数字电路板自动测试与故障诊断初探10081.docx

初探路板板自动测测试与故故障诊断断栗东晓（黄淮学学院电子子科学与与工程系系应用电电子044班）摘要：本本文介绍绍了数字字电路板板的自动动测试与与故障诊诊断需求求，故障障类型与与产生的的原因，故故障诊断断技术与与设备简简介，自自动测试试与故障障诊断平平台的设设计，开开发数字字电路板板的自动动测试与与故障诊诊断程序序的主要要步骤。关键词：数字电电路；故障诊诊断；自动测测试； VXXI总线一、引言言现代半导导体集成成电路的的高速发发展，同同时也推推动了电电子应用技术术的高速速发展，数数字电路路板采用用多种专专用电子子器件设设计，其其电路结结构复杂杂、功能能强大，电电路板尺尺寸小、器件密密度高、时钟和和数传速速度快等等特点；这些特特点使电电子设备备越来越越复杂，增增大了数数字电路路板的自自动测试试与故障障诊断难难度。武武器装备备的电子子设备必必须进行行维修，维维修的关关键一步步是对电电子设备备的电路路板进行行自动测测试与故故障诊断断，并且且要求故故障隔离离到元器器件才能能实现电电路板的的修复。传统的的仪器与与仪表设设备及测测试手段段与方法法已不能能满足现现代数字字电路板板的自动动测试与与故障诊诊断，适适应现代代数字电电路板的的故障检检测设备备必须采采用先进进的自动动测试与与故障诊诊断设备备和技术术，这种种设备就就是自动测试设设备（ATEE/ATTS），它它是以计计算机软软、硬件件技术为为核心，通通过总线线控制仪仪器的激激励与控控制，实实时、快快速、精精确地采采集和处处理数据据信息，实实现数字字电路板板的故障障隔离到到元器件件。二、测试试与故障障诊断需需求针对×××型号维维修工程程任务需需要，以以该型号号数字电电路板的的设计特特点与技技术状态态为背景景资料，提提出研制制自动测测试与故故障诊断断系统（简简称系统统），该该系统是是对××型号的的电子设设备（简简称某设设备）的的基层级级送来修修理的电电子外场场可更换换单元（LRU）进行维修的技术保障性设备，LRU主要是数字电路印制板（以下统称PCB）。系统的主要任务是完成对某型号电子设备的PCB进行自动测试、故障检测和分析、故障隔离到元器件，为维修PCB提供故障元器件的具体部位。该型号电子设备的PCB不仅数量和种类多而且电路结构和机械结构相当复杂， PCB尺寸及印制线路层多样化，PCB所采用的元器件包含了小、中、大、超大规模的各式各样的集成电路芯片，集成电路的外型尺寸和引线结构也具有多种标准和非标准。这种没有经过技术规范的测试性设计的PCB，给自动测试与故障诊断工作带来了极大的困难。1.维修修测试a.对送送修的PCB测试，确确认是否否有故障障；b.检测测故障的的PCBB，故障障隔离到到元器件件；c.对已已修复的的PCB测试，确确认是否否已修复复；d.对PPCB预防性性维修的的技术参参数测试试；e.对正正常工作作的PCB测试，提提取样本本数据。2. 其其它目的的测试a. 用用于拉偏偏PCB的工作作电源或或某些技技术参数数，测定定PCB稳定工工作范围围；b. 用用于PCB设计验验证和调调试的测测试；c. 用用于PCB生产检检验的测测试。3 .技技术指标标要求a.故障障检测率率：不小小于98%；b.故障障隔离深深度：元元器件或或组件；c.故障障隔离率率：不小小于95%；d.虚警警率：小小于或等等于2%；e.自动动测试与与故障诊诊断一个个单元电电路（对对单元电电路完成成一次激励励与响应应及分析析时间）平平均时间间：小于于1minn；f.定位位到元器器件或模模块的平平均时间间：小于于20 mmin。三、数字字电路故故障类型型与产生生的原因因1 . 数字电电路板的的故障类类型a. 故故障类型型:故障类类型分内内部故障障和外部部故障两两种类型型，内部部故障是是指发生生在集成成电路器器件内部部的故障障，外部部故障是是指发生生在电路路器件连连线之间间的外部部故障；b.