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电子产品的调试技术电子产品的调试技术 2011年04月11日电子产品的装配是将电子元器件，按照特定的规则（如电路原理，电器连接图等）连接起来，使电路具有预期的功能而实现基础产品（如原材料，元器件，外协半成品和部件等）升值。把电子元器件按特定规则实现电器连接后还要调试，几乎所有电子产品都需要调试。 一. 概述 调试包括测试和调整两部分 测试主要是对电路的各项技术指标和功能进行测量和试验，并同设计性能指标进行比较，以确定电路是否合格。调整主要是对电路参数的调整。一般是对电路中可调元器件，例如电位器，电容器，电感等以及有关机械部分进行调整。使电路达到预定的功能和性能要求。测试和调整是相互依赖，相互补充的，通常统称为调试。因为在实际工作中，二者是一项工作的两个方面，测试，调整，再测试，再调整，直到实现电路设计指标。 测试是对装配技术的总检查，装配质量越高，调试直通率越高，各种装配缺陷和错误都会在调试中暴露出来，调试又是对设计工作的检验，凡是设计工作中考虑不周或存在工艺缺陷的地方都可以通过调试发现，并提供改进和完善产品的依据。 产品从装配开始直到合格品入库，要经过若干个调试阶段，产品调试是装配工作中的工序。是按照生产工艺过程进行的。在调试工序中检测出的不合格产品将被淘汰，由其他工序处理。 样机泛指各种电子产品，试验电路，电子工装以及科研开发设计的各种电子线路。在样机调试过程中故障检测占了很大比例，而且调试和检测工作都是技术人员完成的。样机调试技术含量很高的工作，需要扎实的技术基础和一定的实践经验。 二. 调试与检测仪器 调试与检测仪器是指通用的电子仪器，通用仪器可检测多种产品的电参数。 通用仪器按显示特性可分为以下三类： 1) 数字式将被测试的连续变化模拟量通过一定变换成数字量，通过数显装置显示。数字显示具有读数方便，分辨率强，精确高等特点，已成为现代测试仪器的主流。 2) 模拟式将被测试的电参数转换为机械位移，通过指针和标尺刻度指示出测量数值。理论上模拟式检测仪器指示的是连续量，但由于标尺刻度有限，实际分辨率不高。 3) 屏幕显示通过示波管，显示器等将信号波形或电参数的变化直观地显示出来，如各种示波器，图示仪，扫频仪等。 通用仪器按功能可细分为以下几类： 1) 电压表及万用表 用于测量电压及派生量，如模拟电压表，数字电压表，各种万用表，毫伏表等。 2) 信号发生器 用于产生各种测试信号，如音频，高频，脉冲，函数，扫频等信号。 3) 信号分析仪器 用于观测，分析，记录各种信号，如示波器，波形分析仪，逻辑分析仪等。 4) 电路特性测试仪 如扫频仪，阻抗测量仪，网路分析仪，失真度测试仪等。 5) 元件测试仪 如RLC测试仪，晶体管图示仪，集成电路测试仪等。 6) 频率时间相位测量仪器 如频率计，相位计等。 7) 其他仪器 用于和上述仪器配合使用的辅助仪器，如各种放大器，衰减器，滤波器等。 此外，虚拟仪器作为调试与检测仪器也正在被广泛应用。所谓虚拟仪器实际上是将计算机技术应用于电子测试领域，利用计算机对数据存储和快速处理能力可以实现普通仪器难以达到的功能。虚拟仪器是通过计算机显示器及键盘，鼠标实现面板操作及显示功能，对被测信号的输入采集及转换功能是由专门的数据采集转换卡实现，其核心部分是专用软件。 传统仪器与虚拟仪器的比较见表 虚拟仪器 传统仪器 用户可在一定范围内定义 功能由制造厂定义 图形界面友好，计算机读数分析处理 图形界面小，人工读数，信息量少 数据可编辑，存储，打印 数据处理能力有限 计算机技术开发功能模块可扩展功能 扩展功能差 技术更新快 技术更新慢 基于软件体系，节省开发维护费用 开发维护费用高 同档次仪器比传统仪器价格低数倍 价格高 主要用于波形生产，频率测量，波形测量，记录等 品种繁多，功能齐全 目前常用的虚拟仪器有数字示波器，任意波形发生器，频率计数器，逻辑分析仪等。 虚拟仪器的特点：计算机总线与仪器总线的应用，允许各模块之间高速通信，种类齐全，且没有仪器和数据采集的界限，标准化，小型化，低功耗，高可靠性的系列模块可按工作需要任意组合扩充，实现最优化组合，先进的计算机软，硬件技术，网络技术和通讯技术使虚拟仪器具有良好的开发环境和开放式结构，当组成测试系统时，虚拟仪器具有较高的性能价格比，随着应用普及和技术发展，价格将继续降低。 