PCB電路板測(cè)試儀功能及應(yīng)用

一、PCB電路板測(cè)試儀主要功能

　　數(shù)字芯片的功能測(cè)試測(cè)試的基本原理是檢測(cè)并記錄芯片的輸入/輸出狀態(tài)，將其記錄的狀態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)真值表進(jìn)行比較，從而判斷被測(cè)芯片功能是否正確。

　　測(cè)試儀采用電路在線測(cè)試技術(shù)，可以用來(lái)在線或離線測(cè)試分析各種中小規(guī)模集成電路芯片的常見(jiàn)故障，測(cè)試模擬、數(shù)字器件的V/I特性。

　　數(shù)字芯片的狀態(tài)測(cè)試電路板上每個(gè)數(shù)字器件，在加電后都有三種狀態(tài)特征：各管腳的邏輯狀態(tài)(電源、地、高阻、信號(hào)等)、管腳之間的連接關(guān)系、輸入輸出之間的邏輯關(guān)系。當(dāng)器件發(fā)生故障后，其狀態(tài)特征一般都要發(fā)生變化。測(cè)試儀能夠把好電路板上的各IC器件的狀態(tài)特征提取出來(lái)，存入計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后與同類(lèi)有故障的電路板進(jìn)行比較，從而準(zhǔn)確地找出故障部位。

　　VI特性測(cè)試分析該項(xiàng)測(cè)試功能建立在模擬特征分析技術(shù)基礎(chǔ)上，可用于模擬、數(shù)字、專(zhuān)用器件、可編程器件以及大規(guī)模、超大規(guī)模器件的測(cè)試。測(cè)試儀通過(guò)測(cè)試探棒或測(cè)試夾自動(dòng)把被測(cè)點(diǎn)的特征曲線提取出來(lái)，顯示在微機(jī)屏幕上，最后存入計(jì)算機(jī)。進(jìn)特故障診斷時(shí)，將實(shí)測(cè)到的VI曲線與事先存貯的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行比較，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)故障。

　　節(jié)點(diǎn)電壓測(cè)試由于測(cè)試儀測(cè)試對(duì)象不僅包括數(shù)字電路器件，也包括大量的模擬電路器件，為進(jìn)一步提高測(cè)試儀的適用范圍，在測(cè)試儀中采用了節(jié)點(diǎn)電壓測(cè)試技術(shù)。通過(guò)對(duì)被測(cè)對(duì)象施加工作電壓，由計(jì)算機(jī)讀取測(cè)試節(jié)點(diǎn)的電壓響應(yīng)值，并建立標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信息庫(kù)，供操作人員分析和判斷故障部位。

　　其它功能測(cè)試儀除以上主要功能外，還具備電子手冊(cè)、測(cè)試開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)自檢等輔助測(cè)試功能。

　　二、測(cè)試儀組成

　　1、硬件模塊

　　測(cè)試儀由便攜式計(jì)算機(jī)、單片機(jī)測(cè)試平臺(tái)及測(cè)試分析處理軟件構(gòu)成。其中單片機(jī)測(cè)試平臺(tái)在計(jì)算機(jī)控制下完成被測(cè)對(duì)象數(shù)據(jù)的采集。各部分功能及說(shuō)明如下：

　　單片機(jī)電路主要完成數(shù)據(jù)采集、控制、命令處理，與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在測(cè)試儀設(shè)計(jì)中采用了MCS-51系列8031單片機(jī)，選用2764作為擴(kuò)展ROM，6264作為擴(kuò)展RAM。譯碼芯片電路為74LS138。為與計(jì)算機(jī)進(jìn)行串行通信，采用MCl488和MC1489進(jìn)行RS-232C電平與TTL電平的相互轉(zhuǎn)換。單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率選用6MHz晶振，通信波特率選用2400，單片機(jī)采用工作方式3進(jìn)行串行通信。定時(shí)器T1設(shè)置為方式2。設(shè)定SMOD=1，時(shí)間常數(shù)F3H。

　　總線驅(qū)動(dòng)器對(duì)單片機(jī)總線進(jìn)行擴(kuò)展，提高其驅(qū)動(dòng)能力，選用74LS244、74LS245線驅(qū)動(dòng)器。

