前言:
市面上有多種IC測試儀器,便宜的以百元計,貴的以萬元、十數(shù)萬元計。有的有明確的測試范圍(能測哪些型號),有的聲稱能測試任何器件,有的具有“疑難器件測試”功能,專測各種“疑難器件”(雖然事實上不存在所謂“疑難器件”的定義),等等。
“能測”是一回事,“測了哪些內(nèi)容”是另一回事。如果只是“能測”的話,一塊萬用表就“能測”所有的IC——事實上,很多場合就是這么干的!皽y試的內(nèi)容”才關(guān)系到檢測效果,才是除了萬用表,還需要其它測試儀器的原因。
1.有哪些測試方法及其原理
1.1 IC的故障類型
a. 端口故障
故障落在與IC管腳直接關(guān)聯(lián)的PN結(jié)上,叫做端口故障。就測試而言,端口故障指通過檢測IC管腳的電壓-電流特征可發(fā)現(xiàn)的故障。
器件在使用中,各種干擾、沖擊等首先作用在端口上,所以在維修中,大部分IC故障屬于端口故障,有資料介紹在維修中端口故障大概能占到總故障的80%。
b.功能故障
功能故障就是常說的“器件壞了”。就測試而言,功能故障指在任何測試條件下,器件都不能實現(xiàn)規(guī)定的電路過程。
新買來的器件有功能故障的可能性很小,即使是“二手器件”、“水貨”,也不會有功能故障。賣方不可能公開銷售“壞器件”。
c. 性能故障
性能故障就是常說的“器件不好”,或者說“劣質(zhì)器件”。性能故障多指器件完成電路過程的質(zhì)量不符合規(guī)定。例如,不能驅(qū)動規(guī)定大小的負載、不能工作在規(guī)定的最大頻率、漏電流超過規(guī)定值等等。
“二手”、“水貨”、“小廠”器件通常意味著性能不好,也就是器件有參數(shù)不達標。
在電路板維修中,性能故障歷來讓人頭痛。維修中常說的“疑難”故障、不穩(wěn)定類故障,多數(shù)由于性能故障所導致,主要是缺乏測試手段,很少確定為性能故障。
1.2 測試方法及原理
與三類故障類型相對應有三種測試。無論哪種測試,都分兩步完成。第一步,按照器件型號建庫,保存在電腦中;第二步,按照型號調(diào)用電腦中的建庫數(shù)據(jù),執(zhí)行測試。
a.端口測試
目前的端口測試都是通過ASA曲線測試法實現(xiàn)的。
- 建庫:首先測試一個好器件的管腳ASA曲線,按照器件型號存入電腦;
- 測試:測試被測IC的管腳曲線,與庫中的曲線數(shù)據(jù)求差,任何一個管腳的比較差值超過規(guī)定大小,提示測試失敗。
ASA曲線測試不加電,逐管腳進行測試,對每個管腳的測試過程都是一樣的,有以下特點:
- 不受類型(模擬、數(shù)字),功能是否已知(例如專用器件、可編程器件)的限制,可用于測試任何器件;
- 建庫十分容易。只要有一個好器件,可以馬上建庫用于測試。
市面上凡是聲稱能夠測試各種器件的測試儀、所謂專測“疑難器件”的功能,實際上都是利用了ASA曲線測試的上述特點。
ASA曲線測試的不足在于:
- 只能發(fā)現(xiàn)端口故障。從1.1的介紹可知,用于維修檢測的效果不錯,但不適用于IC器件的入廠檢測和器件篩選(確有產(chǎn)品這樣宣傳);
- IC規(guī)范不規(guī)定器件不加電時的端口特征,型號完全相同的器件會有不一樣的端口特征(同型號不同品牌、偶爾不同批次),導致測試失;
b.功能測試
功能測試檢測IC能否實現(xiàn)規(guī)定的電路過程。
- 建庫:根據(jù)器件手冊中規(guī)定的器件電路過程編寫測試程序,按照器件型號存入電腦;
- 測試:按型號調(diào)用相應測試程序,檢測器件能否實現(xiàn)電路過程。
例如對一個“雙輸入與非門”,測試程序控制測試儀在器件兩個輸入腳上加“00、01、10、11”,回讀輸出是否為“1、1、1、0”,只要有一拍不符,測試失敗。
功能測試需要加電、測試信號是并行的,同時施加于所有管腳(不能逐管腳進行測試)。有以下特點:
- 功能已知是前提條件,還得是可描述的,否則無法編程建庫。由于建庫有一定難度,通常由儀器廠家完成,以器件庫的形式提供用戶使用(雖然有不少測試儀提供用戶建庫接口);
- 功能測試不考慮測試條件,原則上屬于定性測試。在功能測試下,74LS00、74HC00、74F00(由于邏輯功能相同)是一樣的。換句話說,如果你選擇了功能測試,庫中沒有74ACT00,按照74LS00測試效果是一樣的。有的測試儀干脆把這些型號都處理成7400;
- 用于器件入廠檢測、篩選效果較差。
C.性能測試
