ASA技术，排除电子故障的Z佳方案
时间：2009-03-27 阅读：1768
| 1、电子元器件测试需求和测试成本 电子元器件测试必要性是显而易见的，尤其是近年来“电子垃圾”（假冒伪劣电子元器件）涌入国内市场，鱼目混珠，严重威胁了整机和系统的可靠性，这一情况已经引起了很多单位的重视，进而配备了不同档次的测试系统对元器件进行测试和筛选。 但针对不同的测试对象和具体的要求， 需要选择不同档次的测试系统，同时也就决定了不同的测试成本。例如对于通用数字集成电路来说，如果测试其静态逻辑功能，只需使用几千元的功能测试仪（俗称PASS机），要测试其静态直流参数，则需要几万元乃至十几万元的小型测试系统，而测试其交流参数，则需要几十万元乃至更昂贵的中、大型测试系统 。 在集成电路的详细规范中规定了集成电路的各类参数，并规定了在A组检验和质量一致性检验中各分组和各试验项目中应该进行哪些参数的测试。集成电路的生产厂商在生 产过程中，原则上遵照和执行产品的详细规范。对他们来说，执行产品的详细规范就是测试需求。应该说这种需求是明确的，是有标准做为依据的，通常也是可以做到的，因为集成电路的生产厂商一般都配有执行产品详细规范所需的测试系统。 但对于集成电路的应用者 （如整机厂商）来说，情况就复杂得多，各单位所拥有的测试系统档次参差不齐，还有相当多的单位不具备zui起码的测试手段。没有统一的标准来规定应用在什么场合的器件在出入库检验或筛选中应该进行哪些参数的测试。由于测试需求不明确，也就很难说配备什么样的测试系统才合理，对于大多数整机厂商来说，实际的做法是能测些什么参数就测什么参数，测不了的参数就不测。 外协测试的情况基本也是如此。 即便有了明确的测试要求，一般也难于根据测试需求去争取相应的资金来购买和配备所需的测试设备，而往往是只能根据所能争取到的资金来考虑和选择可能购买的测试设备，由测试设备的档次决定了可能的测试内容。 一些单位在争取到资金，进行测试系统选型时容易有一种不切实际的想法，想买一个测试系统解决所有电子元器件的测试，免得求助于他人，到其他单位去进行测试协作，这也许是一些单位在测试系统选型时贪大求洋的理由之一。很少有人考虑测试系统的低效率运行导致的高测试成本。应该说实际上没有哪一个测试系统能包罗万象测试当前和今后所有的电子元器件，如果能解决本单位使用的大多数电子元器件的测试，而将少数复杂器件进行外协测试，恰恰是降低测试成本的有效方法之一。 因为测试系统的选型还是要根据各单位的具体情况，综合考虑本单位使用的元器件品种、用量，测试的要求和内容，所需测试系统的档次、性能和配置，单位自身的软件开发能力及由供应商提供软件的可能，供应商能提供的系统维护和的能力和水平，购置系统的经济承受能力和资金来源等诸多方面的因素，来选择适合自己的测试系统。 2、电子故障排除方案综述 在电子设计和维修检测中，故障排除是zui让人头疼的问题 ，以往在很多企业，排除故障要么得不到重视，要么得到重视也找不到一种很有效的方案。传统的方法是一些有经验的工程师凭借一大堆测试设备（譬如：万用表、示波器、 频率计、逻辑分析仪等）和一些必要的电路图及相关资料等采用“师带徒”的古老方法处理电子故障问题…… 但是随着科学的发展，各种元件的产生，产品的日益多元化，以及一些厂家“保密”的需要，这种“古老的方法”受到挑战，同时由于各种历史和社会需求的原因，一些有经验的工程师更是“难觅”，这样一些新型测试产品应用而生，它们想尽方法解决排除电子故障以下新型问题： ① 没有电路原理图以及相关资料 ② 工程师没有相应的阅历和经验 ③ 大批量生产的同类产品不同原因的故障点检测 ④ 离线排除变为离线和在线综合排除 ⑤ 更进一步联网的自动检测 现在，一种广泛使用既经济又实用快速的对比定性排除故障方法——ASA技术应运而生。 3、什么是ASA技术 所谓ASA技术，即模拟曲线分析（Analog Signature Analgsis），是断电排除电子故障的*技术。它使用扫描波形（由于正弦波谐波分量）信号稳定，一般用交流正弦波，施加到没有通电的电子设备两端，在显示屏上（如示波器CRT或计算机显示器等）显示该设备对应的V-I曲线，该V-I曲线也叫模拟曲线。 ASA的基本原理 过去和现在仍然广泛使用的检测方法之一，是通过用万用表测量电路结点对地阻抗来判断与该结点关联的元器件是否有端口型故障 。究竟某块电路板的某些个结点的阻抗在什么范围表示*、什么范围表示可能有故障，*由使用者据经验来判定。经常可以听到“某人将某种电路板已经测熟了”的说法，其含义很大程度是指“经多次测量已经对大部分结点阻抗的正常范围心中有数”。面向维修量大、但需要维修的电路板的种类少的维修人员，甚至会将这类数据的正常值详细记录下来供参照。大量的应用实践表明，这种检测方法不仅在经验丰富的维修者手中相当有效，而且往往是没有图纸资料、不能联机检测时*可用的方法。但是，这种方法有着明显的局限性。 首先，用万用表测量到的电阻，是指在1.5V（万用表电池电压）时所 对应的一个电流值，表示在电压－电流平面上仅为一个点，见图1。 |
