电路在线维修测试仪上的ASA(VI曲线)测试.doc

电路在线维修测试仪上的ASA(VI曲线)测试韩 熔摘 要 阐述了ASA的基本原理、测试的实现方法、测试仪对软硬件的要求，所采用的主测试信号和辅助信号及测试通道。讨论了影响ASA测试的故障检出率、测试可靠性、使用效率等方面的问题。关键词 ASA测试 USB口 正弦波 端口ASA(VI曲线）测试是电路在线维修测试技术之一。目前市场上的各种电路在线维修测试仪产品上都具有基于该技术的测试功能。但不同生产厂的产品此项测试功能差异颇大，故使用效果明显不同。一、ASA测试应用特点Analog Signature Analysis（模拟特征分析）是一种广泛应用于电子电路板的故障检测技术。具有以下特点：1不涉及电路原理，无需电路处于工作状态，故可用于没有图纸资料，脱离设备（无需联机检测）的电路板的故障检测；2测试时不需给电路板加电；3不涉及电路板上器件的功能，所以无论电路由什么类型的器件组成，均可测试；4它是逐电路结点（器件管脚）进行测试的，基本上不受电路板上元器件封装的限制。由于单个器件可以看成最简单的电路板电路，所以ASA技术也能够用于检测电子元器件的好坏。用于检测分立元件功能好坏时，还有方便、直观等特点。二、ASA基本原理就基本检测原理而言，ASA测试可以看成万用表检测法的自然延伸。对于无电路原理图纸、脱离了设备的电路板，最常用的万用表故障检测法是先测出好板上器件管脚（实际是电路结点）的对地电阻；然后与故障板上相应器件管脚的对地电阻进行比较，根据差异大小来判断该结点上有无故障。由结点到具体元器件需要人工确定。该法除了对使用者要求较高、效率低之外，影响其故障检出率的主要原因是，万用表只能检测在1.5V（万用表电池电压）下的电阻值，而半导体器件引脚的阻抗在不同测试电压下的阻抗未必相同。比如，某TTL器件管脚在2.5V有软击穿，产生较大漏流。这样的故障就检测不出来。ASA测试是在一个电压区间内进行测试比较的，这样，上面所说的故障就会被检测出来。ASA测试除了故障检出率相当高之外，在维修检测中还有如下优点：测试效率很高。以汇能测试仪为例。对一个40脚器件，在每个引脚上测128个电压点，测试时间不到1s；从好板上提取的测试数据可存人计算机中（即建立板库），作为以后进行检测的参照标准，反复使用。三、基本ASA测试的实现方法用测试仪产生一个变化的电压信号加在被测试对象上，同时记录不同电压下的电流。把随电压变化的电流在电压一电流坐标系上表示出来，得到一条（阻抗）曲线。使用者通过比较好、坏电路板相应结点的曲线的形状差异，进行故障判断。理论和实践都表明，使用以正弦规律变化的电压信号（正弦波）的测试效果最好。所以无论进口的、还是国产的此类测试仪，都用正弦波作为主要测试信号。目前此类测试仪多数都和微机配合使用。测试仪产生正弦波测试信号，微机在专用测试软件控制下，接受用户指令、实现测试算法、按用户的要求控制测试仪施加测试信号、显示测试结果、存储测试数据。下面从实际使用要求出发，对如何得到高效、实用的ASA测试功能，进行一些讨论。四、关于配接微机1测试软件应支持主流操作系统版本自Win98后，Windows操作系统对外部设备的管理机制作了很大改动。在Win98上运行的测试程序，不能自动升级到其后的系统版本上运行鉴于Win98及以下的操作系统很快会完全退出使用，如果测试软件不能支持新版本的主流操作系统，比如Windows XP，将会给用户以后使用带来麻烦。2测试仪最好支持USB口早期的测试仪采用在计算机内插卡的方式实现和计算机的配接。由于这种方式缺点较多，又转用并口（打印口）配接。但近年来速度更快、更安全（允许带电插拔）的USB口得到了迅速普及，目前市场上带并口的笔记本电脑已经十分少见，在台式机上也许会很快消失。而常用计算机外设，如打印机、扫描仪、数码产品等都基本上是USB口了。