数字电路板自动测试与故障诊断初探.doc

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1、初探路板自动测试与故障诊断栗东晓（黄淮学院电子科学与工程系应用电子044班）摘要：本文介绍了数字电路板的自动测试与故障诊断需求，故障类型与产生的原因，故障诊断技术与设备简介，自动测试与故障诊断平台的设计，开发数字电路板的自动测试与故障诊断程序的主要步骤。关键词：数字电路；故障诊断；自动测试；VXI总线一、引言现代半导体集成电路的高速发展，同时也推动了电子应用技术的高速发展，数字电路板采用多种专用电子器件设计，其电路结构复杂、功能强大，电路板尺寸小、器件密度高、时钟和数传速度快等特点；这些特点使电子设备越来越复杂，增大了数字电路板的自动测试与故障诊断难度。武器装备的电子设备必

2、须进行维修，维修的关键一步是对电子设备的电路板进行自动测试与故障诊断，并且要求故障隔离到元器件才能实现电路板的修复。传统的仪器与仪表设备及测试手段与方法已不能满足现代数字电路板的自动测试与故障诊断，适应现代数字电路板的故障检测设备必须采用先进的自动测试与故障诊断设备和技术，这种设备就是自动测试设备（ATE/ATS），它是以计算机软、硬件技术为核心，通过总线控制仪器的激励与控制，实时、快速、精确地采集和处理数据信息，实现数字电路板的故障隔离到元器件。二、测试与故障诊断需求针对××型号维修工程任务需要，以该型号数字电路板的设计特点与技术状态为背景资料，提出研制自动测试与故障诊断

3、系统（简称系统），该系统是对××型号的电子设备（简称某设备）的基层级送来修理的电子外场可更换单元（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的测试性设计的PCB，给自动测

4、试与故障诊断工作带来了极大的困难。1.维修测试a.对送修的PCB测试，确认是否有故障；b.检测故障的PCB，故障隔离到元器件；c.对已修复的PCB测试，确认是否已修复；d.对PCB预防性维修的技术参数测试；e.对正常工作的PCB测试，提取样本数据。2.其它目的测试a.用于拉偏PCB的工作电源或某些技术参数，测定PCB稳定工作围；b.用于PCB设计验证和调试的测试；c.用于PCB生产检验的测试。3.技术指标要求a.故障检测率：不小于98%；b.故障隔离深度：元器件或组件；c.故障隔离率：不小于95%；d.虚警率：小于或等于2%；e.自动测试与故障诊断一个单元电路（对单元电路完

5、成一次激励与响应及分析时间）平均时间：小于1min；f.定位到元器件或模块的平均时间：小于20min。三、数字电路故障类型与产生的原因1.数字电路板的故障类型a.故障类型:故障类型分部故障和外部故障两种类型，部故障是指发生在集成电路器件部的故障，外部故障是指发生在电路器件连线之间的外部故障；b.逻辑故障:电路中某节点的逻辑值与规定的逻辑值相反，该故障为逻辑故障；c.非逻辑故障:除逻辑故障以外的所有故障都是非逻辑故障；d.局部故障与分布故障:故障对电路的影响围的大小可分为局部故障和分布故障；e.永久性故障和暂时性故障:按故障存在的持续时间来划分，该故障分为永久性故障和暂时性故

6、障,暂时性故障可重复测试性能差，电路工作不稳定，检测故障较困难；f.固定故障:电路中某节点的逻辑电平始终保持为固定电平，该故障为固定故障；g.固定开路故障:电路中某输出端点始终保持高阻状态，该故障为固定开路故障；h.桥接故障：桥接故障是由于某种外部原因造成的故障，在电路中两根或多根信号线无意中搭接在一起所形成的短路故障；i.集成电路的软故障:由于芯片的半导体质量、时钟速度、驱动能力、抗干扰能力、热稳定性能、匹配能力等技术参数变坏造成的故障，该故障主要体现在电路工作不稳定，时好时坏，通过改变PCB的工作电源或工作环境温度进行检查，一般可以确定故障发生的部位；j.集成电路的部故

7、障:由于外部电路或外界环境因素造成的电路芯片部的击穿、I/O引线的开路或短路等永久性故障，该故障一般发生在集成电路的I/O端口。2.引起数字电路故障的原因a.由设计质量因素引起的故障。如电源滤波、布线、时钟速度配合、毛刺、竞争冒险等；b.由制造、原材料质量及生产工艺等因素引起的故障。如精度、劣质器件、焊接等；c.由工作环境条件或外部电路因素引起的故障。如温度、湿度、强电、磁场、射线等。四、故障诊断设备与技术简介现代电子技术高速发展，军用武器装备的电子设备板级维修测试技术也不断得到发展，二十世纪60年代仅仅是应用简单