第三代在線電路維修測(cè)試儀

楊宇明

作者通聯(lián)：北京東方正達(dá)世紀(jì)電子技術(shù)有限公司 北京市海淀區(qū)北四環(huán)中路229號(hào)海泰大廈1221 室 100083 E-mail：yym_1969@163.com

在線電路維修測(cè)試儀（以下簡(jiǎn)稱電路測(cè)試儀）設(shè)計(jì)精密、測(cè)試高效、應(yīng)用簡(jiǎn)單，是目前重要的電路板維修設(shè)備。電路測(cè)試儀結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)并綜合運(yùn)用器件直接功能測(cè)試、端口阻抗測(cè)試等先進(jìn)測(cè)試手段，直接針對(duì)電路板上器件進(jìn)行測(cè)試，無(wú)需涉及電路原理和功能，普遍適用各種繁雜的電路板，節(jié)省維修電路板的時(shí)間和費(fèi)用。目前通用型數(shù)字器件的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下方面：①管腳趨多，以前常用的74LS244 是8位驅(qū)動(dòng)器，20管腳器件，現(xiàn)在多采用的74ABT16244 是16位驅(qū)動(dòng)器，48管腳器件。②電壓趨低，以前數(shù)字器件多為+5V 供電，某些CMOS 結(jié)構(gòu)的數(shù)字器件為+12V 供電，現(xiàn)在逐漸形成主流3.3V 供電，甚至出現(xiàn)更低的1.8V。③體積趨小，雙列直插封裝形式器件已經(jīng)絕跡，新出現(xiàn)的數(shù)字器件不僅全是貼片封裝形式，而且越來(lái)越小型化。④速度趨快，早期74LS244的tPd（傳輸延遲時(shí)間）是18ns 左右，新型74ABT244的tPd是5ns 左右。

對(duì)于數(shù)字器件這些發(fā)展趨勢(shì)，只有40 路數(shù)字測(cè)試通道的第一代和第二代電路測(cè)試儀相對(duì)落后，這就要求第三代電路測(cè)試儀應(yīng)在器件測(cè)試廣度、器件測(cè)試深度以及測(cè)試使用環(huán)節(jié)上實(shí)現(xiàn)更加全面的突破。

1.40管腳以上通用型數(shù)字器件直接功能測(cè)試

器件直接功能測(cè)試是電路測(cè)試儀最基礎(chǔ)、最重要的測(cè)試功能，即電路測(cè)試儀通過(guò)專用測(cè)試程序按照器件的功能實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行測(cè)試。經(jīng)常提及的電路測(cè)試儀測(cè)試庫(kù)容量，指的就是器件直接功能測(cè)試，測(cè)試庫(kù)中包含器件種類的多少往往是衡量電路測(cè)試儀先進(jìn)性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

第三代ZD9610 電路測(cè)試儀具有80 路標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字測(cè)試通道，可對(duì)40～80管腳通用型數(shù)字器件直接功能測(cè)試，在器件測(cè)試廣度上實(shí)現(xiàn)突破。例如74ABT16244（48管腳、16位數(shù)字器件）、74FCT16460（56管 腳）、74ALVCH16832（64管腳、3.3V供電的數(shù)字器件）。針對(duì)數(shù)字器件體積趨?。ㄔS多貼片器件管腳間距小于1.27mm）的趨勢(shì)，現(xiàn)有的貼片在線測(cè)試夾有時(shí)不能滿足測(cè)試要求，特別是對(duì)于40管腳以上的雙列貼片數(shù)字器件，問(wèn)題尤為突出。由于貼片式器件相對(duì)于直插式器件拆焊容易，第三代ZD9610 電路測(cè)試儀解決辦法是對(duì)暫時(shí)不能在線測(cè)試的40管腳以上雙列貼片數(shù)字器件，配備測(cè)試插座齊全的離線測(cè)試板（圖1），以離線方式更加穩(wěn)妥地測(cè)試。

2.40管腳以上PLCC 封裝LSI 器件直接功能測(cè)試

圖1 全新設(shè)計(jì)的離線測(cè)試板

LSI 器件是功能相對(duì)復(fù)雜的數(shù)字器件，每個(gè)LSI 器件功能均由許多子功能組成，如復(fù)位、DMA、中斷、存貯器操作等，全部子測(cè)試構(gòu)成對(duì)該LSI 器件的完全測(cè)試。對(duì)40管腳以下LSI 器件進(jìn)行功能測(cè)試難度較大，對(duì)40管腳以上PLCC 封裝（方形貼片式芯片）LSI 器件直接功能測(cè)試，難度則更大。

