ASA分析測試技術(shù)在電路在線維修測試儀上的應(yīng)用

1、電路在線維修測試儀上的ASA（VI曲線）測試北京天惠維測電子有限公司 總工程師 韓熔 北京天惠維測電子有限公司地址：北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街魏公村1號郵編：100081電話88570742 傳真址： E-mail: sales本文發(fā)表于設(shè)備管理與維修2006年第6、7期.電路在線維修測試儀上的ASA（VI曲線）測試ASA(VI曲線)測試是最重要、最常用的電路在線維修測試技術(shù)之一。目前市場上的各種電路在線維修測試儀產(chǎn)品上都具有基于該技術(shù)的測試功能。由于各家對此項技術(shù)在應(yīng)用中的問題了解的程度不同，或受技術(shù)水平高低所限，導(dǎo)致不同產(chǎn)品上此項測試功

2、能差異頗大，最終是使用效果明顯不同。本文從實際應(yīng)用角度，討論了影響ASA（VI曲線）測試的故障檢出率、測試可靠性、使用效率等方面的問題，并且以匯能測試儀為例，介紹了一些如何解決的辦法。本文不僅對電路在線維修測試儀設(shè)計，而且對更具體地評價、更好地使用此項測試功能有較大參考價值。一、 ASA測試應(yīng)用特點Analog Signature Analysis(模擬特征分析)是一種廣泛應(yīng)用于電子電路板的故障檢測技術(shù)。具有以下特點：1不涉及電路原理，無需電路處于工作狀態(tài)，所以可用于沒有圖紙資料，脫離設(shè)備（無需聯(lián)機檢測）的電路板的故障檢測；2 測試時不需給電路板加電，相對更安全；3 不涉及電路板上器件的功能，

3、所以無論電路由什么類型的器件組成，包括數(shù)字的、模擬的、數(shù)?；旌系?、功能已知的、未知的（如專用、可編程）等等，均可測試；4 它是逐電路結(jié)點（器件管腳）進行測試的，基本上不受電路板上元器件封裝的限制。由于單個器件可以看成最簡單的電路板電路，所以ASA技術(shù)也能夠用于檢測電子元器件的好壞。尤其是它不涉及器件功能，不受器件封裝限制，成為許多用戶檢測大規(guī)模、復(fù)雜或功能未知集成器件好壞的唯一手段。ASA用于檢測分立元件功能好壞時，還有方便、直觀等特點。二、 ASA基本原理就基本檢測原理而言，ASA測試可以看成萬用表檢測法的自然延伸。對于無電路原理圖紙、脫離了設(shè)備的電路板，最常用的萬用表故障檢測法是這樣的：先

4、測出好板上器件管腳（實際是電路結(jié)點）的對地電阻；然后與故障板上相應(yīng)器件管腳的對地電阻進行比較，根據(jù)差異大小來判斷該結(jié)點上有無故障。由結(jié)點到具體元器件需要人工確定。許多人都用這種辦法修好過復(fù)雜、昂貴的電路板。這種辦法除了對使用者要求較高，效率低之外，影響其故障檢出率的主要原因是,萬用表只能檢測在1.5V（萬用表電池電壓）下的阻抗值，而半導(dǎo)體器件引腳的阻抗是隨測試電壓的變化而變化的不同測試電壓下的阻抗未必相同。比如，某TTL器件管腳在2.5V有軟擊穿,產(chǎn)生較大漏流。這樣的故障就檢測不出來。ASA測試是在一個電壓區(qū)間內(nèi)、而不只是一個電壓點下進行測試比較?？梢赃@樣理解ASA測試設(shè)想你有幾十、或上百塊萬