三. 仪器选择与配置 1 选择原则 1.1 仪器的测量范围和灵敏度应覆盖被测量的数值范围。 1.2 测量仪器的工作误差应远小于被测参数的误差。 1.3 仪器输出功率应大于被测电路的最大功率，一般应大一倍以上。 1.4 仪器输入输出阻抗要符合被测电路的要求。 以上几条基本原则，在实际使用时可根据现有资源和产品要求灵活应用。 2 配置方案 调试与检测仪器的配置要根据工作性质和产品要求确定，具体有以下几种选配方法。 2.1 一般从事电子技术工作的最低配置 1) 万用表最好模拟表和数字表各一块，因为数字表有时出现故障不易察觉，比较而言，指针表可信度较高。三位半数字表即可满足大多数应用，位数越多精度和分辨率越高，但价格也高。指针表应选直流电压档阻抗10K/v,且有晶体管测试功能的。 2) 信号发生器根据工作性质选频率及档次，普通1Hz1MHz低频函数信号发生器可满足一般测试需要。 3) 示波器示波器价格较高且属耐用测试仪器，普通2040Mz的双踪示波器可完成一般测试工作。 4) 可调稳压电源 至少双路024V或032V可调，电流13A，稳压稳流可自动转换。 2.2 标准配置 除上述四种基本仪器外，再加上频率计数器和晶体管特性图示仪，即可以完成大部分电子测试工作，如果再有一两台针对具体工作领域的仪器，如从事音频设备研制工作配置失真度仪和扫频仪等，即可完成主要调试检测工作。 2.3 产品项目调试检测仪器 对于特定的产品，又可分为下列两种情况：小批量多品种，一般以通用或专用仪器组合，再加上少量自制接口和辅助电路构成，这种组合适用广，但效率不高，大批量生产，应以专用和自制设备为主，强调高效和操作简单。 四.产品调试 产品调试是电子产品生产过程中一个工序，调试的质量直接影响产品的性能指标。在规模化生产中，每一个工序都有相应的工艺文件，编制先进的，合理的调试工艺文件是调试质量的保证。 1 产品调试工艺的基本要求 1.1 技术要求 保证实现产品设计的技术要求是调试工艺文件的首要任务。将系统或整机技术指标分解落实到每一个部件或单元的调试技术指标中，这些被分解的技术指标要能保证在系统或整机调试中达到设计技术指标。 在确定部件调试指标时，为了留有余地，往往要比整机调试指标高，而整机调试指标又比设计指标高。从技术要求角度讲，部件要求越高，整机指标越容易达到。 1.2 生产效率要求 提高生产效率具体到调试工序中，就要求该工序尽可能省时省工。而提高生产效率的关键有以下几方面： 1) 对规模生产而言每个工序尽量简化操作，因此尽可能选专用设备及自制工装设备，并有一定亢余。 2) 调试步骤及方法尽量简单明了，仪表指示及检测点数不宜过多。 3) 尽量采用先进的智能化设备和方法，降低对调试人员技术水平的要求。 1.3 经济性 经济性要求调试成本低，总体上说经济性同技术要求，效率要求是一致的，但在具体工作中往往又是矛盾的，需要统筹兼顾，寻找最佳组合。例如，技术要求高，保证质量和信誉产品，经济效益必然高，但如果调试技术指标定得过高，将使调试难度增加，成品率降低，就会引起经济效益下降，效率要求高，调试工时少，经济效益必然提高，但如果强调效率而大量研制专用设备或采用高价智能调试设备而使设备费用增加过多，也会影响经济效益。 2 调试工艺文件内容 无论是整机调试还是部件调试，在具体生产线上都是由若干工作岗位完成的。因此调试工艺文件应包括以下内容： 1) 调试工位顺序及岗位数 2) 每个调试工位工作内容即为工位制定的工艺卡。工艺卡包括以下内容：工位需要人数及技术等级，工时定额，需要的调试设备，工装及工具，材料，调试线路图，包括接线和具体要求，调试所需资料及要求记录的数据，表格，调试技术要求及具体方法，步骤等。 3) 调试工作的其他说明，如调试责任者的签署及交接手续等。 3 调试工艺文件的制定 调试工艺文件是产品调试的唯一依据和质量保证。制定合理的调试工艺文件对技术人员的技术和工艺水平要求较高，而制定工艺文件一般经过如下步骤： 1) 了解产品要求和设计过程在大中型企业中，设计和工艺是两个技术部门，因此负责工艺技术的人员应参加产品设计方案及试制定型的过程，全面了解产品背景和市场要求，工作原理，各项性能指标及结构特点等，为制定合理的工艺奠定技术基础。对于中，小规模生产，往往从产品的设计到具体制造工艺过程都是同一技术部门进行的，则不存在这个问题。 