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技術(shù)文章
ASA技術(shù)，排除電子故障的Z佳方案
點(diǎn)擊次數(shù)：2420 發(fā)布時(shí)間：2009-3-27
| 1、電子元器件測(cè)試需求和測(cè)試成本 電子元器件測(cè)試必要性是顯而易見的，尤其是近年來“電子垃圾”（假冒偽劣電子元器件）涌入國內(nèi)市場，魚目混珠，嚴(yán)重威脅了整機(jī)和系統(tǒng)的可靠性，這一情況已經(jīng)引起了很多單位的重視，進(jìn)而配備了不同檔次的測(cè)試系統(tǒng)對(duì)元器件進(jìn)行測(cè)試和篩選。 但針對(duì)不同的測(cè)試對(duì)象和具體的要求， 需要選擇不同檔次的測(cè)試系統(tǒng)，同時(shí)也就決定了不同的測(cè)試成本。例如對(duì)于通用數(shù)字集成電路來說，如果測(cè)試其靜態(tài)邏輯功能，只需使用幾千元的功能測(cè)試儀（俗稱PASS機(jī)），要測(cè)試其靜態(tài)直流參數(shù)，則需要幾萬元乃至十幾萬元的小型測(cè)試系統(tǒng)，而測(cè)試其交流參數(shù)，則需要幾十萬元乃至更昂貴的中、大型測(cè)試系統(tǒng) 。 在集成電路的詳細(xì)規(guī)范中規(guī)定了集成電路的各類參數(shù)，并規(guī)定了在A組檢驗(yàn)和質(zhì)量一致性檢驗(yàn)中各分組和各試驗(yàn)項(xiàng)目中應(yīng)該進(jìn)行哪些參數(shù)的測(cè)試。集成電路的生產(chǎn)廠商在生 產(chǎn)過程中，原則上遵照和執(zhí)行產(chǎn)品的詳細(xì)規(guī)范。對(duì)他們來說，執(zhí)行產(chǎn)品的詳細(xì)規(guī)范就是測(cè)試需求。應(yīng)該說這種需求是明確的，是有標(biāo)準(zhǔn)做為依據(jù)的，通常也是可以做到的，因?yàn)榧呻娐返纳a(chǎn)廠商一般都配有執(zhí)行產(chǎn)品詳細(xì)規(guī)范所需的測(cè)試系統(tǒng)。 但對(duì)于集成電路的應(yīng)用者 （如整機(jī)廠商）來說，情況就復(fù)雜得多，各單位所擁有的測(cè)試系統(tǒng)檔次參差不齊，還有相當(dāng)多的單位不具備zui起碼的測(cè)試手段。沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)定應(yīng)用在什么場合的器件在出入庫檢驗(yàn)或篩選中應(yīng)該進(jìn)行哪些參數(shù)的測(cè)試。由于測(cè)試需求不明確，也就很難說配備什么樣的測(cè)試系統(tǒng)才合理，對(duì)于大多數(shù)整機(jī)廠商來說，實(shí)際的做法是能測(cè)些什么參數(shù)就測(cè)什么參數(shù)，測(cè)不了的參數(shù)就不測(cè)。 外協(xié)測(cè)試的情況基本也是如此。 即便有了明確的測(cè)試要求，一般也難于根據(jù)測(cè)試需求去爭取相應(yīng)的資金來購買和配備所需的測(cè)試設(shè)備，而往往是只能根據(jù)所能爭取到的資金來考慮和選擇可能購買的測(cè)試設(shè)備，由測(cè)試設(shè)備的檔次決定了可能的測(cè)試內(nèi)容。 一些單位在爭取到資金，進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)選型時(shí)容易有一種不切實(shí)際的想法，想買一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)解決所有電子元器件的測(cè)試，免得求助于他人，到其他單位去進(jìn)行測(cè)試協(xié)作，這也許是一些單位在測(cè)試系統(tǒng)選型時(shí)貪大求洋的理由之一。很少有人考慮測(cè)試系統(tǒng)的低效率運(yùn)行導(dǎo)致的高測(cè)試成本。應(yīng)該說實(shí)際上沒有哪一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)能包羅萬象測(cè)試當(dāng)前和今后所有的電子元器件，如果能解決本單位使用的大多數(shù)電子元器件的測(cè)試，而將少數(shù)復(fù)雜器件進(jìn)行外協(xié)測(cè)試，恰恰是降低測(cè)試成本的有效方法之一。 