电路板维修中故障的分析判断.doc

实用技术电路板故障的分析查找及修复成都贝尔通讯实业有限公司 钟国键摘要：对终端型通信产品的维护和故障维修已经相当普及，本文对常见的ADSL MODEM故障进行了分析，列举了维修实例。关键词： 器件故障电路板的故障因素主要为：器件故障；线路出现短路、断路；程序出错丢失；可调量值（如电位器等）变化等。这是我们在电路板实际维修中得出的结论。经统计，器件故障占到85%左右。因此，根据器件的不同故障类型快速、准确地查找出损坏器件，是维修过程中面对的主要矛盾。一、器件的功能故障和参数故障器件故障通常分为功能故障和参数故障。1、器件功能故障其表现形式是器件不能实现其基本功能。例如：电源模块没有输出、电容电阻烧断、反相器不能反相，放大器不能放大等。功能故障的表现形式相对比较明确和单一，通常我们称为“硬故障”。2、器件参数故障其表现形式是器件不能很好地完成功能。例如：电源模块虽有输出，但电流电压不足、反相器虽能反相，但扇出能力下降；放大器能放大，但处理精度下降；程序出错等。器件出现功能故障一定有参数故障，器件出现参数故障不一定有功能故障。参数故障表现形式相对多样，通常我们称为“软故障”。二、故障器件的特点电器设备内部的电子元器件虽然数量很多，但其故障却是有规律可循的。 1、电阻损坏 电阻是电器设备中数量最多的元件，电阻损坏以开路最常见。常见电阻有碳膜、金属膜、线绕和保险几种。前两种电阻应用最广，其损坏的特点一是低阻值（100以下）和高阻值（100k以上）的损坏率较高；二是低阻值电阻损坏时往往是烧焦发黑，很容易发现，而高阻值电阻损坏时很少有痕迹。线绕电阻烧坏时有的会发黑或表面爆皮、裂纹，有的没有痕迹。水泥电阻是线绕电阻的一种，烧坏时可能会断裂，否则也没有可见痕迹。保险电阻烧坏时有的表面会炸掉一块皮，有的也没有什么痕迹，但绝不会烧焦发黑。根据以上特点，在检查电阻时可有所侧重，快速找出损坏的电阻。2、电容损坏 电容的主要作用是稳压和滤波，如果电容损坏，会导致电子元件在不恒压恒流的状态下，导致电器不正常工作，影响电子元件寿命。电容的寿命与环境温度直接有关，环境温度越高，电容寿命越短，这个规律不但适用电解电容，也适用其它电容。在电路板维修中寻找故障电容时应重点检查和热源靠得比较近的电容，如散热片旁及大功率元器件旁的电容，离其越近，损坏的可能性就越大。电容的几种常见故障： 短路（击穿）；开路（断线）；漏电；容量减少。可以用万用表来检测这四种常见的故障。有些开路的贴片电容用眼睛就可以看出来，它们往往在外表上有洞、外表损坏或呈断裂状。电解电容在电器设备中的用量很大，故障率很高。查找损坏的电解电容方法有以下几种：（1）看：有的电容损坏时会漏液，电容下面的电路板表面甚至电容外表都会有一层油渍，这种电容绝对不能再用；有的电容损坏后会鼓起，这种电容也不能继续使用；（2）摸：开机后有些漏电严重的电解电容会发热，用手指触摸时甚至会烫手，这种电容必须更换；（3）电解电容内部有电解液，长时间烘烤会使电解液变干，导致电容量减小。测试电容的的主要技术参数有：电容量；耐压；误差等。3、二、三极管等半导体器件损坏二、三极管的损坏一般是PN结击穿或开路，其中以击穿短路居多。此外还有两种损坏表现：一是热稳定性变差，表现为开机时正常，工作一段时间后，发生软击穿；另一种是PN结的特性变差，用万用表R1k测，各PN结均正常，但上机后不能正常工作，如果用R10或R1低量程档测，就会发现其PN结正向阻值比正常值大。测量二、三极管可以用指针万用表在路测量，较准确的方法是：将万用表置R10或R1档（一般用R10档，不明显时再用R1档）在路测二、三极管的PN结正、反向电阻。如果正向电阻不太大（相对正常值），反向电阻足够大（相对正向值），表明该PN结正常，反之就值得怀疑，需焊下后再测。这是因为一般电路的二、三极管外围电阻大多在几百、几千欧以上，用万用表低阻值档在路测量，可以基本忽略外围电阻对PN结电阻的影响。