总工程师 韩熔

了解各种检测方法的优劣，根据具体情况灵活选用，才是高手。本文从介绍当前各种检测方法开始，然后讨论其应用特点、存在哪些不足（有故障检测不出来），引出Ver6.0的改进与发展。随着器件封装越来越小，实施测试日益困难，本文最后部分介绍了Ver6.0在实施测试方面的重大改进。

本文面向对《汇能》测试仪感兴趣的维修人士；不过，即使你没有，也不打算添置Ver6.0，文中对测试方法的讨论，也有助于用好其它测试工具。

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1．当前测试方法及原理

1.1概述：

a.第一类

1）使用万用表电阻档的电阻比对法；

2）使用万用表二极管档的电压比对法；

3）使用一般电路维修测试仪的ASA（VI）曲线比对法。

这类方法获得广泛使用的主要原因是：

• 测试不加电，不是根据电路工作原理进行故障检测，适合维修测试通常没有原理图，或对电路板工作原理了解很少的情况；
• 主要发现IC器件的“端口型”故障，维修中绝大多数属于这类故障。

 

b.第二类

4）直接测试IC器件好坏。

 

这种测试在维修中得到较多使用的原因与第一类相同。

 

按照发现故障的能力，IC测试由低往高分为三个层次：端口测试、功能测试、性能测试；按照使用条件分为：

• 在线测试：测试焊接在电路板上的器件。需要用测试夹夹在被测器件上进行测试。
• 离线测试：测试脱离电路板的器件。锁在测试座上进行测试。

 

显然，在线测试更适合维修检测。在早期的电路板（以双列直插式封装、中小规模通用器件为主）检测中，在线测试发挥重要作用，然而近年来，随着器件封装细小化，集成度越来越高，在线测试越来越难有用武之地，把器件焊下来进行离线测试渐成主流。

第一、二类测试都属于“间接”测试——不与电路板功能好坏“直接关联”，需要通过其它办法“验证”检修结果。

 

c.第三类

5)使用万用表/示波器比对直流/交流电压；

6）使用信号发生器（信号注入）+使用示波器比对对注入信号的响应

 

这类测试多用于在制造电路板的过程中的故障检测。主要原因是：

a)需要了解电路工作原理，才能确定如何给板子加电；才能定义施加、读回的具体信号（电压范围、时序、频率、相位等）；

b)这里较少使用第一、二类测试的原因是，电路板制造中主要是开、短路，错、漏焊故障，不属于第二类测试范围，对第一类测试敏感程度低（故障检出率低）。

 

与一、二类测试相比，这类测试工作量小，并且是“直接测试”，所以，即使是维修测试，在有条件的时候（例如大量重复维修某种电路板），也应该尽量创造使用这类测试的条件。

 

《汇能》Ver6.0中初步引入了这类测试方法。

1.2测试原理

a.万用表测电阻的原理

把一个直流电压V，通过输出电阻Ro，加在被测对象Rx两端，产生流经回路的电流I。表头把这个电流转换成电阻显示出来。测电阻时换档就是切换Ro。

下面是两种万用表电阻档的基本参数：

特点：

最大测试电压小于PN结导通电压，所以关联的IC管脚不影响测试，这解释了为什么多数情况下在线能测准；Fluke表的测试效果比胜利表好，背后原因应该是Fluke表的最大测试电压小于胜利表。

档位越高（测大电阻），测试电流越小。

b.万用表二极管档的测试原理

 

从对两种万用表的外特征测试发现，二极管档与电阻档的原理相同，差别在于1.测试参数不同，2.显示测试电压。归结出的测试参数如下：

特点：

测试电压包括普通二极管、发光二极管的拐点电压，所以能够测试正向导通、反向截止的基本特征。

测试电流大于电阻档，但不是恒流，随被测电压增加而减小。

c.ASA曲线测试原理

 

ASA曲线测试大约自上世纪80年代后期，随着“电路在线维修测试仪”这种测试设备引入国内。

 

• 从静态角度理解ASA曲线

  假设你有很多块万用表，每块表的测试电压都不一样。用这些表测试同一个对象，测试到多组电压、电流值。把这些值显示在电压-电流坐标上，得到它的VI曲线；显示在时间-电压坐标上，得到TV曲线。一般地，称为ASA（模拟特征）曲线。

• 从动态角度理解ASA曲线

如果这些表的测试电压遵循正弦规律，在确定时间内作用于被测对象，相当于把一个正弦电压通过Ro加在被测对象。它的ASA曲线就是对该测试信号的直接响应。参见下图：

ASA曲线测试原理图	在时间-电压坐标上的测试信号

特点：

• 在一个电压范围内而不仅仅是一个电压点上进行测试；
• 动态测试信号，可反映结点包含的容性、感性成份；
• 一次测试产生多个测试数据，以曲线的形式显示测试结果；

下面是几种“标准（非组合）曲线”。请记住这几种曲线形状。

开路曲线:

短路曲线:

电阻曲线：

电容曲线：

硅二极管曲线：

d.IC器件测试基本原理

 

