TH4040-II功能简介.doc

TH4040-电路在线维修测试仪 功 能 简 介一、序言TH系列测试仪已推出数十年。一方面渐入人心，一方面用户也有了更高的要求。我公司集多年不懈努力，成功研制出换代产品TH-系列，把TH测试仪发展到了一个新的阶段，能够更好的满足用户的实际需求。从测试技术方面来看，TH测试仪是“后驱动”、“器件模拟端口分析（ASA）”测试技术的简单使用，而TH-系列是在跟随这两项技术在国际上的最新发展，在总结了多年来的实际应用经验的基础上重新设计而成，因而有更好的测试效果；从产品的软、硬件实现技术方面来看，TH软件脱胎于DOS系统，主要由中小规模集成电路组成，而TH-系列完全在Windows平台上打造，大量采用了大规模EPLD、表面贴装器件等现代电路设计技术，因而具有更友好的人-机界面，更高的技术指标和可靠性。全面提高技术水平的目的，是改进、扩充测试功能。为突出重点，首先在本文中介绍对两个最常用的测试功能：“ASA（VI）曲线测试”、“数字器件在线功能测试”的改进。（注意相同之处不再赘述，请参见TH测试仪的相关说明）。我们将在以后的文章中，介绍其它方面的改进。需要说明的是，市场上的TH系列测试仪有几个版本，总体水平差别不大，仅软件界面形式略有不同。本文主要以其中一种作为参照。二、对ASA（VI）曲线测试的改进2.1 大大扩展了故障覆盖范围这里扩展范围，是指TH测试仪不能测试，或测试效果不好，而TH-能够测试，或测试效果有较大改进。2.1.1 测试三端器件TH测试仪不能全面检测三端器件的好坏。TH-彻底解决了这个问题。三端器件是指闸流管（可控硅）、MOS三极管、电压调节器等具有三个引出端，以及光藕、继电器等可以等效成三个引出端的器件。下面以闸流管（可控硅）为例，来说明TH-如何改进了对此类元件的测试。用TH测试闸流管，当ASA（正弦）测试信号加在它的阳极和阴极之间时，控制端没有信号，闸流管处于截止状态，所以从曲线上只能观察到截止状态是否正常（两极之间是否短路、或有较大漏流），不能发现导通状态是否正常。比如，会把阳极和阴极开路的故障误判成截止状态正常。TH-设计了一个脉冲信号，测试时加在闸流管的控制端，控制闸流管在ASA（正弦）测试信号期间出现导通、截止两种状态，实现了对闸流管进行全面的检测。例1：用TH-测出的无故障闸流管的曲线图中横线是否足够水平反映了截止状态是否够好、竖线是否足够垂直反映了导通阻抗是否足够小、竖线与纵轴的间距就是导通电压的大小。（TH测试仪只能测出一根水平线。）测试不同的三端器件需要不同的控制方式正弦波和脉冲的匹配（同步）形式。为了更好地满足测试各种三端器件的不同要求，在TH-上共设置了八种匹配方式脉冲相对于正弦波的起始、结束位置及宽度、高度均可调整；支持单向触发、双向触发。详细情况请参见产品使用说明。2.1.2 自动曲线灵敏度调整TH测试仪没有ASA曲线对电路变化（故障）的自动灵敏度调整功能，有些本该能够检测出来的故障因此不能发现。我们来比较下面三组电阻的ASA曲线。 0.1K/0.15K 1K/1.5K 10K/15K第一组显示了0.1K和0.15K电阻的VI曲线；第二组1K和1.5K；第三组10K和15K。尽管实际电路的相对变化大小完全相同，但看上去中间两条曲线差别大，两边的要小得多。我们说，中间组的曲线灵敏度高，而两边组的灵敏度低。由于ASA测试是通过曲线位置差异大小来发现故障的，所以，在故障测试中很可能只判断中间组有问题。