測試系統(tǒng)電路板維修探討

姚 銳，徐 超

（中國電子科技集團公司第58研究所，江蘇 無錫 214035）

測試系統(tǒng)電路板維修探討

姚 銳，徐 超

（中國電子科技集團公司第58研究所，江蘇 無錫 214035）

學習電路板維修并不只是單一的了解集成電路，而是要深入研究維修方法及各個功能模塊。維修方法只是實現(xiàn)目的的一種手段，要想維修好電路板就必須要了解其功能模塊。功能模塊是由集成電路和相關元器件組合而成，通過研究集成電路的前后關系，便能知道此功能模塊的作用。文章首先總結電路板的維修方法及故障分類，然后對測試系統(tǒng)電路板（DPS）的故障檢修進行深入的研究，包括：繪制DPS板結構圖，了解DPS板工作原理，深入研究DPS板各功能模塊，其中包括邏輯控制單元、數模轉換、電流采樣、電流箝位，并對DPS板各功能模塊的相應故障進行了詳細的分析。

DPS；邏輯控制單元；數模轉換；電流采樣；電流箝位

1 引言

隨著電子技術日新月異的發(fā)展，電子產品也在不斷地更新。由于電子產品在生產過程中總有各種原因導致其失效，因此就有了電子測試，測試必然離不開測試系統(tǒng)。

測試系統(tǒng)是由多塊電路板組合而成，一旦電路板出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就不能正常工作。由于每塊電路板都價格不菲，出現(xiàn)故障就必須維修，維修的關鍵就是分析，而分析的過程就是查找故障的過程。每塊電路板都是由一個或多個功能模塊組成，每個功能模塊又是由很多元器件組成，并且這些元器件之間都存在著密切的聯(lián)系，所以要想找到故障元器件是一項十分困難的事情。

要想修好電路板就要對電路板進行深入研究，充分了解電路板的結構及各模塊的功能；再就是維修方法，有了好的維修方法可以使維修做到事半功倍。

2 電路板的檢修方法

電路板檢修方法的原則就是先看后測、先易后難。對待故障的電路板首先要進行目測，通過目測了解故障現(xiàn)象，了解故障現(xiàn)象有助于下一步對故障進行分析，分析過程包括問、看、聞、測 。問就是詢問使用者故障的現(xiàn)象，是使用不當導致的故障還是正常運行中突發(fā)故障，還有就是要問問此電路板之前有沒有被別人修過，動過哪些元器件。其次看，就是通過仔細觀察電子元器件，看有沒有明顯的變色、燒焦跡象，是否存在虛焊、焊反等現(xiàn)象，必要時可以借助放大鏡進行觀察。再就是聞，聞一聞有沒有什么異味，一旦集成電路（尤其是大功率器件）被燒壞都會發(fā)出臭雞蛋的味道。最后就是測即測量，通過測量進行分析找出故障器件，測量分靜態(tài)測量（即不加電測量電路板）和加電測量。最簡單的測量就是用萬用表測量電路板的電源和地之間的阻值，通常電路板的阻值應不小于70Ω，若阻值太小（才幾歐姆或十幾歐姆）說明電路板上有元器件被擊穿或部分擊穿。

3 電路板故障分類

故障范圍包括：局部故障、全局故障。局部故障指系統(tǒng)的某個或幾個功能模塊運行不正常；全局故障指整個系統(tǒng)運行狀況。

故障又分為穩(wěn)定的故障和不穩(wěn)定故障。穩(wěn)定的指由于元器件的功能失效、電路短路等引起的故障；不穩(wěn)定指：接觸不良、元器件功能變差。

4 電路板工作原理

本文以DPS（測量器件電壓源）板為例，其主要功能為：（1）在測試過程中根據施加條件為被測器件提供兩路器件電源，其中一路電壓施加范圍為0～50V，另外一路電壓施加范圍為-50V～0V。（2）測量器件電源的工作電流，測量值最大為5A。

器件電源板由DPS1和DPS2兩路器件電源組成，它的主要組成部分有：邏輯控制單元、譯碼控制單元、數據轉換器、電壓及功率放大器、電流箝位控制單元、電流采樣單元、差分放大器、繼電器控制單元。

DPS板的工作方式有：加壓（FV）、加壓測流（FVMI）。在FVMI方式中，驅動電壓值通過數模轉換器提供給輸入驅動器，輸出電流由采樣電阻采樣，通過差分放大器轉換成電壓值，再由模數轉換器回讀電流值，箝位值可根據負載設置，箝位電流起著限流保護作用。DPS板和系統(tǒng)的結構關系如圖1所示，DPS板實物見圖2。

