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            技術交流
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            _________________________________________________________________ 專 題 討 論 _______________________________________________________________

            電路維修測試儀硬件與測試功能

            韓熔

             

            不同型號的電路維修測試儀硬件會有所差異——電路規模、主要技術指標等等。如果不了解這些差異如何影響測試功能,難免在選型時感到困惑。本文僅討論電路維修測試儀各硬件組成部分對主要測試功能的影響,可一定程度作為選型參考。


            1.模擬通道


            a. 模擬通道的數量


            ASA(VI)曲線測試時,模擬通道負責把模擬測試信號送到器件不同管腳,從而支持使用測試夾、測試適配器,在數秒、數十秒鐘內測試成百上千條曲線,大大提高測試效率。沒有模擬通道的測試儀,只能用探棒逐腳測試。
            模擬通道主要用于以下場合:

            1. 在線測試(電路板上)IC的管腳ASA曲線。在線測試需要使用測試夾連接測試通道與器件管腳。主要因為缺乏適當的測試夾,40個通道即可;
            2. 離線測試(脫離電路板的)IC的管腳ASA曲線(有人叫做疑難器件測試)。通道數需不小于最大器件管腳數;
            3. 通過電路板外接插件,快速測試電路板上接口器件的ASA曲線。通道數最好多于電路板插件腳數。

             

            b.模擬通道屬性

             

            目前的匯能電路維修測試儀有單屬性、雙屬性兩種。需要使用雙屬性通道的場合:

            1. 支持ASA曲線的“多端口”測試方式。也叫做“矩陣式”、“交叉管腳”、“轉移參考點”測試方式;
            2. 支持ASA曲線測試中的“動態參考”(匯能專有技術。正在申請發明專利);
            3. 支持“軟件設置參考腳”。
            4. 支持IC“疑似故障度”技術(正在申請發明專利)。

             

            c.模擬通道電壓范圍

            1. 測試IC的管腳ASA曲線時,幅度通常在大于實際工作電壓,小于最大額定電壓之間,所以最大15V可滿足絕大部分要求;
            2. 測試模擬IC功能,數字/模擬IC參數時,可能會需要更寬的電壓范圍。

             

            2.模擬信號發生


            a. 信號幅度和電壓分檔


            測試ASA曲線時,幅度和電壓分檔滿足測試3V、5V、12V的電壓系列器件的要求即可!秴R能》電路在線維修測試儀測試儀有256個檔,是為了滿足IC參數測試、在線測試RCL等的要求。

             

            b.模擬信號頻率

            測試ASA曲線時電路板不加電。不加電的情況下,IC就是一堆PN結的串并聯,所以電路結點僅由PN結、電阻、電容、電感組成。PN結的VI關系為 ,與頻率無關;電容、電感是頻率相關的,使用表明,頻率在1Hz到數百Hz即可滿足ASA曲線測試的要求。最常用的在數十到一、兩百赫茲。
            其它類型測試或許需要更高的頻率。但這種電路維修測試儀使用的萬用表探棒、普通扁平電纜等低頻測試工具,限制了它支持較高(例如上兆)測試頻率。

             

            3.精密直流參數測試電路


            直流參數測試對維修中常碰到的拆機件、水貨等,有更好的檢測效果。該電路專門用于支持IC直流參數測試。目前僅《匯能》電路維修測試系統 Ver6.0(升級前為3.0)系列包括的測試儀具有這部分硬件。


            《匯能》電路維修測試儀的精密直流測試單元能夠處理毫伏級電壓、微安級電流,通過模擬通道施加在被測器件管腳上,實現參數測試。
            ASA(VI)曲線測試不需要這部分硬件,但是ASA曲線不能檢測器件參數。這一點其實不難理解:器件參數只有在加電時才存在,而ASA測試不加電,你無法測試不存在的東西。例如器件的負載能力大小,僅僅通過ASA測試,檢測輸出晶體管的PN結特征曲線形狀是看不出來的。只有給器件加電,讓器件實際驅動負載才行。我們將專文討論這個問題。

             


            4. 數字通道


            數字通道主要用于支持數字器件功能測試,僅處理高、低電平(對應于邏輯1、邏輯0),一般還具有高阻態。


            a. 數字通道電壓范圍


            在實際測試時,測試代碼中的0和1被轉換成具體電壓值。這個電壓值與數字器件的工作電壓相關。對于5V TTL系列,0定義為大于0V小于0.8V的電壓;1定義為大于2.4V小于5V的電壓。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壓標準。


            1)5V通道
            通道輸出、輸入的高低電壓范圍,滿足5V TTL和5V CMOS的標準。例如《匯能》測試儀的HN1600系列,以及市面上大多數的其它電路維修測試儀;