逻辑辑故障:电路中中某节点点的逻辑辑值与规规定的逻逻辑值相相反，该该故障为为逻辑故故障；c.非逻逻辑故障障:除逻辑辑故障以以外的所所有故障障都是非非逻辑故故障；d.局部部故障与与分布故故障:故障对对电路的的影响范范围的大小小可分为为局部故故障和分分布故障障；e.永久久性故障障和暂时时性故障障:按故障障存在的的持续时时间来划划分，该该故障分分为永久久性故障障和暂时时性故障障,暂时性性故障可可重复测测试性能能差，电电路工作作不稳定定，检测测故障较较困难； f.固固定故障障: 电路路中某节节点的逻逻辑电平平始终保保持为固固定电平平，该故故障为固固定故障障；g.固定定开路故故障: 电路中中某输出出端点始始终保持持高阻状状态，该该故障为为固定开开路故障障；h.桥接接故障：桥接故故障是由由于某种种外部原原因造成成的故障障，在电电路中两两根或多多根信号号线无意意中搭接接在一起起所形成成的短路路故障；i. 集集成电路路的软故故障:由于芯芯片的半半导体质质量、时时钟速度度、驱动动能力、抗干扰扰能力、热稳定定性能、匹配能能力等技技术参数数变坏造造成的故故障，该该故障主主要体现现在电路路工作不不稳定，时时好时坏坏，通过过改变PCB的工作作电源或或工作环环境温度度进行检检查，一一般可以以确定故故障发生生的部位位； j.集集成电路路的内部部故障:由于外外部电路路或外界界环境因因素造成成的电路路芯片内内部的击击穿、I/O引线的的开路或或短路等等永久性性故障，该该故障一一般发生生在集成成电路的的I/O端口。2 . 引起数字字电路故故障的原原因a.由设设计质量量因素引引起的故故障。如如电源滤滤波、布布线、时时钟速度度配合、毛刺、竞争冒冒险等；b.由制制造、原原材料质质量及生生产工艺艺等因素素引起的的故障。如精度度、劣质质器件、焊接等等；c.由工工作环境境条件或或外部电电路因素素引起的的故障。如温度度、湿度度、强电电、磁场场、射线线等。四、故障障诊断设设备与技技术简介介现代电子子技术高高速发展展，军用用武器装装备的电电子设备备板级维维修测试试技术也也不断得得到发展展，二十十世纪60年代仅仅仅是应应用简单单的数字字测试仪仪，70年代是是应用总总线仿真真器固定定电平测测试，80年代是是应用数数字发生生器实现现静态逻逻辑测试试，90年代是是应用动动态性能能数字测测试系统统实现动动态模拟拟仿真测测试，这这也是目目前普遍遍采用的的方法。1 .故故障诊断断设备与与检测方方法应用于维维修系统统的故障障诊断设设备与检检测方法法概述如如下：a. 传传统测试试：用万万用表、脉冲信信号源、示波器器等传统统测试仪仪器组成成专用测测试设备备；配置置专用测测试工作作台、测测试接口口；操作作者利用用电路图图，调试试细则，人人工检测测；该设设备与方方法适用用于所有有PCB的人工工故障检检测，但但不适宜宜军用PCB的集中中自动测测试与故故障检测测。b. 在在线测试试：用专专用在线线测试仪仪器；配配置通用用测试工工作台、通用测测试夹具具；利用用事先建建立的样样本数据据；人工工故障检检测；适适用于民民用PCB的故障障检测，不不适宜军军用PCB的维修测试试。c. 针针床或飞飞针测试试：用针针床或飞飞针专用用测试设设备；PCB裸板的的短路或或断路测试；自动测测试与故故障检测测；适用用于PCB裸板生生产或大大批量PCB的生产产质量检检验测试试。d. 射射线测试试：用专专用射线线测试设设备；适适用于PCB与器件件内部的的物理故故障检测测。e. 自自动测试试系统或或设备（ATSS/ATTE）：用用计算机机、测控控仪器组组成的自自动测试试系统；配置通通用测试试接口、专用适适配器、专用测测试程序序；自动动/半自动动仿真测测试；适适用于军军用维修修工程的的PCBB故障检检测。2 . 自动测测试工作作原理ATS通通过计算算机执行行测试程程序，控控制测控控仪器模模拟PCB在实际际工作环环境的条条件下，通通过PCB边沿插插脚加入入激励（逻逻辑信号号、状态态信号、电压信信号等）信号，同同时通过过PCB边沿插插脚接收收响应信信号并进进行分析析和处理理，验证证输入与与输出功功能是否否符合要要求。