性能測試不但檢查器件能否完成規(guī)定的電路過程,而且檢查完成的質(zhì)量。質(zhì)量指標由參數(shù)定義,性能測試通過測試參數(shù)實現(xiàn)。
- 建庫:根據(jù)器件手冊中規(guī)定的器件電路過程、以及參數(shù)指標編寫測試程序,按照器件型號存入電腦;
- 測試:按型號調(diào)用相應測試程序,檢測器件能否實現(xiàn)電路過程,質(zhì)量參數(shù)是否達標。
性能測試包含了功能測試,在功能測試成功的基礎上,檢查參數(shù)是否合格。在性能測試下,74LS00、74HC00、74F00是不同器件;性能測試建庫要逐個處理器件參數(shù),比功能測試建庫內(nèi)容多;對硬件要求高,技術(shù)實現(xiàn)困難,因此,在早期電路板維修中,基本沒有人考慮性能測試,近年來有所改變。原因在于:
- 越是通用器件,水貨的可能性越大。水貨在技術(shù)上的定義,就是功能沒問題(否則是“壞”器件),性能不好(有參數(shù)不達標)。電子市場買來的器件在上板子前,最好用性能測試;
- 有些器件已經(jīng)停產(chǎn),只能使用拆機件。長期使用也會導致性能下降;
- 對從板子上拆下來的器件,用性能測試確認更有信心。
一個器件有很多個參數(shù)。測試的參數(shù)越多,對器件的質(zhì)量把握越大。能夠測試器件所有參數(shù)的集成電路測試儀價格高昂,多用于集成電路研發(fā)、制造以及特殊應用場合。在中、小企業(yè)器件入廠檢測、電路板維修場合,需要在測試成本和效果之間平衡,選擇測試部分參數(shù)(的產(chǎn)品)。
性能測試必須在規(guī)定的條件下測試參數(shù)是否達標。總是有人搞不清楚這一點。例如,某種國產(chǎn)測試儀自稱數(shù)字測試頻率達到2兆,“目前足以覆蓋高頻動態(tài)參數(shù)故障”——原文如此。要知道一般IC器件最高工作頻率都在數(shù)十兆以上,比2兆高很多倍。這種說法就好比把最高時速200公里的汽車,僅開到時速20公里,來檢查最高車速是否達標。常識告訴我們,如果開不到20公里,一定是其它問題,最不可能的反而是高速性能不達標。
還有人認為ASA曲線也能測試參數(shù)。理由是如果ASA曲線測試漏電嚴重,器件不能工作,一定有參數(shù)不達標。按照這種邏輯,可以證明人的眼睛有參數(shù)測試能力:看出器件被燒壞(發(fā)黑),不能工作,一定有參數(shù)問題,證畢。
2. 關(guān)于IC在線測試
- 在線測試:測試焊接在電路板上的器件;
- 離線測試:測試脫離了電路板的器件。
a.端口測試
前面講過,端口測試適用于各種IC的測試。從實施測試方面:
- 端口測試是逐管腳進行的,在沒有測試夾的情況下,可以用探棒、飛針進行測試,將逐漸成為唯一的在線測試方法;
- 目前沒有任何技術(shù)能夠隔離外電路對端口測試的影響,即使在同一塊電路板上的型號完全相同的器件,也必須分別建庫。
b.功能測試和性能測試
受器件功能是否已知、測試復雜性和測試成本的限制,目前在面向維修應用的測試儀器中,功能、性能測試范圍主要包括:邏輯器件(74、4000、26等系列為代表)、運放、電壓比較器、光電耦合器等。
目前沒有任何技術(shù)能夠在線測試IC性能是否達標。
對于邏輯器件和運算放大器,有一般性的在線功能測試的技術(shù)。限制功能測試使用、發(fā)展的主要是“測試夾”。功能測試是并行測試信號,必須通過“測試夾”,把被測器件的所有管腳都與測試通道相連接,才能進行測試。近年來,隨著器件封裝不斷細小化,嚴重缺乏適用的測試夾,使得在線測試越來越難有用武之地,把器件焊下來離線測試漸成主流。
外國人發(fā)明的:
- 后驅(qū)動技術(shù):一種硬件技術(shù),用來隔離與被測器件關(guān)聯(lián)的數(shù)字器件對測試的影響;
- 自適應技術(shù):一種軟件技術(shù),用來解決被測器件管腳被鎖定對測試的影響。
筆者發(fā)明的“等效隔離測試”專利技術(shù)。
詳細討論這些技術(shù)超出本文范圍。有興趣者可索閱相關(guān)資料。
3. IC器件測試與電路維修測試儀
a. 端口測試
端口測試使用測試儀的模擬通道。模擬通道越多,一次測試能夠測試的引腳越多,除此之外,不再有別的限制。在以下場合進行端口測試時用到模擬通道:
- 測試夾在線測試IC。超過40腳的測試夾很少好用,所以,40個通道足以;
- 測試座離線測試IC。通道數(shù)最好多于要測試的IC的腳數(shù);