　　驅(qū)動(dòng)控制電路主要完成測(cè)試過(guò)程中TTL、CMOS測(cè)試門(mén)限的控制，選用4重SPST(單刀單擲)DG211模擬開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)控制由譯碼電路及74LS373鎖存器完了成。為保證DG211開(kāi)機(jī)時(shí)處于常開(kāi)(OFF)狀態(tài)，控制線增加上拉電阻(10kΩ)。測(cè)試驅(qū)動(dòng)電路為被測(cè)芯片施加測(cè)試輸入信號(hào)，采用微型繼電器進(jìn)行輸入信號(hào)控制，測(cè)試信號(hào)由數(shù)據(jù)緩沖器74ACT244產(chǎn)生。為保證輸入電流達(dá)到設(shè)計(jì)要求，采用4路并聯(lián)方式。為防止損壞器件，增加LC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大電流緩沖，并設(shè)計(jì)二極管保護(hù)電路。

　　數(shù)據(jù)采集電路讀取被測(cè)芯片輸出響應(yīng)，采用雙電壓比較器LM393進(jìn)行輸出信號(hào)控制。它的功耗低，比較精度高，并且可與TTL邏輯相兼容。LM393輸出與74LS373數(shù)據(jù)鎖存器相聯(lián)，由單片機(jī)控制讀入比較數(shù)據(jù)。

　　電壓驅(qū)動(dòng)D/A電路完成VI測(cè)試過(guò)程中階梯電壓的輸出。采用8位并行D/A轉(zhuǎn)換器MC1408。芯片電源電壓為+5V，-12V兩種。參考電壓由恒流穩(wěn)壓源TL431提供。輸出選擇雙極性輸出，由兩級(jí)放大電路LM348完成。

　　電流變換采集A/D電路實(shí)施測(cè)試點(diǎn)電流數(shù)據(jù)的采集。電路中采用負(fù)載電阻及差分放大電路LM343對(duì)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行電壓跟隨，將測(cè)試點(diǎn)的電流值轉(zhuǎn)換為A/D變換電路可以處理的電壓量。選用AD7574八位逐次比較式高速A/D變換電路。轉(zhuǎn)換時(shí)間為15μS，單+5V電源供電。參考電壓選用VREF=-8V。輸入電壓范圍為0~+|VREF|。程序控制芯片RD端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖就可啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。

　　2、軟件模塊

　　測(cè)試儀由便攜式主控計(jì)算機(jī)通過(guò)串行口進(jìn)行控制，單片機(jī)測(cè)試平臺(tái)完成激勵(lì)控制、數(shù)據(jù)采集等工作，所有數(shù)據(jù)分析處理及命令控制由便攜式主計(jì)算機(jī)完成。整套測(cè)試軟件由主控軟件、數(shù)據(jù)通信軟件、離線測(cè)試軟件、在線功能測(cè)試軟件、在線狀態(tài)測(cè)試軟件、VI特性測(cè)試軟件、節(jié)點(diǎn)電壓測(cè)試軟件、電子手冊(cè)、測(cè)試開(kāi)發(fā)軟件、系統(tǒng)自檢軟件等幾個(gè)主要模塊組成。

　　三、電路在線測(cè)試技術(shù)

　　為了確保對(duì)電路板上的器件進(jìn)行功能測(cè)試，就必須強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)器件的邏輯電平，各腳驅(qū)動(dòng)器必須能夠吸收或輸出足夠的電流。根據(jù)國(guó)際防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)文件(00-53/1)所推薦的后驅(qū)動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試儀的最大驅(qū)動(dòng)電流被設(shè)計(jì)為240mA，測(cè)試時(shí)間在200ms以內(nèi)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，基本能夠較好地對(duì)被測(cè)器件進(jìn)行隔離，同時(shí)也確保了被測(cè)器件的安全性。

　　1、在線測(cè)試原理

　　在線測(cè)試的基本原理是測(cè)試儀為印制電路板上的被測(cè)芯片提供輸入激勵(lì)，同時(shí)在計(jì)算機(jī)控制下自動(dòng)采集記錄被測(cè)芯片的輸出響應(yīng)和狀態(tài)值，通過(guò)計(jì)算機(jī)將其記錄的所有狀態(tài)值與標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)真值表比較，從而判斷被測(cè)對(duì)象的故障情況。

　　2、后驅(qū)動(dòng)測(cè)試技術(shù)

　　后驅(qū)動(dòng)測(cè)試技術(shù)主要用于數(shù)字電路的在線測(cè)試。其實(shí)質(zhì)是在被測(cè)器件的輸入級(jí)(前級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片的輸出級(jí))灌入或拉出瞬態(tài)大電流，迫使其電位按要求變高或變低，達(dá)到對(duì)被測(cè)器件在線施加測(cè)試激勵(lì)的目的。