5、用表，每塊表的電池電壓都不一樣電壓范圍包括了被測器件的工作電壓。對每一個管腳，都用這些表全部測試、對照一遍，上面所說的故障就會被檢測出來了。除了故障檢出率相當(dāng)高之外，ASA測試在維修檢測中廣受歡迎的另兩個原因是：1測試效率很高。以匯能測試儀為例。對一個40腳器件，在每個引腳上測128個電壓點，測試時間不到1秒；2從好板上提取的測試數(shù)據(jù)可存入計算機中（即建立板庫），作為以后進行檢測的參照標(biāo)準(zhǔn)，反復(fù)使用。 三、 基本ASA測試的實現(xiàn)方法用測試儀產(chǎn)生一個變化的電壓信號加在被測試對象上，同時記錄不同電壓下的電流。把隨電壓變化的電流在電壓-電流座標(biāo)系上表示出來，得到一條（阻抗）曲線。使用者通過比較好、壞

6、電路板相應(yīng)結(jié)點的曲線的形狀差異，進行故障判斷。理論和實踐都表明，使用以正弦規(guī)律變化的電壓信號（正弦波）的測試效果最好。所以無論進口的、還是國產(chǎn)的此類測試儀，都用正弦波作為主要測試信號。鑒于微機的普及，為了降低開發(fā)難度和產(chǎn)品成本，目前的此類測試儀產(chǎn)品多數(shù)都和微機配合使用。測試儀產(chǎn)生正弦波測試信號；微機在專用測試軟件控制下，接受用戶指令、實現(xiàn)測試算法、按用戶的要求控制測試儀施加測試信號、顯示測試結(jié)果、存儲測試數(shù)據(jù)。下面從實際使用要求出發(fā)，對如何得到高效、實用的ASA測試功能，進行一些討論。四、 關(guān)于配接微機從當(dāng)前微機技術(shù)以及發(fā)展來看，測試儀的軟硬件應(yīng)該：1 測試軟件應(yīng)支持主流操作系統(tǒng)版本自Win9

7、8后，Windows操作系統(tǒng)對外部設(shè)備的管理機制作了很大改動。在Win98上運行的測試程序，不能自動升級到其后的系統(tǒng)版本上運行。鑒于Win98及以下的操作系統(tǒng)很快會完全退出使用，如果測試軟件不能支持主流的操作系統(tǒng)版本，比如Windows XP,將會給用戶以后使用帶來麻煩。2 測試儀最好支持USB口早期的測試儀采用在計算機內(nèi)插卡的方式實現(xiàn)和計算機的配接。由于這種方式缺點較多，又轉(zhuǎn)用并口（打印口）配接。但近年來速度快、更安全（允許帶電插拔）的USB口得到了迅速普及，目前市場上帶并口的筆記本電腦已經(jīng)十分少見，在臺式機上也許會逐漸消失常用計算機外設(shè)，如打印機、掃描儀、數(shù)碼產(chǎn)品都是USB口了。如果測試儀

8、不支持USB口，會影響用戶微機的換代更新。五、 關(guān)于測試信號對任何一種電子儀器，測試信號都是構(gòu)成整個測試功能的基礎(chǔ)。它的質(zhì)量，基本決定著測試儀的測試質(zhì)量。1關(guān)于主測試信號正弦波：a幅度（峰-峰值）為了保證測試效果，同時又不至于損傷被測器件，正弦幅度應(yīng)大于被測器件引腳的實際工作電壓，小于其極限電壓。由于不同元器件所需電壓值不同，這就要求測試儀輸出的正弦波幅度可調(diào)。顯然，可調(diào)的范圍越寬、允許調(diào)整的步距越?。ǚ謾n越多）越好。目前市場上比較低檔的測試儀產(chǎn)品一般有4V、8V、18V、28V等幾個檔；匯能測試儀的電壓幅度從1V-28V，以0.5V步距可調(diào)，也就是分成了五十多個檔，能更好地滿足對更多種類的電