本部分内容在《电路板维修中的IC器件测试—《汇能》Ver6.0说明之二》详细讨论。这里仅作大致介绍。

 

• 端口测试

通过对比IC管脚ASA曲线实现测试，故障检测能力相对最差；使用简单、除了接触不上外（BGA封装）几乎不受限制，可用于几乎任何IC的测试（一般用于后两种方法不能测试的器件），有人给它起了个很玄的名字——疑难器件测试。

• 功能测试

测试器件能否完成规定的电路过程，但不测试完成的“质量”，属于“定性”测试。功能测试主要发现“损坏”型故障，不能发现性能变差类的故障。

在电路维修测试仪上，功能测试范围主要包括：逻辑器件（以74系列为代表）、运算放大器、光电耦合器、电压比较器等。

• 性能测试

不仅测试器件能否完成规定的电路过程，而且测试完成的质量。性能测试通过测试器件参数实现，属于“定量”测试。性能测试对硬件要求高、实现难度大、建库内容多，主要用于器件入厂检验、性能筛选。由于性能测试是对付“水货”、“翻新件”的最好办法，近来在维修中逐渐得到重视。

在同类产品中，《汇能》Ver6.0唯一实现了对IC主要直流参数的测试。这也是《汇能》测试仪硬件精度明显高于同类产品的原因。

2．第一类测试方法的应用特点及存在问题

2.1另一种角度看电路板

考虑到IC不加电就是一堆PN结的串并联，从未加电的电路板的一个结点向四周看去，就只有电阻、电容、电感、PN结的一端（的并联），其另一端也是同样结构，如此下去，最终都汇集到接地点，所以，任何电路板的任何结点，都可看成不同参数的电阻、电容、电感、PN结的串并联，围绕它们讨论如何测试即可。

2.2应用特点

 

a.测电阻vs二极管档法

 

• 由于测电阻的最大电压小于PN结导通电压，所以，对结点主要由PN组成的电路板（例如纯数字板），人们更愿意用二极管档；
• 电阻档的测试电流小于二极管档。电流越小，越不容易达到直流稳定（读数不稳定），容易把大电容测成短路。这解释了测试电源板时（大电容、电感多），为什么二极管档相对更好用。

二极管档仅是“发现”电容的能力强。目前缺乏“在线”测试电容、电感的手段。另外，如果测试信号改用“恒流”，效果会更好。

• 二极管档对结点中阻性成分的测试能力，远远不如电阻法。首先，测试电压高，如果结点关联IC管脚（PN结）会影响测试；即使没有关联IC管脚，由于测试电流不恒定，也很难估计阻值大小。电阻档能准确测出电阻值。

在检测模拟板时，如果先用二极管档不能发现故障，再用测电阻法试试。

b. ASA曲线法vs测电阻和二极管档法

主要优点：

 

• 电路维修测试仪上的ASA曲线测试信号幅度允许用户设置，通常选择等于或略大于IC工作电压（小于最大额定电压），能够发现IC在工作电压范围内的PN漏电、导通不畅、软击穿等故障。参见下图：

考虑到常用的IC工作电压标准，通常有几个信号幅度，例如4V/7V/15V/28V（多数电路维修测试仪），可满足要求。《汇能》测试仪有256个幅度，是为了满足在线测试RCL参数、离线IC参数测试等高精度测试所需。

 

• 交流测试信号包括频率成分，测试包含有容性、感性的结点效果更好

 

ASA曲线测试不加电，所以这个频率与电路或器件工作频率无关，主要考虑：

 

1)对于在常用大小范围内的电容、电感，配合输出电阻，能够得到有测试意义（椭圆面积不为0）形状的曲线。例如，100微法的电容，在1K频率下的等效阻抗=1/（2πfC）= 1.6欧姆。接近短路。这是新手在检测电源板时容易出现的问题；

 

2)测试速度不能太慢。例如，频率5赫兹时，2个测试周期将需时400ms。

频率在十几到数百赫兹之间即可满足ASA曲线测试的要求。

 

• 多数情况下交流稳定比直流稳定更容易达到，所以ASA曲线测试比万用表测试更容易得到稳定测试结果；
• 人对曲线的记忆、识别能力比数字更强。

2.3存在的问题——为什么电路板有故障检测不出来

 

a. IC的非端口型故障

 

由于这类测试不加电，IC等同于大量PN结的组合，如果故障没有发生在与IC输入/输出管脚直接相连接的PN结上（例如存储器中出现坏位），将检测不出来。不过，在维修中这类故障较为少见。

这种故障可用器件功能测试、参数测试检测出来。

 

b. IC性能下降、或者劣质IC导致的故障

 

这类故障要在IC加电工作时才能表现出来。这类故障在维修中较为少见。

这类故障通过IC性能测试才能检测出来。

由此可知，ASA曲线测试不适用于IC的入厂检验。有国外产品把ASA曲线测试仪称为集成电路测试仪，可用于IC筛选，从技术方面说不够恰当。

c. 高阻抗支路问题

一个电路结点通常由若干个支路组成。结点总阻抗由每个支路的阻抗并联而成。并联的规律是：阻抗越小，对总阻抗影响越大；反之影响越小。发生同样比例的变化（对电路影响程度相同），小阻抗支路的容易发现，高阻抗支路容易被忽略过去。