可以证明，VI曲线的走向趋势越接近45度，反映电路变化的灵敏程度越高；如果VI曲线是一个封闭图形，曲线包围的面积越大，灵敏度越高。曲线的灵敏度与被测试点的特征和测试参数相关。依据具体的结点特征，调整测试参数，从而得到较高灵敏度的曲线，叫做调整VI曲线（关于电路故障的）灵敏度。TH-新增加了自动曲线灵敏度调整功能。对于上面三种情况，在选中自动灵敏度调整后，测到的三组曲线都和中间组一样。2.1.3 测试大电容TH只能测试最大约两、三百微法的电解电容的好坏。TH-把检测范围扩大到了两万微法以上。排查电路板上容量较大的电解电容的漏电、容量变化导致的故障，是一件相当令人头痛的事情。对维修测试来说，利用ASA曲线测试进行检测可能是最好的办法。但是TH测试仪的测试范围小，当容量到几百微法以上时，本该是一个椭圆的电容ASA曲线就蜕化成了一根短路线（所包围的面积趋于零），根本无法判别出好坏。TH-加宽了测试仪的技术指标，对于高达两万多微法的电容，都能测出一个包围了相当面积的椭圆。2.1.4 给同一器件的不同管脚设置不同的测试参数TH没有这个功能，导致对有的器件测试效果差，有的器件无法测试。用TH测试仪测试一个有多个管脚的器件的曲线，所有管脚都只能使用同样的测试参数，所有管脚都要依次测试一遍。但实际检测中，确实存在不同管脚最好使用不同测试参数，来保证最好测试效果、个别管脚不允许测试的情况。比如，集电极开路器件7403的输入是标准TTL电平，而输出最大耐压可达32V，常用于驱动数码管、继电器等。测试这种器件，测试输入、输出脚的信号幅度要分别设置：对输入应设在略大于5V；对于输出应设置在略大于负载电压，小于32V之间（比如驱动12V数码管时一般用15V），才能达到全面检测的目的。TH测试仪不能满足这种使用要求。还有，电路板上带电池的存储器里面有数据，在它的电源端、片选端不能加任何测试信号，否则会导致数据丢失。TH测试仪不能测试这类器件。TH-测试仪考虑到了这些情况。允许分管脚设置测试参数，也允许指定不做测试的管脚。2.2 大大提高了测试可靠性测试可靠性是指测试结果能真实反映实际情况，不会导致用户误判故障的能力。2.2.1 曲线稳定性问题TH测试仪不能发现不稳定曲线，会把好电路误判为有故障。即使电路完全没有故障，也存在这样的情况在同一个管脚上，每次测到的曲线有明显不同。这种情况叫做该处的曲线不稳定。产生不稳定曲线的原因以及如何让曲线稳定下来的办法请参见“电路在线维修测试仪上的ASA测试”。设备管理与维修2006.6,2006.7。但测试仪首先要能够把不稳定曲线识别出来，然后才谈得到处理，否则就可能把好电路误判为有故障。TH-能够把不稳定曲线识别出来，并且能具体指示出哪一个管脚上的曲线不稳定，这无疑有助于提高测试结果的可靠性。2.2.2 接触问题使用测试夹学习ASA曲线的时候，器件管脚氧化、防锈涂层未打磨干净、测试夹引脚磨损等原因，经常造成夹子引脚与器件引脚接触不上，结果学习到了一条虚假的开路曲线；比较曲线时也有同样问题。这种不可靠的曲线会导致误判，所以在实际使用中，一旦发现开路曲线，都要再次确认，比如打磨该引脚后重测。问题在于使用测试夹测试时，一次测试要处理许多条曲线。曲线多了以后，往往不能在一屏上一起都显示出来。象TH测试仪那样，靠人工从许多条曲线中确认有无开路曲线，得来回翻屏或滚屏，不但效率低，而且容易漏检。TH-设计了自动开路曲线侦测、提示功能。