圖1 DPS板和系統(tǒng)的結構關系圖

圖2 DPS板實圖

通過對實圖的結構了解可以繪制出DPS板的邏輯框圖，見圖3。繪制邏輯框圖可以使我們更加清楚地了解其工作過程，為維修可以提供很大的幫助。

圖3 DPS板邏輯框圖

從圖2我們可以得知，很多元器件都是成對出現(xiàn)的，結合前面介紹的DPS板工作原理及組成（DPS板由兩路組成，一路提供正電壓，一路提供負電壓），可知這些元器件的作用提供正負電源。得知此類信息對分析電路板有很大的幫助，如在DPS板出現(xiàn)正電壓加不出，但負電壓可以加出的情況下，就可以參照負電壓的一路對正電壓進行維修。

當DPS板出現(xiàn)故障，首先對其進行靜態(tài)檢測。由于集成電路內部都是采用直接耦合，因此，集成電路的其他引腳與地之間都存在著確定的直流電阻，這種確定的直流電阻稱為該腳的內部等效電阻，簡稱R內，可以通過萬用表測量各引腳的內部等效直流電阻來判斷其好壞，如若各引腳的內部等效電阻R內與標準（我們可以拿一塊好的集成電路，通過萬用表測量各引腳的內部等效電阻R內作標準）相符，說明這個集成電路是好的；反之，若與標準值相差過大，說明集成電路內部出現(xiàn)故障。測量時一定要注意一點，由于集成電路內部有大量的三極管、二極管等非線性元件，在測量時單向測得一個阻值還不能判斷其好壞，必須互換表筆再測量一次，獲得正反向兩個阻值，只有當R內正反向阻值都符合標準才能斷定該集成電路完好。

在靜態(tài)檢測發(fā)現(xiàn)不了故障源的情況下，只有對DPS板進行加電在路檢修。如想對DPS板進行加電檢修，必須對DPS板作延伸處理，只要將DPS板延伸出來就可以對其進行加電分析，見圖4。

實際維修中，加電測量先測量引腳電壓，如果電壓異常，可斷開引腳連線測量接線端電壓，以判斷電壓變化是外圍元器件引起，還是集成塊電路內部引起；也可采用測量外部電路到地之間的直流等效電阻R外來判斷。通常在電路中測得集成電路某引腳與接地引腳之間的直流等效電阻（在路電阻），實際是R內和R外并聯(lián)的總直流等效電阻。在維修中常將在路電壓與在路電阻的測量方法結合使用，有時在路電壓和在路電阻偏離標準值，并不一定是集成電路損壞，而是有關外圍元器件損壞使其R外不正常，從而造成在路電壓和在路電阻異常。這時便只能測量集成電路內部直流等效電阻才能判斷其集成電路好壞。根據實際維修經驗，在路測量集成電路內部直流等效電阻時可不必把集成電路從電路板上焊下來，只要將電壓或在路電阻的異常的引腳與電路斷開，同時將接地腳與電路板斷開，其他腳維持原狀，測量出測試腳與接地腳之間的R內正反向電阻值便可判斷其好壞。

5 繪制電路圖

現(xiàn)在有很多廠家并不提供電路板的電路圖，但要想對電路板進行加電分析，沒有電路圖是沒有辦法進行加電分析的，所以就要自己動手繪制電路圖。繪制電路圖要了解如下幾點：

（1）了解相關集成電路的工作情況，首先要找出集成電路的信號輸入引腳和信號輸出引腳以及相對應的電源引腳和接地引腳。

集成電路的電源引腳是用來將整流濾波電路輸出的直流工作電壓加到集成電路的內部電路中，為集成電路的內電路提供直流電源；而接地引腳是用來將集成電路內電路中的地線與整機線路中的地線接通，使集成電路內電路的電流形成回路。所以電源引腳和接地引腳是集成電路正常工作最基本和最重要的兩根引腳。

信號輸入引腳是與前面一級的電路輸出引腳相連的，或是與整機電路的信號源相連，這樣如果了解了集成電路的信號輸入引腳，就可以從后級向前一級方向進行分析。而在電路板的許多故障檢修中，例如：加不出電壓、加不出電流等故障，只有確定了集成電路的信號輸出引腳，才能進行下一步的檢修，所以在集成電路中找出信號輸入、輸出引腳是相當重要的。

（2）對照電子元器件使用手冊，記下IC的工作特性（真值表、工作特性曲線、工作電壓、輸入輸出引腳），然后對照結構圖的前后關系將相關的IC進行簡單的安排位置。最后用萬用表測量IC的前后級關系，這樣就可以將它們之間的聯(lián)系簡單的繪制出來。

6 模塊單元

6.1 邏輯控制單元

邏輯控制單元是電路板的主要控制單元，相當于這個電路板的“CPU”，是可編程邏輯器件。主要功能是通過邏輯電平控制繼電器單元、電流箝位控制單元和測量單元。

故障分析：

（1）由于從“邏輯控制單元”出來的電平不足以驅動繼電器，所以要通過驅動電路來驅動，因此在出現(xiàn)繼電器不能正常工作的情況下要將此考慮在內（邏輯控制失效、驅動電路失效、繼電器本身故障）。