4、集成电路损坏hRS家电维修资料网-/集成电路内部结构复杂，功能很多，任何一部分损坏都无法正常工作。集成电路的损坏也有两种：彻底损坏和热稳定性不良。彻底损坏时，可将其拆下，与正常同型号集成电路对比测其每一引脚对地的正、反向电阻，总能找到其中一只或几只引脚阻值异常。对热稳定性差的，可以在设备工作时，用无水酒精冷却被怀疑的集成电路，如果故障发生时间推迟或不再发生故障，即可判定。通常只能更换新集成电路来排除。要找到故障所在必须通过检测，通常我们都采用测引脚电压方法来判断，但这只能判断出故障的大致部位，而且有的引脚反应不灵敏，甚至有的没有什么反应。就是在电压偏离的情况下，也包含外围元件损坏的因素，还必须将集成块内部故障与外围故障严格区别开来，因此单靠某一种方法对集成电路是很难检测的，必须依赖综合的检测手段。现以万用表检测为例，介绍其具体方法。 我们知道，集成块使用时，总有一个引脚与印制电路板上的“地”线是焊通的，在电路中称之为接地脚。由于集成电路内部都采用直接耦合，因此，集成块的其它引脚与接地脚之间都存在着确定的直流电阻，这种确定的直流电阻称为该脚内部等效直流电阻，简称R内。当我们拿到一块新的集成块时，可通过用万用表测量各引脚的内部等效直流电阻来判断其好坏，若各引脚的内部等效电阻R内与标准值相符，说明这块集成块是好的，反之若与标准值相差过大，说明集成块内部损坏。测量时有一点必须注意，由于集成块内部有大量的三极管，二极管等非线性元件，在测量中单测得一个阻值还不能判断其好坏，必须互换表笔再测一次，获得正反向两个阻值。只有当R内正反向阻值都符合标准，才能断定该集成块完好。 在实际修理中，通常采用在路测量。先测量其引脚电压，当测量值与正常值不相符时,应根据该引脚电压,对IC芯片正常值有无影响以及其它引脚电压的相应变化进行分析; IC芯片引脚电压会受外围元器件的影响，当外围有漏电,短路，开路或变质等; IC芯片部分引脚异常时,则从偏离大的入手，先查外围元器件,若无故障,则IC芯片损坏；如果电压异常，可断开引脚连线测接线端电压，以判断电压变化是外围元件引起，还是集成块内部引起。也可以采用测外部电路到地之间的直流等效电阻(称R外)来判断，通常在电路中测得的集成块某引脚与接地脚之间的直流电阻(在路电阻)，实际是R内与R外并联的总直流等效电阻。在修理中常将在路电压与在路电阻的测量方法结合使用。有时在路电压和在路电阻偏离标准值，并不一定是集成块损坏，而是有关外围元件损坏，使R外不正常，从而造成在路电压和在路电阻的异常。这时便只能测量集成块内部直流等效电阻，才能判定集成块是否损坏。根据实际检修经验，在路检测集成电路内部直流等效电阻时可不必把集成块从电路上焊下来，只需将电压或在路电阻异常的脚与电路断开，同时将接地脚也与电路板断开，其它脚维持原状，测量出测试脚与接地脚之间的R内正反向电阻值便可判断其好坏。 集成电路常用的检测方法有在线测量法、非在线测量法和代换法。 hRS家电维修资料网-/ 非在线测量应在集成电路未焊入电路时，通过测量其各引脚之间的直流电阻值与已知正常同型号集成电路各引脚之间的直流电阻值进行对比，以确定其是否正常。 hRS家电维修资料网-/在线测量是利用电压测量法、电阻测量法及电流测量法等，通过在电路上测量集成电路的各引脚电压值、电阻值和电流值是否正常，来判断该集成电路是否损坏。 hRS家电维修资料网-/代换法是用已知完好的同型号、同规格集成电路来代换被测集成电路，可以判断出该集成电路是否损坏三、故障修复实例故障产品：天邑ADSL MODEM 型号HASB-100。产品外观有4个指示灯，分别是power、link、data、ethernet。故障现象：开机后4个灯都不亮。检查步骤和解决办法：1、 由于没有原厂电路图所以只能靠经验和了解所用器件的特性来对故障件进行维修。2、 开机后4个灯都不亮，所以首先确定的故障是电源没有。先检查电源输入及周边电路。先甩开modem的电源开关，直接用带输出保护的直流稳压电源（0-15V,0-1A）给故障件供电，结果直流稳压电源显示电流过大，超过500MA，故判断故障件内部有短路。