假定一个结点由1K和100K电阻并联而成，结点总电阻= 1K并100K = 0.99K；若1K电阻减少20%到0.8K，总电阻=0.8K并100K = 0.79K；若100K减少20%到80K，总电阻= 1K并80K = 0.988K。

再举两个实际例子。

 

实例1：参见下面两个结点的ASA曲线

 

 

前面结点有一个约15K电阻，后者没有。在PN正负向导通之后，导通电阻很小，完全“淹没”了这个电阻；这个电阻只能在0电压点附近（两拐点之间，PN结电阻远大于15K）呈现出来。但由于这段曲线所占比例很小，可用于显示的点数更是有限，最终如上图所示，两条曲线整体形状相差不多——故障被掩盖。

上述分析能够解释有人用ASA曲线没有发现故障，然后用万用表细细测，最终解决了问题——应该属于这类问题。

有的测试仪企图通过增加测试点数（曲线分辨率）来提高ASA曲线测试精度，显然无用。因为0点附近可供显示的点数太少，多余的测试数据重叠在一起，结果没有变化。

把整个曲线放大效果也有限。因为是按比例放大，0点附近占整条曲线比例不变，曲线误差保持不变。除非在0点附近测试很多点，再放大显示，才能较好揭示出0点附近的电特征。

实例2：电感并电容

如果用万用表测试，由于电感的直流电阻很小，很容易掩盖电容的存在。

 

d.ASA曲线测试——数据转为曲线导致精度降低

参见下图。

 

三个图中电阻值的变化比例相同，这意味着故障程度相同，但显示出来的曲线差异明显不同。在实际检测中，很容易认为中间结点有问题，右边结点没有问题。

实用中要选择测试参数，使测得的曲线趋于45度。

3．《汇能》Ver6.0关于第一类测试方法的改进与发展

总结一下上面的讨论：ASA曲线法无疑应用效果最好，一般应该首先用ASA曲线检测。但尺有所短，寸有所长，ASA曲线法并不能完全取代另外两种方法，所以Ver6.0对三种方法都有所改进，有所发展。

3.1 ver6.0关于测试方法的改进和发展

 

a.增加了在线测电容、电感参数。弥补了以前在线只能测电阻的不足；

 

b.增加了小信号曲线来揭示0点附近的电特征

 

小信号曲线的信号幅度0.2V。除了揭示0点附近的特征外，小信号曲线一个重要作用是反应在线测试RCL时是否受到干扰：如果小信号曲线属于“标准曲线”，说明未受干扰，测试结果准确；否则说明测试受外电路干扰，测试结果不准确。

 

c.把二极管档法测试信号改进为恒流，效果更好。

 

3.2 ver6.0上关于三种测试方法的实现方式

a.测试RCL时自动换档

在检测电路板上的RCL元件时，如果需要根据被测元件的大小，选择合适的测试档位才能进行测试，想想都十分不方便。Ver6.0在测试范围内自动换档。与自动万用表一样。

 

b.自动识别结点电特征

实际测试前先进行预测试，判断结点的主要特征成分为阻性/容性/感性，根据判断结果进行相应测试。

 

c.整合三种测试方法

检测电路板时，理论上最好用三种方法都测，但如果三种测试在不同的地方完成，测试工作量会很大，实际上很难做到；另外，如果测试结果之间能够方便地相互参照，会进一步提高测试有效性。

Ver6.0将三种测试作为选项整合在一个测试功能中，称为“iASA”——改进的ASA测试，可以选择一次三项都测，或者测试其中一、或两项。测试结果同时显示在一起。

为了得到“在线”测试RCL能力，测试信号必须很小（《汇能》曲最大0.2V）、一次完成多种测试导致交/直流信号反复切换，测试状态难于稳定，这些都会影响到测试RCL精度、整个测试速度。“离线”测试RCL时，建议使用其它测试测试工具，如电桥，精度最高，测得最准。

3.3 Ver6.0的iASA测试示例

 

0.1K电阻	普通二极管

实测结点	2.2u电容

以上就是2.3的c中实例1的iASA曲线

电容并二极管	电容串二极管

10u电容并1K电阻：
按电容测试	按电阻测试

10u电容串1K电阻：
按电容测试	按电阻测试

4．《汇能》Ver6.0对实施测试的改进

封装不断细小化导致实施测试越来越困难——效率越来越低，测试难度越来越大。Ver6.0提供以下解决办法。

 

4.1通过定制转接板，实现对电路板接口关联器件的快速测试

如果测试仪有模拟通道，通过转接板连接模拟通道与电路板的外接插件。参见下图：

 

这样，就能快速测试与插脚关联的器件——接口器件。由于接口器件属于故障高发区，这种测试方式相当有使用价值。一般的电路维修测试仪都能实现这种测试方式。

测试仪的模拟通道越多，支持越多管脚的插件。这是高端测试仪配备较多模拟通道的主要原因。

4.2控制机械手组成半自动测试系统

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