9、子電路板、電子元器件的檢測要求。 b 最大輸出（短路）電流將正弦波短路后所能流出的最大電流叫做最大輸出電流：最大輸出電流=等于正弦峰值/輸出電阻目前多數(shù)國產(chǎn)測試儀的最大輸出電流在十幾毫安到二、三十毫安。據(jù)我們的經(jīng)驗，這適用于測試一般集成電路，比如74系列器件。如果考慮到測試功率更大一些的集成器件、大電容（上萬微法）、大功率三極管等，最大輸出電流應(yīng)該更大一些。匯能測試儀的最大輸出電流可達(dá)150mA。c頻率范圍頻率范圍越寬，越能更好地適應(yīng)對容性、感性結(jié)點的測試。比如，用匯能測試儀能測出一、兩萬微法電容的有效ASA曲線曲線不會蛻化成一條短路線，從曲線上可以明顯看出是否漏電、容量是否夠。d 保真度（或

10、失真度）指實際產(chǎn)生的正弦波與理想正弦波的形狀差異。非直流結(jié)點的ASA曲線形狀不僅與頻率相關(guān)，也與波形的形狀相關(guān)。比如，電容的ASA曲線只在正弦波下是橢圓。e 關(guān)于正弦波產(chǎn)生中的問題由于ASA測試通過曲線形狀來判斷故障，所以測試結(jié)果的一致性、可重復(fù)性十分重要。測試結(jié)果的一致性、可重復(fù)性由測試信號的穩(wěn)定性頻率準(zhǔn)確度和波形保真度保證。目前市場上有的國產(chǎn)測試儀測試信號穩(wěn)定性差的主要表現(xiàn)是，信號頻率和形狀隨配接微機的速度、微機的運行狀況變化。比如，可這樣觀察微機運行狀況對測試信號的影響保持測試儀連續(xù)輸出測試信號，用示波器持續(xù)觀察，然后打開另一個任務(wù)，比如播放音樂，就會看到測試信號的形狀變化；更簡單的辦法

11、是測一個電容。如果電容的ASA曲線在播放音樂前后有所不同，就說明微機的運行狀況對測試信號有影響。這會導(dǎo)致使用者的誤判。即使沒有打開用戶任務(wù)，也會有系統(tǒng)任務(wù)在后臺時起時停，同樣會影響測試信號。觀察時間長一點就能發(fā)現(xiàn)。就作者對這種測試儀的了解，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因是由于硬件過于簡單測試儀沒有獨立的定時（CPU）電路造成的。匯能測試儀完全不存在這種問題。最近經(jīng)軍檢，它的測試信號的頻率準(zhǔn)確度、波形失真度均小于2%，不隨外部條件變化。當(dāng)然，匯能測試儀的硬件也相對更復(fù)雜一些。2關(guān)于輔助測試信號脈沖：引入脈沖輔助測試信號，是為了使ASA測試能夠更好地用于三端器件的測試。閘流管、MOS三極管、甚至繼電器、電壓調(diào)

12、節(jié)器等都可以看成三端器件。以閘流管為例。僅在它的陽極和陰極之間加ASA測試信號，只能發(fā)現(xiàn)兩極之間是否短路、或有漏流，不能發(fā)現(xiàn)開路、或?qū)ú涣嫉墓收?。引入一個脈沖信號加在閘流管的控制極，控制管子在ASA測試期間出現(xiàn)導(dǎo)通、截止兩種狀態(tài)，就能對閘流管進行較為全面的檢測。不同的三端器件需要不同的控制方式正弦波和脈沖匹配（同步）形式。有的測試儀產(chǎn)品沒有脈沖輔助測試信號。有的實現(xiàn)的比較簡單。比如某種國產(chǎn)測試儀上的三端測試信號，實際上僅是一個大小可設(shè)的直流電平，和ASA測試信號沒有同步關(guān)系。匯能測試儀為了更好地滿足各種三端器件的不同測試要求，共設(shè)置了八種脈沖和正弦波的匹配方式。相對于正弦波來說，脈沖的起始、

