略大于IC工作電壓(小于最大額定電壓),能夠發(fā)現(xiàn)IC在工作電壓范圍內(nèi)的PN漏電、導(dǎo)通不暢、軟擊穿等故障。參見(jiàn)下圖:

接近1V時(shí)開始漏電 |

大于6V軟擊穿。不影響5V使用。 |

導(dǎo)通不暢 |
考慮到常用的IC工作電壓標(biāo)準(zhǔn),通常有幾個(gè)信號(hào)幅度,例如4V/7V/15V/28V(多數(shù)電路維修測(cè)試儀),可滿足要求!秴R能》測(cè)試儀有256個(gè)幅度,是為了滿足在線測(cè)試RCL參數(shù)、離線IC參數(shù)測(cè)試等高精度測(cè)試所需。
- 交流測(cè)試信號(hào)包括頻率成分,測(cè)試包含有容性、感性的結(jié)點(diǎn)效果更好
ASA曲線測(cè)試不加電,所以這個(gè)頻率與電路或器件工作頻率無(wú)關(guān),主要考慮:
1)對(duì)于在常用大小范圍內(nèi)的電容、電感,配合輸出電阻,能夠得到有測(cè)試意義(橢圓面積不為0)形狀的曲線。例如,100微法的電容,在1K頻率下的等效阻抗=1/(2πfC)= 1.6歐姆。接近短路。這是新手在檢測(cè)電源板時(shí)容易出現(xiàn)的問(wèn)題;
2)測(cè)試速度不能太慢。例如,頻率5赫茲時(shí),2個(gè)測(cè)試周期將需時(shí)400ms。
頻率在十幾到數(shù)百赫茲之間即可滿足ASA曲線測(cè)試的要求。
- 多數(shù)情況下交流穩(wěn)定比直流穩(wěn)定更容易達(dá)到,所以ASA曲線測(cè)試比萬(wàn)用表測(cè)試更容易得到穩(wěn)定測(cè)試結(jié)果;
- 人對(duì)曲線的記憶、識(shí)別能力比數(shù)字更強(qiáng)。
2.3存在的問(wèn)題——為什么電路板有故障檢測(cè)不出來(lái)
a. IC的非端口型故障
由于這類測(cè)試不加電,IC等同于大量PN結(jié)的組合,如果故障沒(méi)有發(fā)生在與IC輸入/輸出管腳直接相連接的PN結(jié)上(例如存儲(chǔ)器中出現(xiàn)壞位),將檢測(cè)不出來(lái)。不過(guò),在維修中這類故障較為少見(jiàn)。
這種故障可用器件功能測(cè)試、參數(shù)測(cè)試檢測(cè)出來(lái)。
b. IC性能下降、或者劣質(zhì)IC導(dǎo)致的故障
這類故障要在IC加電工作時(shí)才能表現(xiàn)出來(lái)。這類故障在維修中較為少見(jiàn)。
這類故障通過(guò)IC性能測(cè)試才能檢測(cè)出來(lái)。
由此可知,ASA曲線測(cè)試不適用于IC的入廠檢驗(yàn)。有國(guó)外產(chǎn)品把ASA曲線測(cè)試儀稱為集成電路測(cè)試儀,可用于IC篩選,從技術(shù)方面說(shuō)不夠恰當(dāng)。