2) 调试样机样机的调试过程也就是调试工艺的制定和完善过程。技术人员在参与样机的装配，调试过程中，抓住影响整机性能指标的部分作深入细致的调查和研究，在一定范围内变动调试条件和参数，寻求最佳调试指标，步骤和方法，初步制定调试工艺。 3) 小批量试生产调试一般情况下，一个产品投入大批量生产前需进行小批量试生产，以便检验生产工艺和暴露矛盾。这个过程中必须随时关注和修订调试工艺中的问题，并努力寻求效率，指标和经济性的最佳配合。由此制定的调试工艺对生产线而言是不能随意改变的。 4) 生产过程中必要的调整和完善实际生产过程中，有些问题往往是始料不及的，因此即使成熟的工艺也要在实际中不断调整，完善，但这种调整完善必须由负责该项工作的技术人员签字生效才能实行。 4 产品调试特点 进入批量生产的产品，一般都经过了原理设计，电路试验，样机制作和调试，小批量试生产等阶段，有些较复杂产品还经过原理性样机和工艺性样机等多次试验，调整和完善后，才能投入批量生产。因此产品的调试与样机调试有很大的不同。 产品调试有以下特点：正常情况下没有原理性错误，工艺性欠缺一般也不会造成调试障碍，由于批量生产采用流水作业，因此如果出现装配性故障，往往都有一定规律，电子元器件和零部件按正常生产程序都经过检验和测试，一般情况下，调试仅解决元器件特性参数的微小差别，在考机后调试之前不用考虑它们失效或参数失配问题，产品调试是装配车间的一个工序，调试要求和操作步骤完全按调试工艺卡进行，因此产品调试的关键是制定合理的工艺文件。另外调试的质量还同生产管理和质量管理水平有直接关系。 五.故障检测方法 查找，判断和确定故障位置及其原因是故障检测的关键，也是一件困难的工作。要求技术人员具有一定的理论基础，同时更要具有丰富的实践经验。下面介绍的几种故障检测方法是从长期实践中总结归纳出来的方法。具体应用中要针对具体检测对象，灵活运用，并不断总结适合自己工作领域的经验方法，才能达到快速，准确，有效排除故障的目的。 1 观察法 观察法是通过人体的感觉，发现电子线路故障的方法，这是一种最简单，最安全的方法，也是各种仪器设备通用的检测过程的第一步。观察法又可分为静态观察法和动态观察法。 1.1 静态观察法即不通电观察法。 在线路通电前通过目视检查找出某些故障。实践证明占线路故障相当比例的焊点失效，导线接头断开，接插件松脱，连接点生锈等等故障，完全可以通过观察发现，没有必要对整个电路大动干戈，导致故障升级。静态观察要先外后内，循序渐进。打开机箱前先检查电器外表有无碰伤，按键，插头座电线电缆有无损坏，保险是否烧断等。打开机箱后，先看机内各种装置和元器件有无相碰，断线，烧坏等现象，然后轻轻拨动一些元器件，导线等进行进一步检查。对于试验电路或样机，要对照原理图检查接线和元器件是否符合设计要求，IC管脚有无插错方向或折弯，有无漏焊，桥接等故障。 1.2 动态观察法又称通电观察法。 即给线路通电后，运用人体器官检查线路故障，一般情况下还应使用仪表，如电流表，电压表等监视电路状态。通电后，眼要看电路内有无打火，冒烟等现象，耳要听电路内有无异常声音，鼻要闻电器内有无烧焦，烧糊的异味，手要触摸一些管子，集成电路等是否发烫，发现异常立即断电。动态观察配合其他检测方法，易分析判断，找出故障所在。 2 测量法 测量法是故障检测中使用最广泛，最有效的方法。根据检测的电参数特性又可分为电阻法，电压法，电流法，逻辑状态法和波形法。 2.1 电阻是各种电子元器件和电路的基本特征，利用万用表测量电子元器件或电路各点之间电阻值来判断故障的方法称为电阻法。测量电阻值，有“在线”和“离线”两种方法，“在线”测量需要考虑被测元器件受其它串并联电路的影响，测量结果应对照原理图进行分析判断，“离线”测量需要将被测元器件或电路从整个印制电路板上脱焊下来，操作较麻烦，但结果准确可靠。 2.2 电子线路正常工作时，线路各点都有一个确定的工作电压，通过测量电压来判断故障的方法称为电压法。电压法是通电检测手段中最基本，最常用的方法，根据电源性质又可分为交流和直流两种电压测量。交流电压测量较为简单，对50Hz市电升压或降压后的电压只需使用万用表。直流电压测量一般分为三步：测量稳压电路输出端是否正常，各单元电路及电路的关键“点”，例如放大电路输出点，外接部件电源端等处电压是否正常，电路主要元器件如晶体管，集成电路各管脚电压是否正常，对这些元器件首先要测电源是否已经加上。