第三代ZD9610 電路測(cè)試儀可對(duì)40管腳以上PLCC 封裝LSI 器件直接功能測(cè)試，測(cè)試庫(kù)容量大幅增加，如PC8250A、CDP1854、Z80CPU 等。支持在線功能測(cè)試、離線功能測(cè)試、在線狀態(tài)學(xué)習(xí)、在線狀態(tài)比較、修訂測(cè)試樣本及雙板功能測(cè)試等6 種測(cè)試工作模式。

針對(duì)40管腳以上PLCC 封裝LSI 器件，第三代ZD9610 電路測(cè)試儀在使用環(huán)節(jié)上也做出相應(yīng)改進(jìn)。改進(jìn)后的PLCC 在線測(cè)試夾（圖2）既能滿足在線直接功能測(cè)試的要求，又能滿足VI曲線測(cè)試的要求。

圖2 改進(jìn)后的PLCC 在線測(cè)試夾

3.通用型數(shù)字器件高頻動(dòng)態(tài)參數(shù)故障測(cè)試

數(shù)字器件主要有以下3 種故障類型：①器件功能故障；②低頻靜態(tài)參數(shù)故障，如器件輸入、輸出管腳漏電等；③高頻動(dòng)態(tài)參數(shù)故障，如器件工作頻率降低、輸出波形上升沿（下降沿）形態(tài)失真或坡度變緩等。

故障①是數(shù)字器件的常見故障，采用普通直接功能測(cè)試即可有效發(fā)現(xiàn)；故障②最簡(jiǎn)單有效的測(cè)試手段是采用VI 曲線測(cè)試；故障③實(shí)際是一種綜合性參數(shù)故障，涉及數(shù)字器件的工作頻率、波形形態(tài)等綜合問(wèn)題，始終是電路測(cè)試儀的測(cè)試盲區(qū)，第一代和第二代電路測(cè)試儀對(duì)數(shù)字器件的最高測(cè)試頻率還不到100kHz，無(wú)法發(fā)現(xiàn)這類問(wèn)題。器件在低頻下工作正常，高頻下工作不正常，隨著數(shù)字器件速度趨快，故障③會(huì)越來(lái)越多。在以往維修實(shí)踐中，只有通過(guò)示波器才能觀察并明確這種故障屬性，要求維修人員經(jīng)驗(yàn)豐富，是數(shù)字器件中最難發(fā)現(xiàn)的故障類型。

經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)大幅度提高對(duì)數(shù)字器件的測(cè)試頻率，可有效檢測(cè)數(shù)字器件的高頻動(dòng)態(tài)參數(shù)故障。為此，第三代ZD9610電路測(cè)試儀將數(shù)字器件最高測(cè)試頻率大幅提高到2000kHz，從1～2000kHz 共18 級(jí)。2000kHz 是在綜合考慮測(cè)試效率和測(cè)試通過(guò)率等因素，并結(jié)合對(duì)這類故障器件測(cè)試效果的大量驗(yàn)證后而設(shè)定的，目前足以覆蓋高頻動(dòng)態(tài)參數(shù)故障。

比較數(shù)字器件所能通過(guò)測(cè)試的最高測(cè)試頻率，可準(zhǔn)確分辨出其工作頻率之間的差別。當(dāng)明確某類數(shù)字器件所能通過(guò)測(cè)試的最高測(cè)試頻率后，可判斷被測(cè)的某個(gè)該類數(shù)字器件是否出現(xiàn)高頻動(dòng)態(tài)參數(shù)故障。例如經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)，以下數(shù)字器件所能通過(guò)測(cè)試的最高測(cè)試頻率：①同型號(hào)、不同結(jié)構(gòu)和廠家的器件，SN74ABT245為2000kHz（TI 公 司），HD74LS245P為1500kHz（日立公司）；②同型號(hào)和結(jié)構(gòu)、不同廠家的器件，74HCT244N為2000kHz（菲利普公司），CD74HCT244E為1500kHz（哈里斯公司）；③同系列和廠家、不同型號(hào)和功能的器件，SN75174N為1500kHz（TI 公司），SN75175N為800kHz（TI 公司）；④同系列、廠家和功能、不同型號(hào)的器件，MAX481為1800kHz（MAXIM 公司），MAX483為500kHz（MAXIM 公司）。《器件手冊(cè)》標(biāo)明的數(shù)字器件工作頻率不同于電路測(cè)試儀對(duì)該器件采用的測(cè)試頻率，工作頻率要遠(yuǎn)高于測(cè)試頻率。兩者存在明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即工作頻率越高，該器件所能通過(guò)測(cè)試的最高測(cè)試頻率也越高。不同系列器件（如TTL或CMOS）由于工作頻率范圍不同，因而選擇的測(cè)試頻率范圍也不同，測(cè)試軟件會(huì)自動(dòng)切換到該系列器件默認(rèn)的測(cè)試頻率。同型號(hào)數(shù)字器件能夠通過(guò)測(cè)試的測(cè)試頻率越高，其性能越好。