因?yàn)闇y(cè)試系統(tǒng)的選型還是要根據(jù)各單位的具體情況，綜合考慮本單位使用的元器件品種、用量，測(cè)試的要求和內(nèi)容，所需測(cè)試系統(tǒng)的檔次、性能和配置，單位自身的軟件開發(fā)能力及由供應(yīng)商提供軟件的可能，供應(yīng)商能提供的系統(tǒng)維護(hù)和的能力和水平，購置系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)承受能力和資金來源等諸多方面的因素，來選擇適合自己的測(cè)試系統(tǒng)。 2、電子故障排除方案綜述 在電子設(shè)計(jì)和維修檢測(cè)中，故障排除是zui讓人頭疼的問題 ，以往在很多企業(yè)，排除故障要么得不到重視，要么得到重視也找不到一種很有效的方案。傳統(tǒng)的方法是一些有經(jīng)驗(yàn)的工程師憑借一大堆測(cè)試設(shè)備（譬如：萬用表、示波器、 頻率計(jì)、邏輯分析儀等）和一些必要的電路圖及相關(guān)資料等采用“師帶徒”的古老方法處理電子故障問題…… 但是隨著科學(xué)的發(fā)展，各種元件的產(chǎn)生，產(chǎn)品的日益多元化，以及一些廠家“保密”的需要，這種“古老的方法”受到挑戰(zhàn)，同時(shí)由于各種歷史和社會(huì)需求的原因，一些有經(jīng)驗(yàn)的工程師更是“難覓”，這樣一些新型測(cè)試產(chǎn)品應(yīng)用而生，它們想盡方法解決排除電子故障以下新型問題： ① 沒有電路原理圖以及相關(guān)資料 ② 工程師沒有相應(yīng)的閱歷和經(jīng)驗(yàn) ③ 大批量生產(chǎn)的同類產(chǎn)品不同原因的故障點(diǎn)檢測(cè) ④ 離線排除變?yōu)殡x線和在線綜合排除 ⑤ 更進(jìn)一步聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)檢測(cè) 現(xiàn)在，一種廣泛使用既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用快速的對(duì)比定性排除故障方法——ASA技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。 3、什么是ASA技術(shù) 所謂ASA技術(shù)，即模擬曲線分析（Analog Signature Analgsis），是斷電排除電子故障的*技術(shù)。它使用掃描波形（由于正弦波諧波分量）信號(hào)穩(wěn)定，一般用交流正弦波，施加到?jīng)]有通電的電子設(shè)備兩端，在顯示屏上（如示波器CRT或計(jì)算機(jī)顯示器等）顯示該設(shè)備對(duì)應(yīng)的V-I曲線，該V-I曲線也叫模擬曲線。 ASA的基本原理 過去和現(xiàn)在仍然廣泛使用的檢測(cè)方法之一，是通過用萬用表測(cè)量電路結(jié)點(diǎn)對(duì)地阻抗來判斷與該結(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的元器件是否有端口型故障 。究竟某塊電路板的某些個(gè)結(jié)點(diǎn)的阻抗在什么范圍表示*、什么范圍表示可能有故障，*由使用者據(jù)經(jīng)驗(yàn)來判定。經(jīng)?？梢月牭?ldquo;某人將某種電路板已經(jīng)測(cè)熟了”的說法，其含義很大程度是指“經(jīng)多次測(cè)量已經(jīng)對(duì)大部分結(jié)點(diǎn)阻抗的正常范圍心中有數(shù)”。面向維修量大、但需要維修的電路板的種類少的維修人員，甚至?xí)⑦@類數(shù)據(jù)的正常值詳細(xì)記錄下來供參照。大量的應(yīng)用實(shí)踐表明，這種檢測(cè)方法不僅在經(jīng)驗(yàn)豐富的維修者手中相當(dāng)有效，而且往往是沒有圖紙資料、不能聯(lián)機(jī)檢測(cè)時(shí)*可用的方法。但是，這種方法有著明顯的局限性。 首先，用萬用表測(cè)量到的電阻，是指在1.5V（萬用表電池電壓）時(shí)所 對(duì)應(yīng)的一個(gè)電流值，表示在電壓－電流平面上僅為一個(gè)點(diǎn)，見圖1。 |