如果测试仪不支持USB口，会影响用户微机的换代更新。 五、关于测试信号 对任何一种电子仪器，测试信号都是构成整个测试功能的基础。它的质量，决定着测试仪的测试质量。 1关于主测试信号正弦波 (1)幅度（峰一峰值） 为了保证测试效果，同时又不至于损伤被测器件，正弦幅度应大于被测器件引脚的实际工作电压，小于其极限电压。由于不同元器件所需电压值不同，这就要求测试仪输出的正弦波幅度可调。 显然，可调的范围越宽、允许调整的步距越小（分档越多）越好。目前市场上比较低档的测试仪产品一般有土4V、士18V、士18V、士28V等几个档；汇能测试仪的电压幅度从士1V28V，以0.5V步距可调，分成了五十多个档，能更好地满足对更多种类的电子电路板、电子元器件的检测要求。 (2)最大输出（短路）电流 正弦波短路后所能流出的最大电流为最大输出电流。 最大输出电流=正弦峰值输出电阻 目前多数国产测试仪的最大输出电流在十几毫安到二三十毫安。根据经验，这适用于测试一般集成电路，比如74系列器件。如果考虑到测试功率更大一些的集成器件、大电容（上万微法）、大功率三极管等，最大输出电流应该更大一些。汇能测试仪的最大输出电流可达150mA。 (3)频率范围 频率范围越宽，越能更好地适应对容性、感性结点的测试。比如，用汇能测试仪能测出1、2万F电容的有效ASA曲线，它不会蜕化成一条短路线，从曲线上可以明显看出是否漏电、容量是否够。 (4)保真度（或失真度） 指实际产生的正弦波与理想正弦波的形状差异。非直流结点的ASA曲线形状不仅与频率相关，也与波形的形状相关。比如，电容的ASA曲线只有在正弦波下是椭圆。 (5)关于正弦波产生中的问题 由于ASA测试通过曲线形状来判断故障，所以测试结果的一致性、可重复性十分重要。是由测试信号的稳定性即频率准确度和波形保真度保证。 目前市场上有的国产测试仪测试信号稳定性差的主要表现为信号频率和形状随配接微机的速度及运行状况变化。 观察微机运行状况对测试信号影响的方法：保持测试仪连续输出测试信号，用示波器持续观察，然后打开另一个任务，比如播放音乐，就会看到测试信号的形状变化；更简单的办法是测一个电容，如果电容的ASA曲线在播放音乐前后有所不同，就说明微机的运行状况对测试信号有影响。这会导致使用者的误判。 即使没有打开用户任务，也会有系统任务在后台时启时停，同样会影响测试信号。观察时间长一点就能发现。 导致这种现象的原因是由于硬件过于简单，即测试仪没有独立的定时（CPU）电路造成的。 由于汇能测试仪的硬件相对复杂些，故不存在上述问题。最近经军检，它的测试信号的频率准确度、波形失真度均小于2%，不随外部条件变化。 2关于辅助测试信号脉冲 引入脉冲辅助测试信号，是为了使ASA测试能够更好地用于三端器件的测试。轧流管、MOS三极管、甚至继电器、电压调节器都可以看成三端器件。 以闸流管为例。仅在它的阳极和阴极之间加ASA测试信号，只能发现两极之间是否短路、或有漏流，不能发现开路或导通不良的故障。引入一个脉冲信号加在闸流管的控制极，控制管子在ASA测试期间出现导通、截止两种状态，就能对闸流管进行较为全面的检测。 不同的三端器件需要不同的控制方式。控制方式实际就是正弦波如何和脉冲匹配（同步）。 有的测试仪没有脉冲辅助测试信号。有的实现得较简单。比如某种国产测试仪上的三端测试信号，实际上仅是一个大小可设的直流电平，和ASA测试信号没有同步关系。 汇能测试仪为了更好地满足各种三端器件的不同测试要求，共设置了八种脉冲和正弦波的匹配方式。相对于正弦波来说，脉冲的起始、结束位置及宽度、高度均可调整；支持单、双向触发。 六、关于测试通道数 测试信号的好坏决定了测试质量，测试通道的多少主要影响测试效率。使用要求不同，对通道数的多少要求也不同。 1在线测试目前对多于80个管脚的器件，基本上没有能配合使用的测试夹，所以80个通道基本满足使用要求。 