電路設計與制作（含活頁式實訓工單） 課件 項目8 任務1 電路電氣檢查

項目8電路板的功能檢測評估項目引入本項目是一項涉及電路板測試和評估的項目。旨在確保隔離控制器電路板能夠按照預期的方式運行，以滿足其設計要求。通過對電路板進行功能檢測和評估，可以識別可能存在的缺陷或問題，并采取適當?shù)拇胧﹣砑m正這些問題，確保電路板的準確性和穩(wěn)定性。項目將涉及使用各種測試方法和工具來驗證電路板是否能夠正確地執(zhí)行其操作。這可能包括對電路板進行模擬測試、用外部信號模擬輸入輸出、使用自動測試設備進行測試等等。最終目標是確定電路板是否符合規(guī)格，并且能夠在實際應用中可靠地工作。學習目標知識目標理解隔離控制器電路板的基本結構和原理；掌握電路板測試和評估的常用方法和工具；了解電路板測試的相關標準和規(guī)范。技能目標能夠獨立進行隔離控制器電路板的功能檢測和評估；能夠使用各種測試方法和工具來驗證電路板的性能；能夠分析測試結果并提出改進意見。素養(yǎng)目標幫助學生樹立創(chuàng)新精神，不斷探索新的測試方法和技術；培養(yǎng)學生責任心和質(zhì)量意識，確保測試過程和結果的準確性和可靠性；強化學生自我學習和持續(xù)學習的能力，不斷提高專業(yè)素養(yǎng)。項目8電路板的功能檢測評估任務1電路電氣檢查任務描述電路在設計完畢后就要進行功能驗證，首先要進行的就是電路的電氣特性檢查，電路部分的檢測，通常在電路板加工制作過程中就開展了，甚至在電路設計時就要考慮后期的電路檢查規(guī)劃。電氣電路檢查后還會安排配合固件程序的功能測試，但這些涉及程序的測試往往要以電路穩(wěn)定工作為前提，電路檢查要在程序功能測試之前就進行。但在進入程序測試時，有時也會出現(xiàn)電路問題，如通信部分的功能，既涉及到電氣電路，又涉及到程序編寫。我們必須盡可能在功能程序測試之前驗證電路的可靠，這樣可以有效減輕后期測試的壓力。本任務主要完成隔離控制器電路板電氣功能檢查，檢查項目包括電路設計部分和電路加工部分，確保電氣功能達到設計要求。知識儲備一、焊接加工的概念焊接是利用特定材料將多個母材以加熱、高溫或者高壓的方式連成一個整體，其可應用于金屬材料，也可應用于非金屬材料，使用廣泛。在19世紀末以前，唯一的焊接技術是將金屬加熱后用錘子敲打，使其焊接在一起，即金屬鍛焊。隨著技術的發(fā)展與需求的變化，多種焊接技術應運而生，目前已成為重要的制作方法之一，從簡單的日常生活用品到復雜的交通工具，都有著焊接技術的身影。知識儲備在電路檢查時，通常需要合理使用工具來完成，一般使用較多的是四種設備：電源、萬用表、示波器、信號發(fā)生器。這里，我們可以利用電源輸出合理的供電電壓來測量隔離控制器的供電部分；利用萬用表可以檢查電路中的通斷、電壓、電流、阻抗等參數(shù)；示波器可以用來觀測電路中信號的變化，如幅度、頻率等；信號發(fā)生器可以提供一定范圍和頻率的激勵信號，用于測試電路對變化信號的響應。知識儲備電路檢查可以在焊接加工時就開始進行，避免所有電路焊接完畢后再進行測試。測試時往往會依據(jù)電路功能劃分，分區(qū)域測試，從供電部分開始進行測試，這樣可以盡量減少由于電路錯誤造成的損失。電路測試時要在斷電情況下就進行測試，完成斷電情況的測試，再對電路上電測試。有規(guī)劃地進行電路測試，可以有效減小故障排查的困難。一、制定測試規(guī)劃首先要制定合理的測試規(guī)劃，確定好測試的內(nèi)容，最好能以表格形式確立規(guī)范。其次要準備好測試工具，依據(jù)電路功能的不同，可能需要不同的工具，如電路用于某些傳感器的接入測量，就應當在常用測試工具之外準備實際使用的傳感器，或使用合適的信號發(fā)生器代替。最后還要詳細制定好測試步驟，尤其是一些功能較為復雜的電路，要依據(jù)電路功能劃分，分區(qū)、分功能依次測試。二、空板測試首先要對加工完成的類似圖8-1所示的PCB空板進行目視檢查，當然也可以借助放大鏡、顯微鏡等工具來完成這項工作。這里主要是看過孔、焊盤是否合乎要求；對于部分元件封裝要檢查是否利于組裝加工；對于絲印的排版，觀察其是否位置合適，有無交疊和錯??；一般在PCB樣板加工時就會由加工方檢測由于加工工藝造成的短路斷路情況。二、空板測試其次還要用檢測設備對空板做更為詳細的檢查，這里主要借助萬用表，一般會檢查電路中是否有設計原因或加工原因造成的短路、斷路。這里要重點針對電源和地信號，依據(jù)電路原理圖，用萬用表的二極管檔測試電源供電的各個節(jié)點有無短路到地。在沒有焊接元件之前進行短路測試是非常有利的，當元件焊接好后，由于空間有限，部分測量可能較困難。