| 對(duì)呈線性特征的電路結(jié)點(diǎn)，可以從這個(gè)點(diǎn)推算出在所有其它電壓下的電流值（當(dāng)然主要關(guān)心在工作電壓范圍之內(nèi)）；但是，對(duì)呈現(xiàn)非線性特征的電路結(jié)點(diǎn)則不能這樣做。這意味著1.5V時(shí)的電流值在正確范圍內(nèi)并不能保證在其它電壓下的電流值也會(huì)在正確范圍之內(nèi)。解決的辦法是多取幾個(gè)點(diǎn)，比如均勻地取16個(gè)點(diǎn)、32個(gè)點(diǎn)、64個(gè)點(diǎn)甚至更多，取值范圍從負(fù)到正、包括整個(gè)工作電壓范圍在內(nèi)（見圖2）。當(dāng)所取點(diǎn)足夠密，就形成一條曲線，通過整個(gè)曲線的重合程度而不是一個(gè)點(diǎn)的重合程度來判別故障，顯然要直觀全面得多。這就是所謂的端口“模擬特征分析（Analog Signature Analysis）”的技術(shù)原理，習(xí)慣上我們稱之為“VI曲線測(cè)試”。 |
| ASA的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn) A、易于上手 通過將故障電路板的電路結(jié)點(diǎn)VI曲線與好板上相應(yīng)結(jié)點(diǎn)的VI曲線相比較，或者和經(jīng)驗(yàn)曲線相比較來發(fā)現(xiàn)故障，可以在不涉及電路功能、沒有聯(lián)機(jī)測(cè)試的條件下進(jìn)行檢測(cè)，非常容易掌握。 B、適用性強(qiáng) ASA只涉及元器件的端口，不涉及功能，所以它可以同樣好地適用于數(shù)字器件、模擬器件的測(cè)試，同樣好地適用于數(shù)字器件和器件、分立器件、中大規(guī)模集成電路。ASA測(cè)試是串行操作的，即檢查完一個(gè)結(jié)點(diǎn)再檢查下一個(gè)結(jié)點(diǎn)，所以它不受封裝的限制，對(duì)任何無法使用測(cè)試夾的分立元件、集成電路， 都可以使用探棒去逐腳（結(jié)點(diǎn)） 檢查其特征曲線。 ASA應(yīng)用中的幾個(gè)問題 （1）阻抗差異過大 當(dāng)一個(gè)電路結(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的元器件端口阻抗差異過大時(shí)，低阻器 件的特征會(huì)“淹沒”高阻特征。圖3中運(yùn)放的輸入阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1k ， 所以將觀察不到運(yùn)放輸入阻抗對(duì)結(jié)點(diǎn)阻抗 的影響。這時(shí)將不能判斷運(yùn)放輸入正常還是已經(jīng)開路。 |
| （2）只能診斷到結(jié)點(diǎn) 當(dāng)檢查出結(jié)點(diǎn)曲線有明顯改變時(shí)，究竟是由與該結(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的元器件中哪一個(gè)所引起，只能人為地做進(jìn)一步判斷。經(jīng)驗(yàn)之一是有源器件故障率比無源器件可能性大，輸出端故障率比輸入端可能性大。 （3）故障判斷不直觀 壞電路板和好電路板上相應(yīng)（同）結(jié)點(diǎn)的曲線究竟有多大差異意味著有故障，差異在整個(gè)曲線的什么部位更為敏感，對(duì)不同的電路結(jié)點(diǎn)是不一樣的；同樣功能的*電路板，或者由于生產(chǎn)不同而電路有所改進(jìn)，或者電路雖無改動(dòng)、但使用型號(hào)相同而廠家不同的元器件等原因，都會(huì)造成結(jié)點(diǎn)曲線的差異等等。這些要靠大量的實(shí)踐，靠使用的經(jīng)驗(yàn)去加以zui后判別。所以有人說，這種方法掌握容易、精通難。 ASA的主要指標(biāo)及應(yīng)用含義 （1）通道數(shù) ASA 通道一般是串行通道。也就是說，VI曲線提取實(shí)際上是一管腳（結(jié)點(diǎn)）一個(gè)管腳進(jìn)行的。