13、結(jié)束位置及寬度、高度均可調(diào)整；支持單向觸發(fā)、雙向觸發(fā)。詳細(xì)情況請參閱有關(guān)產(chǎn)品說明。六、 關(guān)于測試通道數(shù)測試信號的好壞決定了測試質(zhì)量，測試通道的多少主要影響測試效率。使用要求不同，對通道數(shù)的多少要求也不同。主要有以下三種：1在線測試：目前對多于80個管腳的器件，基本上沒有能配合使用的測試夾，所以80個通道基本滿足使用要求；2電路板端口測試：通過轉(zhuǎn)接板以及板上的相應(yīng)電路板插座，把測試通道引到電路板各插腳，然后進行單/多端口測試。通常160個通道即可滿足大多數(shù)使用要求;3超大規(guī)模集成電路離線測試：對于各種超大規(guī)模器件，除了ASA測試，一般用戶幾乎沒有其它測試手段。這種測試和電路板端口測試相似，只不過

14、轉(zhuǎn)接板上是器件插座而不是電路板插座。這種情況需要的通道數(shù)依器件腳數(shù)而定。需要特別說明的是，這里僅討論測試信號和測試通道數(shù)對ASA測試的影響。一般的電路在線維修測試儀都有多種功能，其它功能也會用到這些硬件資源。比如匯能測試上的電路板網(wǎng)絡(luò)測試也要求較多的通道數(shù)。七、 提高基本ASA測試的故障檢出率1單端口測試vs多端口測試所謂的單端口測試，通常指所有的電路結(jié)點（器件管腳）分別與電路板的“地”組成一個個的端口，ASA測試信號總是加在這些端口上進行測試。在單端口的方式下，對一個有N個腳的器件，總共處理N條曲線。所謂的多端口測試，是指對一個器件的任何兩個管腳組成的端口，都要進行ASA測試。在多端口的方式

15、下，對一個有N個管腳的器件，最多處理NN條曲線。多端口測試易于檢測兩個管腳分別對地的曲線沒有大的變化，但兩個管腳之間的曲線變化很大的故障。在匯能測試儀上，對多端口還分了三種情況考慮：a多端口對稱：當(dāng)處理了2腳對3腳組成的端口后，如果還要處理3腳對2腳組成的端口，就叫做對稱方式。這類似于用萬用表測試時，調(diào)轉(zhuǎn)表棒再測一次。否則稱為非對稱方式。由于ASA使用正、負(fù)對稱的交流測試信號，多數(shù)情況下，對同一端口調(diào)轉(zhuǎn)信號后測到的曲線和原曲線是對稱的，也就是說不能提供更多的故障信息。采用對稱方式更多是為了方便故障分析，提高使用效率。不過也存在不對稱情況。b非對稱含參考腳：c非對稱不含參考腳：所謂含參考腳指要測

16、試1腳對1腳、2腳對2腳、.N腳對N腳組成的端口。正常情況下，這種端口曲線一定是條短路曲線，否則，可能存在其它問題，所有與該腳組成的端口曲線不可信。就是說，含參考腳有利于提高測試可靠性。2自動、手動曲線靈敏度選擇ASA測試是依據(jù)兩條曲線的形狀差異來檢測故障的，但是，測試數(shù)據(jù)的差異，與把數(shù)據(jù)以曲線的形式顯示出來后，曲線之間的差異并不成正比。用機械式萬用表打個比方。指針越接近中央位置，同樣比例的阻值變化引起的指針擺幅越大，也就是指針位置關(guān)于故障的靈敏度越高。對于ASA曲線可以證明，在電壓電流坐標(biāo)下（VI曲線），曲線的整體走勢越接近45度，對故障的靈敏程度越高；如果測試曲線是一個封閉圖形，如電容，曲

17、線包圍的面積越大，對故障的靈敏度越高。為了得到較高靈敏度的曲線，可以調(diào)整測試信號的輸出電阻。輸出電阻值越接近被測結(jié)點的等效電阻值，得到的曲線靈敏度越高。匯能測試儀允許手動/自動選擇較高靈敏度曲線。手動選擇試?yán)脺y試軟件允許按端口設(shè)置測試參數(shù)的特點，對任意一條曲線可以修改測試參數(shù)后重測，由使用者判斷、選擇靈敏度較高的曲線。手動調(diào)整的缺點是麻煩，當(dāng)曲線很多時很難逐一觀察、選擇，另外當(dāng)曲線形狀不規(guī)則時，往往很難直觀判斷什么樣的曲線靈敏度更高一些；自動調(diào)整是用算法自動選擇靈敏度較高的曲線。自動選擇所需的測試時間相對較長一些。3.按端口設(shè)置測試參數(shù)、重測并非同一個器件的所有管腳都適用于同樣的測試參數(shù)。舉