在一次测试到的所有曲线中，只要存在开路曲线，会给出多种提示信息。根据提示很容易找到它在哪个管脚上，很难漏检。2.2.3 平均曲线当测试大量的相同对象（比如一批同样的电路板或相同器件）时，使用从哪个好的电路板或器件上学习到的曲线作为参照标准为最好呢？使用TH-测试仪，可以先学习几个好的电路板或器件，得到多个文件，然后利用平均曲线功能，把这些文件中的曲线自动求平均后，再自动生成一个新的曲线文件，作为以后的测试比较标准。该功能通常用于建立高质量的标准曲线库。2.3 大大提高了使用效率2.3.1 迅速发现并找到异常曲线（开路、不稳定、比较超差）用测试夹进行测试时，一次会提取、显示出多条曲线。如何才能迅速判定这些曲线中是否有异常曲线（开路、不稳定、超差），并迅速找到异常曲线呢？使用TH，需要用户把所有曲线逐一检查一遍后进行判断。不但效率，而且容易漏判。为此，TH-增加了新的显示手段。1前面已经说明，TH-能够自动检测异常曲线。在一次测试中哪怕只有一条异常曲线，首先在屏幕上部显著位置提示：有开路曲线或有不稳定曲线或比较超差，以引起用户注意； 2在学习曲线时，增加了按先异常、后正常排列方式，将异常管脚曲线排列在其它管脚曲线的前面； 3在曲线比较时，增加了按曲线误差大小顺序排列的方式，自动将误差较大的曲线排在前面（由于比较时主要关心超差曲线）；4打开管脚列表窗口，直接提示在管脚号的旁边。2.3.2 测试指定曲线一次测试了多条管脚曲线后，可能对某个管脚曲线有疑问，或不太满意。比如，有异常曲线，要进行适当处理（比如对开路曲线，打磨该管脚）后重测；或者想修改某条曲线的设置参数后，再重测该条曲线，观察其变化。使用TH-，在做完处理后，你只要用鼠标双击某曲线，就将仅仅测试这条曲线，其它曲线完全不受影响。方便、快捷。2.3.3 由管脚号查找曲线当一次测试的曲线较多，一屏显示不下时，要来回翻屏或滚屏才能查看某个管脚的曲线，影响效率。TH-增加了直接从管脚号查找曲线的功能。只要在脚号列表窗口中双击某脚号，就自动把该管脚的曲线移到屏幕显示区，并用彩色框框起来。十分快捷。2.3.4 声音提示双探棒直接对照测试方式相当常用。用TH进行测试时，每测试一个引脚，要先低头把两个探棒稳定接触在相应被测管脚上，然后再抬头看屏幕确认对照结果，一上一下，有人开玩笑称为“鸡啄米”。当处理的脚数多时，相当辛苦且影响效率。TH-上设置了声音提示。只要比较不超差（这是大多数情况），计算机就发出“嗒嗒”的提示声，类似于使用万用表的BEEP挡，基本解决了这个问题。2.4 大大改善了人-机界面友好程度2.4.1 三种曲线坐标TH只在电压(V)-电流坐标(I)上显示器件的端口特征曲线，这也是通常把ASA测试叫做VI曲线测试的原因。但对有的测试结果，换一种坐标可能更容易理解曲线所反映的电路问题。这就好比解析几何中有直角坐标系、又有极坐标系一样。TH-测试仪提供三种坐标：电压(V)-电流(I)坐标、时间(T)-电压(V)坐标和电压(V)-电阻(R)坐标。下面给出无故障闸流管在两种不同坐标下的曲线。 电压(V)-电流(I)坐标 时间(T)-电压(V)坐标注意右边的曲线。在测试（正弦）信号的四分之一处，控制极上的触发信号使闸流管导通，曲线变成一段水平线。水平线距横轴的距离就是闸流管的饱和电压。2.4.2 在曲线上提示参数（Tooltips）把鼠标光标放在曲线上，TH-利用Tooltips技术显示出光标处的参数。十分方便。请参见上图。