接下来重点检查电源模块及周边电路。3、 断开直流电源，先用眼仔细观察电源模块U601,U802（型号EST MC34063 812619）周围的辅助电路是否有电阻烧断、发黑、发焦，再仔细看电容是否有鼓包、表面缺失、漏液等现象，结果没有发现异常，用三用表测量二极管是否短路，检查结果是这些器件都是好的。再检查VR26固定电压调节器，固定电压调节器型号是SE8117T33 0633-F,在网上查找该器件的资料，该器件为3.3V电压调节器。 4、用三用表低电阻档测量固定电压调节器的出脚间电阻，3脚和1脚之间的电阻为0欧姆，调换表笔再测试，1脚和3脚间电阻仍然为0欧姆，为确定固定电压调节器是否真的击穿，把固定电压调节器焊离印刷板，再测试，结果固定电压调节器的3脚和1脚之间就没有短路的现象了，而电路板上的1脚和3脚仍然处于短路状态。这时检查与第1和第3脚相连接的其他分离元件，没有发现短路和开路的器件。说明短路的器件还没有找到，就决定再往下面查，看能否找到短路的器件。5、 电压调节器所接的主管网络部分主要的集成块U10是REALTEK RTL8201CL，用三用表对IC块8201进行详细的检查，由于用低电阻档测量其每个出脚对地脚的电阻值，测试后再调换表笔逐一测试，发现多个出脚对地脚的电阻为零,多个出脚之间电阻为零。为避免周边电路对测试的影响，把8201从印刷版上焊开，这时再用三用表低阻档测试固定电压调节器SB8117T33的1脚和3脚之间是否短路，结果故障消失，遂判定为该IC内部短路。用完好且相同型号的集成块替换原短路的集成块，再用三用表测试固定电压调节器的第1脚和第3脚之间电阻，没有出现短路的现象。6、 重新对该机加电，这时仍然甩开按钮开关，用带自保护的直流稳压电源（0-15V,0-1A）对设备加电，电压电流指示正常，这时modem的电源指示灯亮，说明已经有供电了，原无供电故障排除。7、 有了供电接下来对其它功能进行测试，把modem与电脑和网络相连，这时电脑上显示是本地（Ethernet）连接不上，由于负责本地连接的集成块仍然是8201，所以再重点检查集成电路8201及其周边电路。把modem断电后，先用眼仔细观察modem电路板上有无电阻电容有无断裂、漏液、变形、烧焦等现象。在检查过程中发现连接集成电路8201周边的c859和F817表面出现一个小洞，显示烧坏的痕迹，再用万用表测试这2个器件, 测试结果是电容容性失效,电感断开。8、 该电容和电感断路可能是周边器件引起，也可能影响周边电路，所以逐一对周边电子器件检查。在检查网络变压器时,发现网络变压器器件MT10232ANL有组线圈断路，卸下该器件，发现该器件也有被打坏的痕迹，其出脚处的外壳被打飞了一块。更换完好同型的器件MT10232ANL。9、 更换好MT10232ANL后再用带自保护的直流稳压电源（0-15V,0-1A）对设备加电，加电后各指示灯无异常，连接计算机和网络进行上网测试，结果发现wan异常，检查集成块BAZ-3882周边电路。发现其输入端所连接的电阻和三极管损坏，BAZ-3882本身也损坏呈现内部短路的状态。更换损坏电阻、三极管和集成电路3882后，重新加电测试，故障现象消失，至此该modem的故障全部排除。最后用所匹配的电源稳压器加电测试，所有功能正常，最后进行ping测试看是否有掉包现象。四、故障原因分析1、本地无法连接的故障在电源正常的情况下，把这台型号为HASB-100 的天邑ADSL MODEM与电脑和ADSL网络相连，点击电脑中的网络连接，显示为本地无法连接。所以我们需要先看网络接口模块的输入和输出状态。该台ADSL MODEM与网络接口集成电路的RJ45是按图1方式接入的。TXD3:0CPURTL8201网络隔离变压器RJ45RXD3:0RXCLKCRSCOLRXDVTX+TX-RX+RX-TX+TX-RX+RX-图1 RTL8201与网络隔离变压器连接示意图在RTL8201的信号发送和接收端通过网络隔离变压器和RJ45 接口接入传输媒体。