（2）在系統(tǒng)加電的情況下，若出現(xiàn)“找不到電路板”的現(xiàn)象，那基本上可以斷定是電路板上的邏輯控制單元故障所致。

6.2 數模轉換器（D/A）

數模轉換器是將控制器給出的數字信號轉化為實際的模擬量來控制外接器件。當DAC正常工作的時候，輸出的模擬電壓和輸入的數字量成正比，所以當輸入和輸出之間不成正比的時候可以判定DAC失效。

6.3 電流箝位

電流箝位主要功能就是保護后級電路和被測器件，DPS板上的電流箝位是保護后級的電壓及功率放大器。因為DPS板上有正負兩路電源，所以箝位電流也應該有對稱的正負兩路，常見箝位保護電路見圖5。

圖5 箝位保護電路

從圖5可以看出和這兩個二極管相連的前級就是箝位部分，并且可以找出與此連接的下級運放電路。用萬用表的二極管特性測量下級運放電路的輸入和輸出的關系，可知此運放電路的功能是構成電壓跟隨器。電壓跟隨器具有阻抗變換作用，所謂阻抗變換作用就是指經電壓跟隨器放大后，其輸出電壓近似等于信號源的電動勢，而其輸出電阻卻很小，該電路常用作輸入級、中間級、輸出級。

故障分析：在DPS板加電的時候，出現(xiàn)加5V出來5V，但是當加到5V以上是就加不上去（始終是5V），這時可以將跟隨器輸入級用于箝位的二極管挑開，再次加電，如若此時檢測恢復正常，說明用于箝位的運放電路出現(xiàn)故障；如若故障依舊，就進行逆向分析推查前一級，這里要注意：只要電流沒有進入閉環(huán)，就可以將運放電路的輸出腳挑開進行測量。

6.4 電流采樣單元

電流采樣由采樣電阻和相應擋位的繼電器組成，測流（MI）是輸出電流由采樣電阻采樣，采樣完通過差分放大器轉換成電壓，再由模數轉換器回讀電流值。

故障分析：電流經采樣電阻分成好多擋位，如有個別擋位出錯，首先用萬用表靜態(tài)的測量一下采樣電阻的阻值，如果測量正常，再量量相應擋位的繼電器，如若測量也正常，那就要看看后級的差分放大器，如果測量都正常，最后可以斷定是邏輯控制器的故障。分析邏輯圖見圖6。

圖6 分析邏輯圖

7 維修注意事項

（1）維修前首先要做好防靜電工作，如穿戴好防靜電工作服和鞋、佩戴好防靜電腕帶。維修的工作臺也要做好防靜電處理，如加防靜電臺面。

（2）注意用電安全，包括對電路板加電維修時要考慮到電路板最大承受能力；當需要接觸強電的時候一定要注意人身安全，做好防強電措施。

8 結束語

隨著電子產品的不斷發(fā)展，各種設備故障發(fā)生的種類和頻率也大大提高，因此對維修人員的要求也在不斷提升，特別是對剛接觸電路板維修的人來說，很多人一開始都不知道從何下手，也不知道要學習什么，其實要想學好電路板維修就必須要有一定的數電、模電基礎。理論＋方法＋實踐＋總結，這樣就能應對電路板所發(fā)生的各式各樣的故障。

［1］孔慶生，俞承芳. 模擬和數字電路礎實驗[M].上海：復旦大學出版社，2006.

［2］宋家友.集成電子線路計手冊[M].福州：福建科學技術出版社，2002.

［3］胡斌.集成電路識圖[M]. 北京：人民郵電出版社，2006.

［4］王希勤. 模擬電路故障診斷[M]. 北京：電子工業(yè)出版社 ，2008.

Discussion of Repairing Circuit Board of Test System

YAO Rui, XU Chao
（China Electronics Technology Group Corporation No.58Research Institute,Wuxi214035,China）

Study of circuit board repairing is not just a simple understanding of integrated circuit, but to indepth study of repair methods and the composition of functional modules from the integrated circuit, The methods of repairing is a way to make the DPS board working, but the most important thing you do fi rst is to know the main function of the DPS board, which is composed with the IC elements, By researching the relationship between the integrated circuits, you can understand the operation of the function module.Therefore article fi rst summarizes repair methods of the circuit board and fault classif i cation and then have an in-depth research on troubleshootiong of the test system circuit board（DPS）, including ∶drawing DPS board working principle , each functional module of DPS board（Logic Control Unit, DA Transform,Current Sampling, Current Clamp）, detailed analysis of DPS board each functional module corresponding fault

DPS; logic control unit; da transform; current sampling; current clamp

TN607

A

1681-1070（2012）01-0017-04

2011-10-18

姚 銳（1981—），男，江蘇淮安人，學士，現(xiàn)在中國電子科技集團公司第58研究所從事測試設備維修工作；

徐 超（1987—），男，江蘇無錫人，學士，現(xiàn)在中國電子科技集團公司第58研究所從事測試設備維修工作。