            2)全電平通道
            指通道高低電壓范圍可以設置,能夠支持測試各種電壓系列標準。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,有的測試儀把多種固定電平通道組裝在一起,切換使用。這樣雖然增加了硬件規模,但設計上較為簡單。例如,40個5V通道和40個12V通道組合在一起,可測試最多40腳的5V和12V器件。

            b. 數字通道數


            現在的《匯能》電路維修測試儀都是40個通道。以前有80個通道的,后來停產了。原因何在呢?下面的討論也回答了這個問題。
            實現數字器件功能測試要求滿足三個條件:

            1. 通道數不少于被測器件管腳數;
            2. 器件功能必須是已知的
            3. 器件功能必須是可(有效)描述的。

            數字器件種類很多,主要限于條件2、3,僅在邏輯器件(以74、4000等系列為代表)上應用較為成功。邏輯器件(74系列)中有極少數超過40腳的型號。不過隨著IC發展,電路板上的邏輯器件所占比例已經不大,超過40腳的型號更是罕見,基本不用考慮。


            另一個稱為“LSI器件測試功能”也用到數字通道。該功能是《匯能》電路維修測試儀于上世紀90 年代率先實現的,主要測試Z80、6502、8255等CPU及相關外圍器件(上世紀70、80年代非常流行,絕大多數40腳以下,但有超過40腳的封裝)。主要是限于條件3,效果不夠好,隨著Z80等器件逐步被淘汰,在最新的測試系統中,已經放棄了這一測試功能。


            以上說明《匯能》電路電路維修測試儀設置40個數字通道的考慮。不過仍有人認為應該設置更多數字通道,并列舉了一些超過40腳器件,仔細看一下,還是那些早期的、很少見的邏輯器件,以及早已退出應用的LSI器件。這說明該項測試沒什么發展,還停留在當年水平,時至今日,更加缺乏實用價值,基本不用考慮。
            對于組合通道結構,有兩種計算通道總數的辦法。例如,20個12V通道(稱為高壓通道),40個5V通道。因為可測器件最大腳數仍為40,總計仍為40個通道;總計為60個通道也有道理。僅僅是計算著眼點不同。從支持測試功能來看,差于40個全電平通道。


            c. 數字通道頻率


            這是一個本來無需多說,現在卻有必要澄清一下的問題。


            測試器件功能好壞時,測試頻率與器件工作頻率無關。這種技術觀點近幾年受到挑戰:有人斷言以2000K(2兆)的測試頻率進行功能測試,就 “足以覆蓋高頻動態參數故障”。


            這是不可能的。


            如果2兆頻率足以覆蓋高頻動態故障,2兆以上的測試儀將沒有存在價值。但是,美國施倫伯杰的20兆,英國Diagnosis的10兆,至今仍然位居市場最高端。
            數字器件的頻率范圍,最小也從0到幾十兆,區區2兆僅為幾十分之一,如何測得出器件的高頻故障?舉個例子:假定一輛車的最高時速為200公里,若以時速2公里、20公里行駛,不可能發現與最高車速相關的性能問題;類似地,用2兆測試頻率,檢測不出來最高工作頻率達數十兆器件的高頻動態參數故障。
            該挑戰給出這種實驗來證明自己:檢測一個器件,0.5兆測試頻率正常、1兆正常、1.5兆失敗,由此得出結論:僅僅提高測試頻率導致測試失敗,所以測試出了該器件的“高頻動態參數故障”。


            注意,舉例器件的最高工作頻率在40兆以上。還以汽車為例。時速200公里的汽車,能跑時速10公里,跑不到時速20公里,這種情況下,有可能是道路問題、輪胎沒氣了等等任何問題,不可能是最高車速問題,借此類推,幾十兆的器件通不過1.5兆、2兆的測試,問題應該在測試儀上。事實確實如此。測試通道的分布參數較大,分布參數構成被測器件的負載,這個負載會隨著提高測試頻率而加重,最終由于器件負載能力不足導致測試失敗,和最高工作頻率無關。
            既然頻率與器件功能測試無關,為什么會有數字測試頻率這個參數?


            數字器件在線功能測試必須使用“后驅動”隔離技術,該技術限制測試時間不得超過26毫秒。假如測試頻率1K,26毫秒最多可執行26條測試;10K就能測試260條測試。測試頻率越高,可執行的測試代碼就越多,就能夠測試越復雜的器件。就邏輯器件來說,幾十K測試頻率即可滿足功能測試的需要。

             


            5. 輸出電源


            這一部分在測試儀上占據的體積大、但成本最低。它只負責向被測試的電路板、器件提供工作電源。主要提供工作上的方便?梢杂猛饨与娫刺娲。
            由于目前的國產電路在線維修測試儀大都使用外購的普通的開關電源,品質接近。差別在于提供電源的種類多少、電流大小。

             
             
             

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