五、自动动测试与与故障诊诊断平台台的设计计1 . 自动测测试平台台的设计计原则与与思想根据某设设备是现现代先进进的和复复杂的电电子设备备，该设设备所应应用PCB的数量量、种类类、复杂杂性和维维修的环环境条件件，有限限的经费费能配置置的测试试设备，能能达到的的测量精精度，国国内维修修技术发发展的现现状和趋趋势，维维修技术术的实现现和技术术的可持持续性，效效费比高高的现实实与特点点，确定定以下设设计思想想与设计计原则：a. 技技术指标标要求：满足某某设备维维修任务务；b.实用用性和通通用性：测试平平台能覆覆盖某设设备PCB的测试试任务并并具备通通用性，c. 先先进性：要达到到或接近近目前国国内通用用的ATTS水平平；d.简单单性：在在满足功功能要求求，軟、硬件设设计，以以及操作作、使用用和维修修简单，容容易编程程和开发发，具备备自检测测试功能能；e. 标标准化、技术成成熟性：采用标标准化的的测控仪仪器、有有关产品品、接口口（VXI、IEEEE4888）、机机柜。采采用标准准的软、硬件设设计技术术规范，测测试系统统易于集集成，程程序易于于生成和和开发，有有充足的的技术保保障，有有持续技技术和产产品升级级的支持持；f.扩展展性：系系统软、硬件设设计采用用嵌入式式和开放放式的结结构设计计，随着着故障诊诊断技术术的发展展，测试试要求的的变化，ATS硬件和软件易于扩展和升级更新，能够扩展更多功能，能够适应被测单元的改变；g.其它它问题：可靠性性高，维维修性好好，电磁磁兼容性性好，费费比高等等。实现平台台的硬件件设计 2 .平台的的硬件设设计平台硬件件如图1所示。平台采采用了嵌嵌入式计计算机总总线控制制方式。平台硬硬件由以以下设备备组成：HPE884088A，VXI总线，C尺寸，4插槽机机箱；嵌嵌入式计计算机； SRR1922 VXXI总线数数字测试试系统；AT880000A可编程直直流电源源；测试试适配接接口等。SR1192数字测测试系统统提供平平台的激激励、测测量、通通道切换换；计算算机是平平台的核核心，完完成平台台自检、测试流流程和数数据采集集及数据据处理等等功能。嵌入式计计算机HPE998511A嵌入式式计算机机是美国国Agillentt 公司司产品，其其特点如如下：CC尺寸，2个 VXXI总线插插槽； Peentiium-, CPPU时钟：7000MHzz；硬盘盘：6GB；内存存容量：1288MB；软盘盘驱动器器：1.444 MMB (3.55")；标准接接口： SCCSI-3（APG）接口口，2个RS2232串行口口，1个并行行口，2个USB接口，IEEEE4888，SVGGA接口，10/1000 Baase Ethhernnet接接口；支支持多种种分辩率率的外接接显示器器等。数字测试试系统SR1992数字测测试系统统是美国国tallon 公司产产品，其其特点如如下： C尺寸寸，2个 VXXI总线插插槽；双双向数字字IO，192通道；每通道道1288K存储深深度；可可编程时时钟源，最最大可达达50MHHz时钟钟速率；输入通通道电压压为-5V+7V；智能(Wiizarrd)探头或或自动智智能探针针装置等等。5.33 平台台的软件件设计3. 基基本要求求系统软件件，集成成软件，测测试应用用软件，要要求软件件设计与与程序编编写要符符合VISSA规范，采采用标准准化，模模块化设设计，保保证软件件的易用用性、实实时性、通用性性、可移移植性、可维护护性、可可测试性性、可扩扩展性、可靠性性、全中中文化视窗操操作界面面以及人人机界面面自然美美观等特特点。SR1992数字测测试系统统VXII pllug&& pllay 驱动软软件与WINN95、WINN98、WINN NTT兼容，驱驱动软件件包括交交互式的的界面，用用户可以以应用SR1192的所有有功能。