根据产品中理论上给出电路各点正常工作电压或集成电路各引脚的工作电压，测得电路各点电压对比正常工作的电路，偏离正常电压较多的部位或元器件往往就是故障所在部位。 2.3 电子线路在正常工作时，各部分工作电流是稳定，偏离正常值较大的部位往往是故障所在，这就是用电流法检测线路故障的原理。电流法有直接测量和间接测量两种方法。直接测量就是用电流表直接串接在欲检测的回路测得电流值的方法，这种方法直观，准确，但往往需要断开导线，脱焊元器件引脚等才能进行测量，因而不大方便。间接测量法实际上是用测电压的方法换算成电流值，这种方法快捷方便，但如果所选测量点的元器件有故障则不容易准确判断。 2.4 对交变信号产生和处理电路来说，采用示波器观察各点的波形是最直观，最有效的故障检测方法。波形法主要应用于以下三种情况：测量电路相关的点波形有无或形状相差较大来判断故障，若电路参数不匹配，元器件选择不当或损坏都会引起波形失真，通过观测波形失真和分析电路可以找出故障原因，利用示波器测量波形的各种参数，如幅值，周期，前后沿，相位等，与正常工作时的波形参数对照，找出故障原因。 2.5 逻辑状态法是对数字电路的一种检测方法，对数字电路而言，只需判断电路各部位的逻辑状态即可确定电路工作是否正常。数字逻辑状态主要有高低两种电平状态，另外还有脉冲串及高阻状态，因而可以使用逻辑笔进行电路检测，逻辑笔具有体积小，使用方便的优点。 3 比较法 有时用多种检测手段及试验方法都不能判定故障所在，并不复杂的比较法却能得到较好结果。常用的比较法有整机比较，调整比较，旁路比较及排除比较等四种方法。 3.1 整机比较法是将故障机与同一类型正常工作的机器进行比较，查找故障的方法，这种方法缺乏资料而本身较复杂的设备尤为适用。整机比较法是以检测法为基础的，对可能存在故障的电路部分进行工作点测定和波形观察，或者信号监测，通过比较好坏设备的差别发现问题，当然由于每台设备不可能完全一致，检测结果还要分析判断，这些常识性问题需要基本理论指导和日常工作的积累。 3.2 调整比较法是通过整机设备可调元器件或改变某些现状，比较调整前后电路的变化来确定故障的一种检测方法。这种方法特别适用于放置时间较长，或经过搬运，跌落等外部条件变化引起故障的设备。运用调整比较法时最忌讳乱调乱动，而又不作标记，调整和改变现状应一步一步改变。随时比较变化前后的状态，发现调整无效或向坏的方向变化应及时恢复。 3.3 旁路比较法是适当容量和耐压的电容对被检测设备电路的某些部位进行旁路的比较检查方法，适用于电源干扰，寄生振荡等故障，因为旁路比较实际上是一种交流短路试验，所以一般情况下先选用一种容量较小的电容，临时跨接在有疑问的电路部位和“地”之间，观察比较故障现象的变化，如果电路向好的方向变化，可适当加大电容容量再试，直到消除故障，根据旁路的部位可以判定故障的部位。 3.4 排除比较法是逐一插入组件，同时监视整机或系统，如果系统正常工作，就可排除该组件的嫌疑，再插入另一块组件试验，直到找出故障，有些组合整机或组合系统中往往有若干相同功能和结构的组件，调试中发现系统功能不正常时，不能确定引起故障的组件，这种情况下采用排除比较法容易确认故障所在。注意排除比较法采用递加排除，也可采用递减排除。多单元系统故障有时不是一个单元组件引起的，这种情况下应多次比较才能排除，采用排除比较法时每次插入或拔出单元组件都要关断电源，防止带电插拔造成系统损坏。 4 替换法 替换法是用规格性能相同的正常元器件，电路或部件替换电路中被怀疑的相应部分，从而判断故障所在的一种检测方法，也是电路调试，检修中最常用的方法之一。实际应用中，按替换的对象不同，可有元器件替换，单元电路替换，部件替换三种方法。 4.1 元器件替换除某些电路结构较为方便外，一般都需拆焊操作，这样比较麻烦且容易损坏周边电路或印制板，因此，元器件替换一般只作为检测方法均难判别时才采用的方法，并且尽量避免对电路板做“大手术”。 4.2 当怀疑某一单元电路有故障时，用一台同型号或同类型的正常电路替换待查机器的相应单元电路，判定此单元电路是否正常。当电子设备采用单元电路为多板结构时，替换试验是较方便的，因此对现场维修要求较高的设备，尽可能采用可替换的结构，使设备具有维修性。 4.3 随着集成电路和安装技术的发