c. 高阻抗支路問(wèn)題
一個(gè)電路結(jié)點(diǎn)通常由若干個(gè)支路組成。結(jié)點(diǎn)總阻抗由每個(gè)支路的阻抗并聯(lián)而成。并聯(lián)的規(guī)律是:阻抗越小,對(duì)總阻抗影響越大;反之影響越小。發(fā)生同樣比例的變化(對(duì)電路影響程度相同),小阻抗支路的容易發(fā)現(xiàn),高阻抗支路容易被忽略過(guò)去。
假定一個(gè)結(jié)點(diǎn)由1K和100K電阻并聯(lián)而成,結(jié)點(diǎn)總電阻= 1K并100K = 0.99K;若1K電阻減少20%到0.8K,總電阻=0.8K并100K = 0.79K;若100K減少20%到80K,總電阻= 1K并80K = 0.988K。
再舉兩個(gè)實(shí)際例子。
實(shí)例1:參見(jiàn)下面兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的ASA曲線
前面結(jié)點(diǎn)有一個(gè)約15K電阻,后者沒(méi)有。在PN正負(fù)向?qū)ㄖ螅瑢?dǎo)通電阻很小,完全“淹沒(méi)”了這個(gè)電阻;這個(gè)電阻只能在0電壓點(diǎn)附近(兩拐點(diǎn)之間,PN結(jié)電阻遠(yuǎn)大于15K)呈現(xiàn)出來(lái)。但由于這段曲線所占比例很小,可用于顯示的點(diǎn)數(shù)更是有限,最終如上圖所示,兩條曲線整體形狀相差不多——故障被掩蓋。
上述分析能夠解釋有人用ASA曲線沒(méi)有發(fā)現(xiàn)故障,然后用萬(wàn)用表細(xì)細(xì)測(cè),最終解決了問(wèn)題——應(yīng)該屬于這類問(wèn)題。
有的測(cè)試儀企圖通過(guò)增加測(cè)試點(diǎn)數(shù)(曲線分辨率)來(lái)提高ASA曲線測(cè)試精度,顯然無(wú)用。因?yàn)?span lang="EN-US" xml:lang="EN-US">0點(diǎn)附近可供顯示的點(diǎn)數(shù)太少,多余的測(cè)試數(shù)據(jù)重疊在一起,結(jié)果沒(méi)有變化。
把整個(gè)曲線放大效果也有限。因?yàn)槭前幢壤糯螅?span lang="EN-US" xml:lang="EN-US">0點(diǎn)附近占整條曲線比例不變,曲線誤差保持不變。除非在0點(diǎn)附近測(cè)試很多點(diǎn),再放大顯示,才能較好揭示出0點(diǎn)附近的電特征。
實(shí)例2:電感并電容
如果用萬(wàn)用表測(cè)試,由于電感的直流電阻很小,很容易掩蓋電容的存在。
d.ASA曲線測(cè)試——數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為曲線導(dǎo)致精度降低
參見(jiàn)下圖。