所以，當(dāng)元器件管腳多于測(cè)試儀的通道、或測(cè)試夾不適于被測(cè)器件的封裝形式時(shí)，總可以用探棒來一個(gè)結(jié)點(diǎn)一個(gè)結(jié)點(diǎn)地提取，但是 ，這會(huì)大大影響提取和比較VI曲線的效率。 （2）掃描電壓幅度 掃描電壓幅幅度是指提取VI曲線時(shí)加在電路結(jié)點(diǎn)上的電壓范圍。通常希望這個(gè)范圍包含了電路板工作電壓，但又無須太大，這樣既可觀察到在整個(gè)工作電壓的曲線形狀，不丟失有效檢測(cè)信息，也不必?fù)?dān)心幅度過高引起不良影響。實(shí)用中用8V、15V和18V掃描電壓去分別處理5V、12V和15V器件工作電壓的電路板，即可滿足要求。 （3）zui大短路電流 zui大短路電流指取zui大掃描電壓值，即被測(cè)結(jié)點(diǎn)阻抗為零時(shí)，從測(cè)試端流入該結(jié)點(diǎn)的電流。在測(cè)試非功率元件和IC時(shí)，zui大短路電流一般不超過10mA，而且掃描電壓幅度越高，相應(yīng)zui大短路電壓電越小，以保證測(cè)試安全。但如果希望將該測(cè)試方法用于功率元器件的測(cè)試，zui大短路電流控制在10mA以下就顯得太小。有些測(cè)試儀提供一檔150mA的zui大短路電流，基本可以滿足大部分用戶的需求。只是切記不要使用此檔測(cè)試小功率器件，以免損壞。 （4）掃描分辨率 掃描分辨率指在整個(gè)掃描電壓幅度內(nèi)取多少個(gè)測(cè)試點(diǎn)。在掃描電壓幅度一定時(shí)，取點(diǎn)越多，兩點(diǎn)間電壓差就越小，注入電路結(jié)點(diǎn)的曲線就越光滑。有些測(cè)試儀在各種掃描電壓及掃描頻率下均取128個(gè)測(cè)試點(diǎn)。 （5）掃描波形 掃描波形指掃描電壓的變化規(guī)律。有些測(cè)試儀提供正弦波、鋸齒波和三角波。實(shí)用中以正弦波為，其諧波分量zui少、zui容易得到穩(wěn)定的VI曲線。 （6）掃描頻率 掃描頻率指完成一次掃描過程的速度。實(shí)用中將某個(gè)頻率的電壓波形注入到電路結(jié)點(diǎn)時(shí)，有時(shí)產(chǎn)生自激， 結(jié)果不能提取到穩(wěn)定的VI曲線，這時(shí)換一種掃描頻率可取到穩(wěn)定曲線，需要注意的是，這個(gè)頻率無關(guān)。目前的有些測(cè)試儀有48/390Hz兩種頻率可供選擇。 （7）VI曲線庫管理系統(tǒng) VI曲線庫管理系統(tǒng)支持VI曲線的存儲(chǔ)、索引等操作。在它的管理下，使用者可以將作為參照的電路板（一般是*電路板）的結(jié)點(diǎn)曲線，提取出來并存放于計(jì)算機(jī)中，供日后檢測(cè)故障時(shí)作為比較標(biāo)準(zhǔn)。 ASA測(cè)試的要點(diǎn) （1）積累完善VI曲線庫 將日后可能需要檢測(cè)和各種電路板結(jié)點(diǎn)的VI曲線庫作為日后故障檢測(cè)參照標(biāo)準(zhǔn)，這樣就能夠大大提高ASA測(cè)試的檢測(cè)能力和效率。 （2）掌握基本VI曲線 基本VI曲線指常見元器件在“離線”（未焊接到電路上）情況下各管腳的VI曲線。由于電路結(jié)點(diǎn)的VI曲線，實(shí)際上是與此結(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的基本曲線的并聯(lián)曲線（即結(jié)點(diǎn)曲線在某點(diǎn)切線的斜率等于與此結(jié)點(diǎn)相連的各基本曲線在該點(diǎn)切線和斜率之和），所以如果知道了哪些元器件關(guān)聯(lián)到該結(jié)點(diǎn)上，往往可以推斷出該結(jié)點(diǎn)曲線的大致形狀；反之，由該結(jié)點(diǎn)的曲線形狀，可以大致推出與該結(jié)點(diǎn)相關(guān)的元器件的類型。或者在結(jié)點(diǎn)曲線 異常時(shí)可以推斷出與之關(guān)聯(lián)的哪個(gè)元器件出故障的可能性zui大。 （3）利用電路板上的重復(fù)電路 有些電路板上的電路重復(fù)出現(xiàn)，可以用作相互參考。 |