18、個典型的例子：集電極開路器件的輸出往往耐壓較高，多用于驅(qū)動數(shù)碼管、繼電器等，而輸入一般是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以對于輸出、輸入的測試信號的幅度應(yīng)該不同，才能達(dá)到全面檢測的目的。匯能測試儀有普通設(shè)置和特殊設(shè)置兩個設(shè)置窗口。普通設(shè)置對所有的端口有效，而在特殊設(shè)置中可對少數(shù)特殊端口進行重設(shè)。特殊設(shè)置的優(yōu)先級別高于普通設(shè)置。在完成測試后，如果對測試結(jié)果不滿意，還可以利用單曲線處理功能，用鼠標(biāo)選中不滿意的曲線，打開該曲線的設(shè)置窗口，重設(shè)后重測該曲線。八、 提高測試可靠性實際使用中，大致有以下原因?qū)е虏荒艿玫秸鎸嵉墓?jié)點曲線，從而引起故障誤判。測試可靠性指測試儀能夠識別出不真實的ASA曲線的能力。1接觸問題接觸問題是

19、影響故障判斷的常見問題之一。當(dāng)測試到開路曲線的時侯，其實很可能是由于接觸問題器件管腳氧化、防銹涂層未打磨干凈、測試探頭磨損等原因所引起的，所以在實際使用中，一旦發(fā)現(xiàn)開路曲線，都要再次確認(rèn)檢查、處理，然后重測，以免得到虛假曲線。但當(dāng)一次測試要處理成百上千條曲線時，依靠人工來找出開路曲線很不現(xiàn)實，因此，匯能測試儀設(shè)有自動判斷開路曲線的功能，在所有測到的曲線中，只要存在開路曲線，就給出提示信息，用戶可以根據(jù)提示很容易找到它的所在。2曲線穩(wěn)定性問題由于被測電路本身的原因，導(dǎo)致在同樣的測試條件下，每次測到的曲線都不相同稱之為曲線不穩(wěn)定。導(dǎo)致不穩(wěn)定曲線的原因主要有以下三種： a自激導(dǎo)致的不穩(wěn)定電路結(jié)點的電

20、特征千差萬別，ASA測試將一個正弦波注入電路結(jié)點，某個結(jié)點正好在這個頻率下出現(xiàn)自激是完全可能的。其實這也是ASA測試使用正弦波作為測試信號的原因正弦波的諧波分量最少，導(dǎo)致自激的可能性最小。自激曲線的現(xiàn)象是大面積散點，并且沒有最終的穩(wěn)定狀態(tài)。更換測試信號頻率即可消除。b過渡過程導(dǎo)致的不穩(wěn)定當(dāng)結(jié)點的充、放電常數(shù)相差較大時所導(dǎo)致。這種曲線的現(xiàn)象是當(dāng)反復(fù)測試時，曲線逐步向一個穩(wěn)定狀態(tài)靠近，有一個最終的穩(wěn)定狀態(tài)。c測試MOS器件時的不穩(wěn)定前兩種不穩(wěn)定主要發(fā)生在電路板測試時，而這種不穩(wěn)定主要發(fā)生在測試單獨的MOS器件時。導(dǎo)致這種不穩(wěn)定的原因是器件中的MOS晶體管隨測試信號上升、下降的開關(guān)過程不同。這種不穩(wěn)