- 定制轉(zhuǎn)接板通過電路板外接插件快速測試板上接口器件。通道數(shù)最好多于電路板插件腳數(shù)。
注意端口測試是不加電的。在不加電的情況下,IC可看成一堆PN結(jié)的串并聯(lián)。用幾赫茲、幾百赫茲、還是幾兆赫茲的ASA曲線測試差別不大。實際測試時較高頻率下曲線的變化是由于測試通道的分布參數(shù)造成的,與器件沒什么關(guān)系
。
離線測試時,頻率低影響測試效率,頻率高增加實現(xiàn)成本、難度。
在線測試時,要考慮到關(guān)聯(lián)的電容、電感(頻率相關(guān)),頻率過高或過低時不能得到有意義曲線。
綜上所述,模擬頻率一般在十赫茲到數(shù)百赫茲之間即可。除非有其它用途,否則超出這個范圍沒有實用價值。
端口測試的幅度最好處于略大于實際工作電壓,小于它的最大工作電壓之間,所以信號幅度有以下幾檔可滿足一般要求:4V/7V/15V/28V。
《匯能》電路維修測試儀有256個檔,是為了滿足在線測試RCL、IC參數(shù)測試要求。
b. 數(shù)字器件功能測試
首先,數(shù)字通道數(shù)必須多于被測器件管腳數(shù),其次,器件功能必須是已知的、可描述的,兩者缺一不可。從當前實際情況來看,超過40腳的器件基本屬于專用器件、可編程器件,很難搞清楚器件功能;即使有說明,也會因為過于復雜,無法描述而無法測試。
上述情況是《匯能》電路維修測試儀停產(chǎn)80數(shù)字通道的型號的原因。
當前市場上的電路維修測試儀的結(jié)構(gòu)、所用的測試電纜、使用方式等決定了它是一種低頻儀器。當測試頻率遠低于器件最高工作頻率時,測試頻率與測試結(jié)果無關(guān)。這里唯一需要考慮測試頻率的,是邏輯器件在線功能測試。后驅(qū)動隔離技術(shù)限制測試時間不得超過20ms,測試頻率越高,在一定時間內(nèi)執(zhí)行的測試代碼就越多,能夠測試越復雜的器件。例如,測試一個雙輸入與非門,需要4拍。假如測試頻率1K,最多可執(zhí)行20拍測試,10K就能測試200拍。最高幾十K即可滿足功能測試的需要。
在實際測試時,測試代碼中的0和1被轉(zhuǎn)換成具體電壓值。這個電壓值與數(shù)字器件的工作電壓相關(guān)。對于5V TTL系列,0定義為大于0V小于0.8V的電平;1定義為大于2.4V小于5V的電平。類似的,有5V CMOS系列、12V 系列、3V系列、EIA(±12V)系列,各自有相應的信號電平標準。
1)5V通道
通道輸出、接受的數(shù)字信號電平范圍,滿足5V TTL和5V CMOS的標準,不能改變。例如《匯能》測試儀的HN1600系列,以及市面上大多數(shù)的其它電路維修測試儀。這當然是因為這類器件應用最為廣泛;
2)全電平通道
指通道輸入、輸出信號電平可以設置,能夠支持各種電平系列標準的數(shù)字通道;例如《匯能》測試儀的HN2600系列,電平范圍可設置為滿足測試3.3V系列至±12V系列的標準 ;
3)組合通道
由于全電平通道比較復雜,固定電平通道相對簡單,可以把多種固定電平通道組合使用。
例如某國產(chǎn)測試儀有80路5V通道,20路12V通道。為了加以區(qū)別,把12V通道稱作“高壓”通道。
c. 性能測試
器件的性能參數(shù)通常分為兩類:靜態(tài)參數(shù)(或直流參數(shù))——與時間無關(guān)的參數(shù);動態(tài)參數(shù)(或交流參數(shù))——時間相關(guān)的參數(shù)。限于測試成本、技術(shù)難度和應用特點,筆者尚未見到適用于維修場合的、具有測試器件動態(tài)參數(shù)的測試儀。
直流參數(shù)包含了功能測試,在對測試儀硬件要求方面,除了與功能測試相同的部分外,還需要較高的測試精度。例如,《匯能》模擬測試信號幅度多達256個、可以動態(tài)構(gòu)成恒壓源、恒流源;測試電流跨度從±3微安至±150mA、恒壓輸出從±3mV至±12V等等,都是為測試器件直流參數(shù)的。
4. 匯能電路維修測試系統(tǒng)Ver6.0 的 hFT測試
hFT 測試包括:端口ASA測試、功能測試、主要直流參數(shù)測試。根據(jù)條件具體選用。
端口ASA測試建庫對所有IC都是一樣的,并且十分簡單,一分鐘就能掌握建庫操作;只要測試儀的通道數(shù)多于器件的管腳數(shù)、并且有好器件就能建庫。本文不再介紹。
功能建庫相對性能建庫簡單很多。可以先建功能測試庫用于眼下測試,有機會再完善性能測試庫。