在電路設計時，如果能有意設計各個空焊盤作為檢測點，將有助于后期電路的維護檢查。知識補充對于PCB檢驗是有嚴格標準的，國際標準如IPC（國際電子工業(yè)聯(lián)接協(xié)會）制定的一系列標準，包括IPC-A-600（印制板的可接受性）、IPC-6012（剛性印刷電路板性能規(guī)范）等。國家標準如一系列的GB/T（中華人民共和國國家標準）和SJ/T（電子行業(yè)標準），包括GB/T4588.3-2002（印制板的設計和使用）、SJ/T11364-2014（電子電氣產(chǎn)品有害物質(zhì)限制使用標識要求）等。除了國際標準和國家標準之外，還有一些行業(yè)標準、企業(yè)標準、客戶標準等，這些都是針對特定的領域或需求而制定的。三、焊接測試焊接測試是指在將電路的元件焊接完畢后，進行電路的測試，但這里的焊接并不意味著完成整個電路板的焊接。通常會按功能劃分電路區(qū)域，分區(qū)域焊接測試，在操作之前就制定一個較為合理的計劃步驟會有效提高測試效率，并減小測試復雜度。1.電源電路測試電源電路是首先要進行測試的部分，在電源電路焊接完畢后，首先要測試其輸入輸出電壓是否正常，電源的波紋是否滿足要求。可以適當加上負載進行測試供電效果，仔細查看負載變化時供電電壓的情況。另外，也要注意測試輸入電壓在設計范圍內(nèi)變化時，輸出電壓的變化，確認其符合設計要求。如圖8-2所示，可以用萬用表分別測量VCC和VSS之間的電壓，VDD和GNDD之間的電壓，看是否符合設計要求。2.控制核心電路測試控制核心電路的測試可以在確認電源供電正常的情況下開展，測試時首先要確認控制電路中核心芯片的供電電壓正常，然后可以測試其時鐘部分是否正常，最后可以通過特定接口測試程序?qū)懭搿Ｍǔ?，可以嘗試寫入一段特定功能的測試程序，讓某一管腳輸出固定的電平序列信號來測驗控制核心是否能正確工作。2.控制核心電路測試以隔離控制器電路為例，其核心MCU的工作需要3.3V的供電電壓，因此我們首先需要用萬用表測試供電是否滿足要求。這里不宜直接用表筆測量芯片管腳電壓，較粗的表筆容易引起MCU管腳間的短路，可以嘗試測量芯片供電引腳周圍的濾波電容兩端電壓。2.控制核心電路測試正確的供電未必能保證隔離控制器正常工作，核心MCU工作需要有穩(wěn)定的晶振信號，隔離控制器的采用了外接8MHz的晶振，可以用示波器來測量其是否按設計要求工作。晶振波形一般是正弦波或者方波，當輸出波形是方波時，一般上升沿比較抖，且包含了較多的高頻信號，測試方波時帶寬最好能是被測信號頻率的10倍。用200M示波器可以測試出隔離控制器工作時晶振的波形，測試時將探頭檔位調(diào)為×10檔，注意探頭就近接地，以保證信號的保真度。2.控制核心電路測試為了驗證程序燒寫電路，可以設計一個較為簡單的測試程序，如讓一個管腳驅(qū)動LED的定時閃爍，將該程序通過燒寫接口寫入MCU。程序的成功燒寫，可以驗證串行調(diào)試接口（SWD）電路正確，但未必能保證核心控制電路能可靠工作，通過觀察LED的閃爍，可以判斷核心電路是否能按設計穩(wěn)定運行，所以通常在設計電路時，工程師會特意設計一個指示系統(tǒng)穩(wěn)定工作的LED指示燈，如果電路中沒有這樣的設計，則需要通過示波器等設備來驗證程序的運行。2.控制核心電路測試如圖8-3所示，是一個可供測試使用的LED電路。3.外圍輸入輸出電路測試電路板上除供電部分和核心控制部分外，會有一些依據(jù)應用要求設計的外圍設備電路，這些電路各有不同的功能，比如。通信電路主要用于信號傳輸與處理，而輸入輸出接口則進行數(shù)據(jù)、信號交換以及控制等，這些功能電路要依據(jù)其功能分別測試。隔離控制器的功能較為簡單，外圍電路部分主要是用于通信的RS485轉(zhuǎn)換電路和輸入輸出隔離接口電路。3.外圍輸入輸出電路測試隔離控制器中的RS485轉(zhuǎn)換電路如圖8-4所示，主要用于通信，其完備的功能測試要配合帶通信功能的固件程序來完成，在電路檢測時只能簡單測試下轉(zhuǎn)換芯片的供電電壓和對外通信管腳的對地電壓。3.外圍輸入輸出電路測試隔離控制器中的輸入輸出的隔離接口電路使用了光耦來隔離外部接口和系統(tǒng)信號，在測試時分別測試輸入接口和輸出接口。檢查輸入接口時，可以測試在外部信號電平下光耦接入系統(tǒng)的信號電壓，檢查外部信號在整個設計范圍內(nèi)能夠產(chǎn)生有效的系統(tǒng)輸入信號。檢查輸出接口時，同樣也要測試整個設計范圍內(nèi)是否都能輸出有效信號。隔離控制器中隔離輸出部分電路如圖8-5所示。知識補充嚴格的電路檢測通常還要包括電磁兼容（EMC）測試，指的是對電子產(chǎn)品在電磁場方面干擾大?。‥MI）和抗干擾能力（