21、定的現(xiàn)象是曲線上下跳，似乎是兩條穩(wěn)定曲線輪流出現(xiàn)一樣。測試時只要把器件的電源腳和地腳都接地就可消除。不穩(wěn)定曲線容易導(dǎo)致誤判。但當(dāng)一次測試要處理成百上千條曲線時，依靠人工來發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定曲線很不現(xiàn)實，因此，匯能測試儀設(shè)有自動判斷曲線是否穩(wěn)定的功能，在所有測到的曲線中，只要存在不穩(wěn)定曲線，就給出提示信息，用戶可以根據(jù)提示很容易找到它的所在，然后按上述方式處理、重測即可。九、 改善人-機界面和使用效率1測試結(jié)果索引方式當(dāng)一次處理成百上千條曲線的時候，能否快速檢索就會嚴(yán)重影響使用效率。使用中主要有以下三種檢索要求：a迅速找到異常曲線，比如：開路、不穩(wěn)定、比較超差曲線；b迅速找到某個端口的曲線；c迅速找到某

22、個曲線所屬的端口。匯能測試儀對此作了精心設(shè)計，采取了以下措施：a將全部曲線分頁。如果是單端口測試，所有曲線安排成一頁；如果是多端口測試，與第一腳組成的端口的曲線為第一頁，與第二腳組成的端口曲線為第二頁等等。支持向上、向下翻頁；b設(shè)置了總提示和頁提示。如果所有頁的曲線中有一根異常曲線，總提示就會給出有錯的提示信息；如果錯誤在當(dāng)前頁，則會同時給出當(dāng)前頁有異常曲線的提示，這樣，用戶可首先根據(jù)總體示確定是否存在問題曲線，如果有，再利用上、下翻頁功能，很快找到有錯誤的頁；c頁內(nèi)曲線排列方式在學(xué)習(xí)曲線時，有兩種曲線排列方式：1) 先異常、后正常排列方式；由于學(xué)習(xí)時主要關(guān)心異常曲線，所以通常使用這種方式，將

23、異常曲線排列在前面，便于處理；2) 管腳順序排列方式在曲線比較時，支持三種曲線排列方式3) 按誤差減小的順序自動將誤差較大的比較結(jié)果排在前面。由于比較時主要關(guān)心超差曲線，所以通常使用這種方式，將誤差大的曲線排列在前面，便于處理；4) 按誤差增加的順序自動將誤差較小的比較結(jié)果排在前面5) 按管腳順序排列曲線d由曲線索引端口先通過上下翻頁找到與所需管腳組成的曲線頁（單端口方式只有一個曲線頁）。若（管腳）曲線較多，超出了一屏的顯示范圍，可以用鼠標(biāo)拖動滑動條滾屏，把所需曲線滾到可顯示區(qū)域；e由端口索引曲線對一個40腳的器件做完多端口測試，如何能迅速找到某個端口的曲線，比如由20腳和5腳組成的端口曲線呢

24、？按端口索引曲線專門用于解決這類問題。打開端口索引窗口，在選擇欄里用鼠標(biāo)點一下20，第20頁立即成為當(dāng)前頁，再點一下5，無需再用鼠標(biāo)拖動滾動條，該端口曲線就會自動滾動到合適位置顯示出來，十分便捷。 2三種曲線坐標(biāo)多數(shù)情況下，在電壓-電流坐標(biāo)上觀察ASA曲線，但對有的測試結(jié)果，換一種坐標(biāo)可能更容易理解，更容易把問題的本質(zhì)暴露出來。這就好比幾何中有直角坐標(biāo)系、又有極坐標(biāo)系一樣。匯能測試儀支持三種坐標(biāo)：電壓-電流坐標(biāo)、時間-電壓坐標(biāo)和電壓-電阻坐標(biāo)。請參閱產(chǎn)品說明中給出的測試實例，會對此理解的更具體一些。3單曲線處理當(dāng)索引到所需曲線后，用鼠標(biāo)雙擊曲線，測試儀將僅僅重測這條曲線，其它曲線不受影響。正像前面所提到的，還允許重新設(shè)置該曲線的測試參數(shù)后再測。有的測試儀不支持單曲線重測，當(dāng)需