SR1992数字测测试系统统的支持持软件包包括开发发系统、仿真输输入工具具（IEEEEP114455）、测测试应用用开发、故障隔隔离工具具、自动动探针等等软件。4. 主主程序流流程主程序执执行简化化流程如如图2所示。安全保保证检查查：进入入测试程程序前进进行必须须的安全全检查，确确保被测测PCB，适配配接口，测测试程序序准确无无误，保保证设备备的安全全；N+1项测试、初始条条件：我我们把PCB分为N项测试试，每一一项测试试作为一一组激励励，每一一项测试试的输出出作为一一组向应应；测试试、故障障分析、过程提提示：在在测试PCB虚拟仪仪器面板板上提示示测试进进程或测测试结果果，报告告测试与与综合分分析结果果。六、开发发PCB的自动动测试与与故障诊诊断程序序的主要要步骤1 熟悉悉测试平平台a. 熟熟悉测试试平台的的测试规规则和所所具备的的测试功功能；b.熟悉悉测试平平台的技技术条件件和技术术指标；c.熟悉悉测试平平台的软软件环境境和应用用开发软软件功能能；d.熟悉悉测试平平台配置置仪器的的用途、操作条条件和测测试功能能；e.熟悉悉测试平平台的物物理接口口和接口的信信号特性性。2 熟悉悉被测对对象（PCB）的技技术状态态a.熟悉悉被测PCB的工作作原理与与组成，具具备原理理图；b.熟悉悉被测PCB的物理理结构和和元器件件布局图图，具备备PCB的网络络表；c.熟悉悉被测PCB的元器器件应用用情况；d.熟悉悉被测PCB的技术术条件和和使用规规则；e.熟悉悉被测PCB的调试试细则。3 编编程的基本条条件和程程序设计计a.分析析被测PCB的电路路结构，对对复杂电电路结构构进行分分解，建建立相对对独立的的模块；b.分析析电路模模块的各各种特性性，建立立故障模模型和故故障数据据库；c.通过过实验或或测试，掌掌握被测测PCB的性能能，静态态参数，动动态特性性等技术术参数，建建立样本本数据库库；d.确定定测试内内容，测测试项目目和测试试流程；e.确定定激励与与响应关关系，建建立测试试集；f.确定定测试方方法和故故障诊断断类型及及分析方方法；g.提出出测试技技术要求求，确定定技术指指标；h.对被被测PCB进行程序序设计；i.可以以应用软软件仿真真自动生生成测试试程序。4 被测测PCB与测试试平台的的接口设设计了解了测测试平台台的物理理接口和和信号特特性，明明确了被被测PCB的边沿接插件件插针所所需要的的信号特特性，设设计被测测PCB的专用用测试接接口，接接口设计计力求简简单、合合理。5 调试试及投入入使用被测PCCB同专用用测试接接口连接接，专用用测试接接口同VPC接口连连接，这这样就完完成了被被测PCB同测试试平台的的电气连连接，测测试平台台加电，调调用被测测PCB的测试试程序进进行调试试。通过过调试、运行、综合测测试及总总体评估估是否达达到设计计目标，达达到设计计目标则则可以进进行软件件打包，注注册登记记，建立立档案，投投入使用用，否则则进行修修改或重重新设计计。七、结论论现代武器器装备的的电子设设备采用用数字化化技术越越来越高高，其数数字电路路板的数数量占有有相当比比例，数数字电路路板的专专用性和和特殊性性相当强强，使用用时间周周期长，更更新换代代相当困困难，电电路板一一旦发生生故障必必须进行行修理，以以确保战战备的完完好性。该系统统是以某某型号数数字电路板板的设计计特点与与技术状状态为背背景题材材，作者者对PCB的技术术特点和和维修需求求以及实实现故障障诊断的的可行性性，进行行了认真真地调研研后而设设计的自自动测试试与故障障诊断平平台，该该系统设设计合理理、切实实可行，具具有通用用性，它它可以应应用于其其它武器器装备的的维修工工程。参考文献献：1 高泽函函. 电子子电路故故障诊断断技术. 西安安：西安安电子科科技大学学出版社社，20001.2丁丁瑾.可靠性性与可测测性分析析设计.北京：北京邮邮电大学学出版社社，19996.3 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