2.4.3 管脚命名TH在管脚曲线上提示的管脚号只是阿拉伯数，并且所有管脚只能按数字顺序一维排列。这在有些时候极为不方便。比如，有的器件管脚是两维排列的。横着数是a、b、c，竖着数是1、2、3。b3表示位于第二列，第三行的管脚；有的电路板外引脚有上百个，对有的特别引脚会有专门标识常见的是标识它上面的信号名称。如果只能用一维数字作为管脚名，查找起来极为不便。TH-既能够自动对管脚按一维排列方式分配管脚序号，也允许用户给管脚命名。序号和用户命名同时提示在相应曲线上。查找起来非常方便。2.4.4 自定义曲线显示颜色不同人对颜色有不同偏好。长期工作在不舒服的颜色下易于疲劳。TH-允许用户修改曲线、坐标、字符、背景等的颜色设置。为自己营造一个较为舒服的工作环境。三、对数字器件在线功能测试的改进数字器件在线功能测试，是指对电路板上的器件直接进行逻辑功能好坏的检测。对这项功能的改进主要包括三个方面：1 加强对测试条件的检查能力；2 加强用户对测试过程的控制；3 加强对被测试器件的在线工作环境的识别能力。通过上述改进，有效提高了测试结果的准确性。3.1对测试条件检查能力的加强3.1.1 接触检查测试夹与被测器件接触不好可能会造成错误测试结果。TH-在检查到测试夹引脚对地电阻大于约1M欧时，会提示接触不良（开路）。不过提示开路不一定总有接触问题。比如使用在线测试功能，测试处于离线状态的CMOS器件时，由于这种器件的输入阻抗很高，所有输入脚都会判成开路。实用中如果测试失败并且提示有开路状态，应确认是否属于正常情况。如果测试成功，一般可忽略。3.1.2 电源电压检查这项测试要求必须给被测电路板加电。TTL器件的标称工作电压是5V5%。电源电压不达标有可能导致器件工作不正常。TH-在测试前会自动检查器件上的电压是否达标。当电源电压超限时，将给出警告提示；3.1.3 非法电平检查本测试仪仅支持5V的TTL、CMOS器件的测试。正常情况下器件所有管脚上的电平值总在大于0V，小于5V之间。但对一个有故障的电路板来说，什么情况都有可能发生。TH-在测试时一旦检测到器件上有超过电压区间20%的电平值，将立即给以提示。为了安全起见，不再继续测试下去。3.2对用户控制测试过程的加强3.2.1 调整阈值电平当TTL器件的输出低于0.8V，说它输出为低（电平）；高于2.4V，说它输出为高（电平）。这里的0.8V，2.4V就是TTL的低、高标准阈值电平。大致上说，器件的高电平越高，低电平越低越好。TH的阈值电平是做死的，不能调整。TH-从硬件上进行了扩充，允许用户修改阈值电平。比如，允许设为0.5V，3.0V进行测试。这是一项很有价值的改进。实用经验表明，使用在线维修测试仪测试一个真正好的TTL数字器件，它的高电平会远高于标准高阈值2.4V，低电平比标准低阈值0.8V低很多。究其原因，可能是在线维修测试仪的测试速度比器件的实际工作速度低很多，分布参数造成的负载轻很多；反之，如果测试到一个器件的高、低电平很接近标准阈值，这往往表示该器件的驱动能力已明显下降，虽然能通过测试，但不能保证上机正常工作，最好换掉。3.2.2 修改测试频率TH-的测试频率分4档可选：45Ktv/S，20Ktv/S，5Ktv/S，1 Ktv/S（Ktv/S=千条测试向量/每秒）。缺省值为20Ktv/S。实际测试时，可根据具体情况选用。比如74HC类低功耗器件，测试失败后可降低速度再试一次。3.2.3 加电延迟时间在进行测试时，TH-自动控制给电路板加电测试一个器件的瞬间接通电源，测试完成后关断。