2电路板端口测试通过转接板以及板上的相应电路板插座，把测试通道引到电路板各插脚，然后进行单多端口测试。通常160个通道即可满足大多数使用要求。 3超大规模集成电路离线测试对于各种超大规模器件，除了ASA测试，一般用户几乎没有其他测试手段。这种测试和电路板端口测试相似，只不过转接板上是器件插座而不是电路板插座。所需要的通道数依器件脚数而定。 需要特别说明的是，这里仅讨论测试信号和测试通道数对ASA测试的影响。一般的电路在线维修测试仪都有多种功能，其他功能也会用到这些硬件资源。比如汇能测试仪上的电路板网络测试也要求较多的通道数。七、提高基本ASA测试的故障检出率1单端口vs多端口测试所谓的单端口测试，通常指所有的电路结点（器件管脚）分别与电路板的“地”组成的端口，ASA测试信号总是加在这些端口上进行测试。在单端口的方式下，对一个有N个脚的器件，总共处理N条曲线。所谓的多端口测试，是指对一个器件的任何两个管脚组成的端口，都要进行ASA测试。在多端口的方式下，对一个有N个管脚的器件，最多处理NN条曲线。多端口测试易于检测被测元件两个管脚分别对地的阻抗曲线没有大的变化，而两个管脚之间的阻抗曲线却发生了很大变化的故障。在汇能测试仪上，对多端口还分了三种情况考虑：(1)多端口对称当处理了2脚对3脚组成的端口后，如果还要处理3脚对2脚组成的端口，就叫做对称方式。这类似于压万用表测试时，调转表棒再测一次。否则称为非对称方式。由于ASA使用正、负对称的交流测试信号，多数情况下，对同一端口调转信号后测到的曲线和原曲线是对称的，也就是说不能提供更多的故障信息。采用对称方式更多是为了方便故障分析，提高使用效率。不过也存在不对称情况。(2)非对称含参考脚(3)非对称不含参考脚所谓含参考脚是指要测试1脚对1脚、2脚对2脚、N脚对N脚组成的端口。正常情况下，这种端口曲线一定是条短路曲线，否则，可能存在其他问题，此时所有与该脚组成的端口曲线不可信。即含参考脚有利于提高测试可靠性。2自动、手动曲线灵敏度选择ASA测试是依据两条曲线的形状差异来检测故障的，但是，测试数据的差异，与把数据以曲线的形式显示出来后，曲线之间的差异并不成正比。用机械式万用表为例，指针越接近中央位置，同样比例的阻值变化引起的指针摆幅越大，即指针位置关于故障的灵敏度越高。ASA曲线可以证明，在电压一电流坐标下（VI曲线），曲线的整体走势越接近45，对故障的灵敏程度越高；如果测试曲线是一个封闭图形，如电容，曲线包围的面积越大，对故障的灵敏度越高。为了得到较高灵敏度的曲线，可以调整测试信号的输出电阻。其值越接近被测结点的等效电阻值，得到的曲线灵敏度越高。汇能测试仪允许手动自动选择较高灵敏度曲线。手动选择时利用测试软件允许按端口设置测试参数的特点，对任意一条曲线可以修改测试参数后重测，由使用者判断、选择灵敏度较高的曲线。手动调整的缺点是麻烦，当曲线很多时很难逐一观察选择，另外当曲线形状不规则时，往往很难直观判断什么样的匡线灵敏度更高一些；自动调整是用算法自动选择灵敏度较高白曲线。自动选择所需的测试时间相对较长一些。3按端口设置测试参数、重测并非同一个器件的所有管脚都适用于同样的测试参数。例如集电极开路器件的输出往往耐压较高，多用于驱动数码管、继电器等，而输入一般是标准电平，所以对于输出、输入的测试信号的幅度应该不同，才能达到全面检测的目的。汇能测试仪有普通设置和特殊设置两个设置窗口。普通设置对所有的端口有效，而在特殊设置中可对少数特殊端口进行重设。特殊设置的优先级别高于普通设置。在完成测试后，如果对测试结果不满意，还可以利用单曲线处理功能，用鼠标选中不满意的曲线，打开该曲线的设置窗口，重设后重测该曲线。八、提高测试可靠性实际使用中，大致有以下原因导致不能得到真实的节点曲线，从而引起故障误判。测试可靠性指测试仪能够识别出不真实的ASA曲线的能力。1接触问题接触问题是影响故障判断的常见问题之一。