IC的功能、性能庫分類、子類建立,建庫前先要確定IC類別、子類。下面介紹目前已經(jīng)完成的類別。
a.光耦器件
光耦器件按照電路結(jié)構(gòu)劃分子類。目前已經(jīng)完成了6個子類。
1)PC817類
只要光耦的電路結(jié)構(gòu)與下圖相同,即歸入此類。分類與一個封裝中有多少個同結(jié)構(gòu)光耦無關(guān)。 下同。

只需給出下面參數(shù)。具體數(shù)值隨器件型號不同。
需給出下面參數(shù)。具體數(shù)值隨器件型號不同。
@:測試條件;典型:平均取值;最大/最。鹤顗那闆r。下同。
2)4N35類
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功能庫參數(shù)
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性能庫參數(shù)。在PC817類參數(shù)上增加了:
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3)HCPL4504類
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功能參數(shù)
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性能參數(shù)。在PC817基礎上增加:
輸出低電源電流Iccl:輸出高電源電流Icch: 測試CTR增加電源條件:
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4)HCPL2503類
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功能參數(shù)
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性能參數(shù): 等于HCPL4504和4N35的合并
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5)HCPL M456類
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功能參數(shù):
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性能參數(shù):輸出端有:
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6)HCPL2201類
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功能參數(shù):
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性能參數(shù):輸出端有:

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b.運算放大器
目前只能測試電壓型運算放大器。分為單電源、雙電源兩類。
1)單電源類
2)雙電源類
c.邏輯器件
邏輯器件按照生產(chǎn)工藝分類。各類的功能描述部分是一樣的。
下面通過7403的邏輯功能描述說明一下格式。7403是一個集電極開路輸出四雙輸入與非門。邏輯圖如下和功能描述如下:
a)首先,給管腳換名便于后面引用。這項完成在左邊一列。
b)看中間一列,從第一行開始:
行1:說明共有8個輸入腳;
行2:說明共有4個輸出腳;
行3:說明4個集電極開路腳;
從第4行開始,是從真值表得到的測試代碼。為了閱讀方便,一個門寫在一組。仔細檢查,每個門的測試代碼都一樣,都滿足一個輸入為0,輸出為高;都為1,輸出為低。
//:注釋行
Iccl:7,Icch:1: 在第一拍測試輸出低時的電源電流;第7拍測輸出高時的電源電流。0拍表示不測試電源電流。
c)右邊一列中,若為要求測試電源電流,不用輸入電流值。其它很清楚。不再說明。
1)TTL系列

2)4000系列
3)HC(T)系列
4)AC(T)系列
d.模擬電壓比較器
已經(jīng)實現(xiàn)了LM393型功能測試。其它類型正在擴充之中。
功能參數(shù):
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