0.1K vs 0.15K |

1K vs 1.5K |

10K vs 15K |
三個(gè)圖中電阻值的變化比例相同,這意味著故障程度相同,但顯示出來(lái)的曲線差異明顯不同。在實(shí)際檢測(cè)中,很容易認(rèn)為中間結(jié)點(diǎn)有問(wèn)題,右邊結(jié)點(diǎn)沒(méi)有問(wèn)題。
實(shí)用中要選擇測(cè)試參數(shù),使測(cè)得的曲線趨于45度。
3.《匯能》Ver6.0關(guān)于第一類測(cè)試方法的改進(jìn)與發(fā)展
總結(jié)一下上面的討論:ASA曲線法無(wú)疑應(yīng)用效果最好,一般應(yīng)該首先用ASA曲線檢測(cè)。但尺有所短,寸有所長(zhǎng),ASA曲線法并不能完全取代另外兩種方法,所以Ver6.0對(duì)三種方法都有所改進(jìn),有所發(fā)展。
3.1 ver6.0關(guān)于測(cè)試方法的改進(jìn)和發(fā)展
a.增加了在線測(cè)電容、電感參數(shù)。彌補(bǔ)了以前在線只能測(cè)電阻的不足;
b.增加了小信號(hào)曲線來(lái)揭示0點(diǎn)附近的電特征
小信號(hào)曲線的信號(hào)幅度0.2V。除了揭示0點(diǎn)附近的特征外,小信號(hào)曲線一個(gè)重要作用是反應(yīng)在線測(cè)試RCL時(shí)是否受到干擾:如果小信號(hào)曲線屬于“標(biāo)準(zhǔn)曲線”,說(shuō)明未受干擾,測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確;否則說(shuō)明測(cè)試受外電路干擾,測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確。
c.把二極管檔法測(cè)試信號(hào)改進(jìn)為恒流,效果更好。
3.2 ver6.0上關(guān)于三種測(cè)試方法的實(shí)現(xiàn)方式
a.測(cè)試RCL時(shí)自動(dòng)換檔
在檢測(cè)電路板上的RCL元件時(shí),如果需要根據(jù)被測(cè)元件的大小,選擇合適的測(cè)試檔位才能進(jìn)行測(cè)試,想想都十分不方便。Ver6.0在測(cè)試范圍內(nèi)自動(dòng)換檔。與自動(dòng)萬(wàn)用表一樣。
b.自動(dòng)識(shí)別結(jié)點(diǎn)電特征
實(shí)際測(cè)試前先進(jìn)行預(yù)測(cè)試,判斷結(jié)點(diǎn)的主要特征成分為阻性/容性/感性,根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)測(cè)試。
c.整合三種測(cè)試方法
檢測(cè)電路板時(shí),理論上最好用三種方法都測(cè),但如果三種測(cè)試在不同的地方完成,測(cè)試工作量會(huì)很大,實(shí)際上很難做到;另外,如果測(cè)試結(jié)果之間能夠方便地相互參照,會(huì)進(jìn)一步提高測(cè)試有效性。
Ver6.0將三種測(cè)試作為選項(xiàng)整合在一個(gè)測(cè)試功能中,稱為“iASA”——改進(jìn)的ASA測(cè)試,可以選擇一次三項(xiàng)都測(cè),或者測(cè)試其中一、或兩項(xiàng)。測(cè)試結(jié)果同時(shí)顯示在一起。
為了得到“在線”測(cè)試RCL能力,測(cè)試信號(hào)必須很。ā秴R能》曲最大0.2V)、一次完成多種測(cè)試導(dǎo)致交/直流信號(hào)反復(fù)切換,測(cè)試狀態(tài)難于穩(wěn)定,這些都會(huì)影響到測(cè)試RCL精度、整個(gè)測(cè)試速度!半x線”測(cè)試RCL時(shí),建議使用其它測(cè)試測(cè)試工具,如電橋,精度最高,測(cè)得最準(zhǔn)。
3.3 Ver6.0的iASA測(cè)試示例
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實(shí)測(cè)結(jié)點(diǎn) |
2.2u電容 |
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以上就是2.3的c中實(shí)例1的iASA曲線 |
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10u電容并1K電阻: |
按電容測(cè)試 |
按電阻測(cè)試 |
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10u電容串1K電阻: |
按電容測(cè)試 |
按電阻測(cè)試 |
4.《匯能》Ver6.0對(duì)實(shí)施測(cè)試的改進(jìn)
封裝不斷細(xì)小化導(dǎo)致實(shí)施測(cè)試越來(lái)越困難——效率越來(lái)越低,測(cè)試難度越來(lái)越大。Ver6.0提供以下解決辦法。
4.1通過(guò)定制轉(zhuǎn)接板,實(shí)現(xiàn)對(duì)電路板接口關(guān)聯(lián)器件的快速測(cè)試
如果測(cè)試儀有模擬通道,通過(guò)轉(zhuǎn)接板連接模擬通道與電路板的外接插件。參見(jiàn)下圖:

這樣,就能快速測(cè)試與插腳關(guān)聯(lián)的器件——接口器件。由于接口器件屬于故障高發(fā)區(qū),這種測(cè)試方式相當(dāng)有使用價(jià)值。一般的電路維修測(cè)試儀都能實(shí)現(xiàn)這種測(cè)試方式。
測(cè)試儀的模擬通道越多,支持越多管腳的插件。這是高端測(cè)試儀配備較多模擬通道的主要原因。
4.2控制機(jī)械手組成半自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)
播放視頻文件《飛針測(cè)試視頻.avi》。
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