当测试到开路曲线的时候，可能是由于接触问题如器件管脚氧化、防锈涂层未打磨干净、测试探头磨损等原因所引起的，所以在实际使用中，一旦发现开路曲线，都要检查、处理，然后重测，以免得到虚假曲线。但当一次测试要处理成百上千条曲线时，依靠人工来找出开路曲线很不现实，因此，汇能测试仪设有自动判断开路曲线的功能，在所有测试后得到的曲线中，只要存在开路曲线，就给出提示信息，用户可以根据提示很容易找到它的所在。2曲线稳定性问题由于被测电路本身的原因，导致在同样的测试条件下，每次测到的曲线都不相同称之为曲线不稳定，其原因如下：(1)自激导致的不稳定尽管ASA测试使用谐波分量最小，导致自激可能性最小的正弦波作为测试信号，但电路结点的电特征千差万别，ASA测试将一个正弦波注入电路结点，某个结点可能正好在这个频率下出现自激，造成曲线不稳定。自激曲线的现象是大面积散点，并且没有最终的稳定状态。更换测试信号频率即可消除。(2)过渡过程导致的不稳定当结点的充、放电常数相差较大时所导致。现象是当反复测试时，曲线逐步向一个稳定状态靠近，有一个最终的稳定状态。(3)测试MOS器件时的不稳定前两种不稳定主要发生在电路板测试时，而这种不稳定主要发生在测试单独的MOS器件时。原因是器件中的MOS晶体管随测试信号上升、下降的开关过程不同。现象是曲线上下跳，似乎是两条稳定曲线轮流出现一样。测试时只要把器件的电源脚和地脚都接地就可消除。不稳定曲线容易导致误判。但当一次测试要处理成百上千条曲线时，依靠人工来发现不稳定曲线很不现实，因此，汇能测试仪设有自动判断曲线是否稳定的功能，在所有测到的曲线中，只要存在不稳定曲线，就给出提示信息，用户可以根据提示很容易找到它的所在，然后按上述方式处理、重测即可。九、改善人一机界面和使用效率1测试结果索引方式当一次处理成百上千条曲线的时候，能否快速检索会影响使用效率。使用中主要有以下三种检索要求：迅速找到异常曲线，比如：开路、不稳定、比较超差曲线；迅速找到某个端口的曲线；迅速找到某个曲线所属的端口。汇能测试仪采取了以下措施：(1)将全部曲线分页如果是单端口测试，所有曲线安排成一页；如果是多端口测试，与第一脚组成的端口的曲线为第一页，与第二脚组成的端口曲线为第二页等等。支持向上、向下翻页；(2)设置了总提示和页提示如果所有页的曲线中有一根异常曲线，总提示就会给出有错的提示信息；如果错误在当前页，则会同时给出当前页有异常曲线的提示，这样，用户可首先根据总提示确定是否存在问题曲线，如果有，再利用上、下翻页功能，很快找到有错误的页；(3)页内曲线排列方式在学习曲线时，有两种曲线排列方式：a先异常、后正常排列方式由于学习时主要关心异常曲线，所以通常使用这种方式，将异常曲线排列在前面，便于处理；b.管脚顺序排列方式。在曲线比较时，支持三种曲线排列方式：a.按误差减小的顺序自动将误差较大的比较结果排在前面。由于比较时主要关心超差曲线，所以通常使用这种方式，便于处理；b.按误差增加的顺序自动将误差较小的比较结果排在前面；c.按管脚顺序排列曲线。(4)由曲线索引端口先通过上下翻页找到与所需管脚组成的曲线页（单端口方式只有一个曲线页）。若（管脚）曲线较多，超出了一屏的显示范围，可以用鼠标拖动滑动条滚屏，把所需曲线滚到可显示区域；(5)由端口索引曲线对一个40脚的器件做完多端口测试后，使用端口索引曲线能迅速找到某个端口的曲线。例如由20脚和5脚组成的端口曲线，此时只需打开端口索引窗口，在选择栏里用鼠标点一下20，第20页立即成为当前页，再点一下5，该端口曲线就会自动滚动到合适位置显示出来，十分便捷。2三种曲线多数情况下，在电压一电流坐标上观察ASA曲线，但对有的测试结果，换一种显示方式可能更容易理解，更容易把问题的本质暴露出来。汇能测试仪支持三种显示方式：电压一电流坐标、时间一电压坐标和电压一电阻坐标。3单曲线处理当索引到所需曲线后，用鼠标双击曲线，测试仪将仅仅重测这条曲线，其他曲线不受影响。还