这样的好处是避免用户误操作损坏电路扳，带来的问题是由于电路板上一般有较大电源滤波电容，加电后，电路板上的电源电压是逐步上升的，需要延迟一段时间后才能达到预期值。不同大小的电路板需要的延迟时间不同。所以TH-允许用户设定接通电源延迟多长时间后开始测试。3.3对器件在线工作环境识别能力的加强 测试电路板上的器件时必须使用适当的隔离技术来消除关联器件对被测试器件的影响。后驱动隔离技术专门用于数字器件的在线测试隔离。后驱动技术有一定的使用条件，不满足这些条件就会由于隔离不成功而测试失败，把好器件测成坏器件。对在线器件工作环境的识别，就是尽量把影响后驱动技术正确使用的情况检查出来，避免误判。3.3.1后驱动技术原理及应用中的问题后驱动技术是美国人在上世纪60年代发明的。可简单说明如下：电路结点一般由器件的一个输出和若干个输入组成。参见图一。设测试U3，就要在U3各输入脚所在的电路结点上施加测试信号。由于决定结点电位的是器件输出而不是输入，参见图中的X结点，在该结点上加信号实质上是如何驱动U1的、与X引脚关联的输出，使它能够根据测试要求为高或为低。U3的输出可以直接取回来。假定X结点当前状态为低电平，怎样把它驱动至高电平呢？参见图二给出的TTL器件的典型输出结构。图一图二输出低电平时，Q1截止，Q2饱合，这个低电平就是Q2的饱合压降，约在0.3V以下。Q2的饱和条件为：2*Ib2Ic2。通过测试仪给Q2的集电极注入一个足够大的电流，使Ic2变得很大，Q2脱离饱合，它的输出就会升起来。问题在于Q2上的功耗：P=Ic2*Vce2 会随Ic2、Vce2的增加迅速增加到P Pcm（最大额定功耗）。这是否会损坏Q2呢？后驱动技术证明，只要驱动时间不超过26毫秒，不会有问题。在发达国家，满足这个时间要求的在线测试仪器允许用于军方设备。对于输出为高而要驱动为低的情况，分析方法相同，只是把向Q2集电极灌电流改为从Q1发射极拉电流。从以上对后驱动技术的说明可以看出：1 后驱动技术用于隔离数字器件之间的关联对测试的影响；2 假定一个电路结点由一个输出多个输入组成；3 被测试器件上不能有其它逻辑信号；4 不能处理异步时序电路。然而在实际电路板上，确实存在着数字器件和非数字器件关联（比如数字器件输出驱动晶体管基极、运放驱动数字器件输入）、一个电路结点上有不止一个数字器件输出（比如数据总线）、被测器件上有其它逻辑信号（比如板上有晶振）等等。这些情况经常会影响后驱动技术的正确使用（一般称作隔离不开），会导致不正确的测试结果。3.3.2 对和非数字器件相关联的处理这种情况造成隔离失败的原因，主要是结点电位被非数字器件钳死，或者驱动信号被非数字器件吸收，加不上去（也相当于电平被钳位）。下图中给出了两种常见的结构。 TH-能把这些情况识别出来，以管脚状态的形式提示给用户，当器件测试失败后，供用户进一步分析。TH-能够识别出6种与此相关的管脚状态：电 源：不可驱动至低于电源电平的10%恒 高：不可驱动至低于高阈值；不可高：不可驱动至高于高阈值；不可低：不可驱动至低于低阈值；恒 低：不可驱动至高于低阈值；地 ：不可驱动至高于0电平的10%3.3.3 对多输出结点的处理对多输出结点通常要用总线竞争屏蔽信号（GUARD信号）去解除非被测试器件的输出对被测器件输出的影响。有的版本的TH测试仪没有GUARD信号、有的版本只有1、2个GUARD信号这在许多情况下不