tPd是表征門電路開關(guān)速度的重要參數(shù)，指門電路在輸入脈沖波形作用下，其輸出波形相對(duì)于輸入波形延遲的時(shí)間，tPd=（tPLH+tPHL）/2，單位s。tPd也表述了數(shù)字器件的工作頻率，某數(shù)字器件的tPd越短，則該器件工作頻率越高，其所能夠通過(guò)測(cè)試的最高測(cè)試頻率也越高。如前述MAX481為1800kHz，MAX483為500kHz，查閱《器件手冊(cè)》得知，MAX481和MAX483 功能完全一致，但MAX481的tPd要比MAX483 小得多，實(shí)測(cè)結(jié)果也充分印證。第一代和第二代電路測(cè)試儀無(wú)法區(qū)分這兩個(gè)器件的頻率特性，因此其高頻動(dòng)態(tài)參數(shù)故障引發(fā)的故障也無(wú)法被發(fā)現(xiàn)。

4.甄別翻新數(shù)字器件

目前大量過(guò)期報(bào)廢電子產(chǎn)品上的器件被拆卸、翻新、再流入市場(chǎng)，其中尤以塑料封裝的通用型數(shù)字器件居多。舊器件經(jīng)過(guò)型號(hào)歸類、表面打磨、管腳整形、表面噴漆、重新表識(shí)等一系列步驟后，完全可以假亂真。由于一般技術(shù)人員很難辨別出翻新器件，這樣勢(shì)必影響設(shè)備穩(wěn)定性和可靠性，甚至造成重大損失。新設(shè)備上必須嚴(yán)格禁用翻新器件，在設(shè)備維修領(lǐng)域，若由于某些器件停產(chǎn)、斷貨而一時(shí)無(wú)法獲取全新器件時(shí)，除軍工、醫(yī)療等非要害設(shè)備上可謹(jǐn)慎采用，但前提必須對(duì)翻新器件進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)。

通用型數(shù)字器件由于制造廠商的不同，同型號(hào)器件端口VI曲線特性也沒有統(tǒng)一的規(guī)律性。即使同一廠家制造的器件，VI曲線測(cè)試也無(wú)法發(fā)現(xiàn)器件的高頻動(dòng)態(tài)參數(shù)故障。大多數(shù)翻新器件在一段時(shí)間內(nèi)還能夠正常使用，因此第一代和第二代電路測(cè)試儀對(duì)翻新數(shù)字器件難以甄別。采用第三代ZD9610 電路測(cè)試儀測(cè)試翻新數(shù)字器件后發(fā)現(xiàn)，翻新器件較之同型號(hào)全新器件的VI 曲線通常完全一樣，但所能通過(guò)測(cè)試的最高測(cè)試頻率明顯下降，下降幅度一般不低于200kHz，有些甚至?xí)陆?000kHz，這充分反映出翻新器件的實(shí)際整體性能。

為驗(yàn)證第三代ZD9610 電路測(cè)試儀甄別翻新數(shù)字器件的可靠性，請(qǐng)器件供應(yīng)商提供12 批次不同型號(hào)的數(shù)字器件，每批次3～5 片，其中某些批次為翻新器件，不做預(yù)先告知。通過(guò)比對(duì)、分析每批次器件所能通過(guò)測(cè)試的最高測(cè)試頻率，最終甄別出全部的5 批次翻新器件，而且測(cè)試結(jié)論非常明確。