PCB電路板的測試儀功能原理和應用特征分析

　　摘要：測試儀采用電路在線測試技術，可以用來在線或離線測試分析各種中小規模集成電路芯片的常見故障，測試模擬、數字器件的V/I特性。文章主要分析了PCB電路板的測試儀功能原理和應用特征，以饗讀者。
　　
　　一、PCB電路板測試儀主要功能
　　
　　測試儀采用電路在線測試技術，可以用來在線或離線測試分析各種中小規模集成電路芯片的常見故障，測試模擬、數字器件的V/I特性。
　　
　　•數字芯片的功能測試測試的基本原理是檢測并記錄芯片的輸入/輸出狀態，將其記錄的狀態與標準的狀態真值表進行比較，從而判斷被測芯片功能是否正確。
　　
　　•數字芯片的狀態測試電路板上每個數字器件，在加電后都有三種狀態特征：各管腳的邏輯狀態（電源、地、高阻、信號等）、管腳之間的連接關系、輸入輸出之間的邏輯關系。當器件發生故障后，其狀態特征一般都要發生變化。測試儀能夠把好電路板上的各IC器件的狀態特征提取出來，存入計算機的數據庫中，然后與同類有故障的電路板進行比較，從而準確地找出故障部位。
　　
　　•VI特性測試分析該項測試功能建立在模擬特征分析技術基礎上，可用于模擬、數字、器件、可編程器件以及大規模、超大規模器件的測試。測試儀通過測試探棒或測試夾自動把被測點的特征曲線提取出來，顯示在微機屏幕上，zui后存入計算機。進特故障診斷時，將實測到的VI曲線與事先存貯的標準曲線進行比較，進而發現故障。
　　
　　•節點電壓測試由于測試儀測試對象不僅包括數字電路器件，也包括大量的模擬電路器件，為進一步提高測試儀的適用范圍，在測試儀中采用了節點電壓測試技術。通過對被測對象施加工作電壓，由計算機讀取測試節點的電壓響應值，并建立標準測試信息庫，供操作人員分析和判斷故障部位。
　　
　　•其它功能測試儀除以上主要功能外，還具備電子手冊、測試開發、系統自檢等輔助測試功能。
　　
　　二、測試儀組成
　　
　　1、硬件模塊
　　
　　測試儀由便攜式計算機、單片機測試平臺及測試分析處理軟件構成。其中單片機測試平臺在計算機控制下完成被測對象數據的采集，其基本原理框圖如圖1所示。各部分功能及說明如下：
　　
　　單片機電路主要完成數據采集、控制、命令處理，與計算機進行數據交換。在測試儀設計中采用了MCS-51系列8031單片機，選用2764作為擴展ROM，6264作為擴展RAM。譯碼芯片電路為74LS138。為與計算機進行串行通信，采用MCl488和MC1489進行RS-232C電平與TTL電平的相互轉換。單片機系統時鐘頻率選用6MHz晶振，通信波特率選用2400，單片機采用工作方式3進行串行通信。定時器T1設置為方式2。設定SMOD=1，時間常數F3H。
　　
　　總線驅動器對單片機總線進行擴展，提高其驅動能力，選用74LS244、74LS245線驅動器。
　　
　　驅動控制電路主要完成測試過程中TTL、CMOS測試門限的控制，選用4重SPST（單刀單擲）DG211模擬開關，開關控制由譯碼電路及74LS373鎖存器完了成。為保證DG211開機時處于常開（OFF）狀態，控制線增加上拉電阻（10kΩ）。測試驅動電路為被測芯片施加測試輸入信號，采用微型繼電器進行輸入信號控制，測試信號由數據緩沖器74ACT244產生。為保證輸入電流達到設計要求，采用4路并聯方式。為防止損壞器件，增加LC網絡進行大電流緩沖，并設計二極管保護電路。
　　
　　數據采集電路讀取被測芯片輸出響應，采用雙電壓比較器LM393進行輸出信號控制。它的功耗低，比較精度高，并且可與TTL邏輯相兼容。LM393輸出與74LS373數據鎖存器相聯，由單片機控制讀入比較數據。
　　
　　電壓驅動D/A電路完成VI測試過程中階梯電壓的輸出。采用8位并行D/A轉換器MC1408。芯片電源電壓為+5V，-12V兩種。參考電壓由恒流穩壓源TL431提供。輸出選擇雙極性輸出，由兩級放大電路LM348完成。
　　
　　電流變換采集A/D電路實施測試點電流數據的采集。電路中采用負載電阻及差分放大電路LM343對測試點進行電壓跟隨，將測試點的電流值轉換為A/D變換電路可以處理的電壓量。選用AD7574八位逐次比較式高速A/D變換電路。轉換時間為15μS，單+5V電源供電。參考電壓選用VREF=-8V。輸入電壓范圍為0~+|VREF|。程序控制芯片RD端產生一個負脈沖就可啟動A/D轉換。
　　
　　2、軟件模塊
　　
　　測試儀由便攜式主控計算機通過串行口進行控制，單片機測試平臺完成激勵控制、數據采集等工作，所有數據分析處理及命令控制由便攜式主計算機完成。整套測試軟件由主控軟件、數據通信軟件、離線測試軟件、在線功能測試軟件、在線狀態測試軟件、VI特性測試軟件、節點電壓測試軟件、電子手冊、測試開發軟件、系統自檢軟件等幾個主要模塊組成。
　　
　　三、電路在線測試技術
　　
　　1、在線測試原理
　　
　　在線測試的基本原理是測試儀為印制電路板上的被測芯片提供輸入激勵，同時在計算機控制下自動采集記錄被測芯片的輸出響應和狀態值，通過計算機將其記錄的所有狀態值與標準的狀態真值表比較，從而判斷被測對象的故障情況。
　　
　　2、后驅動測試技術
　　
　　后驅動測試技術主要用于數字電路的在線測試。其實質是在被測器件的輸入級（前級驅動芯片的輸出級）灌入或拉出瞬態大電流，迫使其電位按要求變高或變低，達到對被測器件在線施加測試激勵的目的。
　　
　　為了確保對電路板上的器件進行功能測試，就必須強制驅動器件的邏輯電平，各腳驅動器必須能夠吸收或輸出足夠的電流。根據防護標準文件（00-53/1）所推薦的后驅動安全標準，測試儀的zui大驅動電流被設計為240mA，測試時間在200ms以內。通過實驗，基本能夠較好地對被測器件進行隔離，同時也確保了被測器件的安全性。