我们先测量网络隔离变压器MT10232ANL,发现其次级线圈所连接的电容C589和电感F817外表有烧出的小洞，而故障器件网络变压器MT10232ANL，在卸下电路板后见其出脚处外壳也被打飞了一块皮，对MT10232ANL测试，发现其 11脚、12脚和10 脚之间断路，由于其断路，所以MT10323ANL无法将RJ45上接受的的信号传达到MT10323ANL的第15脚、16脚上，而MT10323ANL的第15脚、16脚上所连接的电容和电感也断路，集成块8201上的TPRX+和TPRX-上就没有信号输入，当然整个物理层的连接就没有形成。集成块8201没有正常的工作，所以电脑显示就是本地没有连接。虽然在电路中使用隔离变压器 可以起到接口免受高频瞬态干扰损坏，起到对接口电路及后级电路的安全隔离、保护的作用。但是在很多情况下，单单只使用隔离变换器还不能达到隔离保护的作用。实际上，只要电路输入端有浪涌脉冲发生的可能，或者输入端的电源不稳定，电路中还是会存在高频瞬态干扰的，这将会对电路造成很大损坏。对于幅度很高的瞬态干扰，如果不加以适当防护，就会损坏各类通信接口，甚至损坏后级电路。对于这种瞬态干扰，可以采用隔离或旁路的方法加以防护。在以太网设备中，通过PHY接RJ45时，中间加了一个网络变压器，这个网络隔离变换器主要起隔离外接口电路和保护后级电路的作用。在本故障设备中由于强电流和高压的袭击，造成了网络隔离变压器MT10232ANL初级线圈的熔断及次级线圈所接电容、电感的开路，虽然其初级采取了一些保护措施如电阻和电容接地，用以释放瞬间的干扰，但是过强的电流和过高的电压还是通过次级对后级电路造成了很大的影响并使次级电路所接的电容和电感断路，还损坏了后级的网络接口电路以太网物理层收发器。其实在这款modem的电路中还是设计了保护电路，它利用隔离变压器的漏电感、端子的对地放电及对地电容，就可以使雷电波，特别是其高频部分，导入大地而不进入变压器，从而使次级所接电路免受雷电的损害，由于保护电路来不及在极短的时间内泄放掉雷电波，造成初级线圈的短路，并在短时间内熔断了初级线圈。同时强大的雷电也耦合到次级，将次级电路所接的电感和电容瞬间击穿，并对与之相连的集成块8201造成损坏。网路隔离变压器线圈的断路是造成网络无法连接的直接原因。2、集成电路内部短路的故障紧接前述集成电路8201短路的现象，现在来分析引起它短路的原因：由于没有图纸，只有在网络上收集RTL8201BL的相关资料。RTL8201BL是一款单芯片单端口的10/100m 快速以太网物理层收发器，只有一个MII/SNI（媒体独立接口/串行网络接口）接口。它实现了全部的10/100M以太网物理层功能，包括物理层编码子层（PCS），物理层介质连接设备（PMA），双绞线物理媒介相关子层（TP-PMD），10Base-Tx编解码和双绞线媒介访问单元PECL接口支持连接一个外部的100Base-FX光纤收发器。 RTL8201BL可以在NIC，MAU，CNR，ACR，以太网HUB，或以太网交换机中使用。另外，它也可以用于任何有以太网MAC并且需要一个物理上的双绞线连接或一个光纤PECL接口以连接一个外部的100base-FX 光纤收发器模块的嵌入式系统。 它是一款48引脚LQFP封装的集成电路 其结构框图和各项参数可在上找到，此处省略。先前发现8201功能损坏，内部电路短路，经分析是外部接口电路的不正常引起的，而8201的最直接的外接口电路就是网络接口，见表1。表1 100Mbps网络接口符号 类型 引脚编号 描述 TPTX+ TPTX- O O 34 33 传输输出（Transmit Ouptput）：由100Base-TX，100Base-FX和10Base-T模式共享差动双绞线。当配置为100Base-TX时，输出MLT-3编码波形。当配置为100Base-FX时，输出是准ECL（pseudo-ECL）电平。 RTSET I 28 传输偏压电阻器连接（T