| 对呈线性特征的电路结点，可以从这个点推算出在所有其它电压下的电流值（当然主要关心在工作电压范围之内）；但是，对呈现非线性特征的电路结点则不能这样做。这意味着1.5V时的电流值在正确范围内并不能保证在其它电压下的电流值也会在正确范围之内。解决的办法是多取几个点，比如均匀地取16个点、32个点、64个点甚至更多，取值范围从负到正、包括整个工作电压范围在内（见图2）。当所取点足够密，就形成一条曲线，通过整个曲线的重合程度而不是一个点的重合程度来判别故障，显然要直观全面得多。这就是所谓的端口“模拟特征分析（Analog Signature Analysis）”的技术原理，习惯上我们称之为“VI曲线测试”。 |
| ASA的应用优点 A、易于上手 通过将故障电路板的电路结点VI曲线与好板上相应结点的VI曲线相比较，或者和经验曲线相比较来发现故障，可以在不涉及电路功能、没有联机测试的条件下进行检测，非常容易掌握。 B、适用性强 ASA只涉及元器件的端口，不涉及功能，所以它可以同样好地适用于数字器件、模拟器件的测试，同样好地适用于数字器件和器件、分立器件、中大规模集成电路。ASA测试是串行操作的，即检查完一个结点再检查下一个结点，所以它不受封装的限制，对任何无法使用测试夹的分立元件、集成电路， 都可以使用探棒去逐脚（结点） 检查其特征曲线。 ASA应用中的几个问题 （1）阻抗差异过大 当一个电路结点关联的元器件端口阻抗差异过大时，低阻器 件的特征会“淹没”高阻特征。图3中运放的输入阻抗远远大于1k ， 所以将观察不到运放输入阻抗对结点阻抗 的影响。这时将不能判断运放输入正常还是已经开路。 |
| （2）只能诊断到结点 当检查出结点曲线有明显改变时，究竟是由与该结点关联的元器件中哪一个所引起，只能人为地做进一步判断。经验之一是有源器件故障率比无源器件可能性大，输出端故障率比输入端可能性大。 （3）故障判断不直观 坏电路板和好电路板上相应（同）结点的曲线究竟有多大差异意味着有故障，差异在整个曲线的什么部位更为敏感，对不同的电路结点是不一样的；同样功能的*电路板，或者由于生产不同而电路有所改进，或者电路虽无改动、但使用型号相同而厂家不同的元器件等原因，都会造成结点曲线的差异等等。这些要靠大量的实践，靠使用的经验去加以zui后判别。所以有人说，这种方法掌握容易、精通难。 ASA的主要指标及应用含义 （1）通道数 ASA 通道一般是串行通道。也就是说，VI曲线提取实际上是一管脚（结点）一个管脚进行的。所以，当元器件管脚多于测试仪的通道、或测试夹不适于被测器件的封装形式时，总可以用探棒来一个结点一个结点地提取，但是 ，这会大大影响提取和比较VI曲线的效率。 （2）扫描电压幅度 扫描电压幅幅度是指提取VI曲线时加在电路结点上的电压范围。通常希望这个范围包含了电路板工作电压，但又无须太大，这样既可观察到在整个工作电压的曲线形状，不丢失有效检测信息，也不必担心幅度过高引起不良影响。实用中用8V、15V和18V扫描电压去分别处理5V、12V和15V器件工作电压的电路板，即可满足要求。 （3）zui大短路电流 zui大短路电流指取zui大扫描电压值，即被测结点阻抗为零时，从测试端流入该结点的电流。在测试非功率元件和IC时，zui大短路电流一般不超过10mA，而且扫描电压幅度越高，相应zui大短路电压电越小，以保证测试安全。但如果希望将该测试方法用于功率元器件的测试，zui大短路电流控制在10mA以下就显得太小。有些测试仪提供一档150mA的zui大短路电流，基本可以满足大部分用户的需求。只是切记不要使用此档测试小功率器件，以免损坏。 （4）扫描分辨率 扫描分辨率指在整个扫描电压幅度内取多少个测试点。在扫描电压幅度一定时，取点越多，两点间电压差就越小，注入电路结点的曲线就越光滑。有些测试仪在各种扫描电压及扫描频率下均取128个测试点。 （5）扫描波形 扫描波形指扫描电压的变化规律。有些测试仪提供正弦波、锯齿波和三角波。实用中以正弦波为，其谐波分量zui少、zui容易得到稳定的VI曲线。 （6）扫描频率 扫描频率指完成一次扫描过程的速度。实用中将某个频率的电压波形注入到电路结点时，有时产生自激， 结果不能提取到稳定的VI曲线，这时换一种扫描频率可取到稳定曲线，需要注意的是，这个频率无关。目前的有些测试仪有48/390Hz两种频率可供选择。 （7）VI曲线库管理系统 VI曲线库管理系统支持VI曲线的存储、索引等操作。在它的管理下，使用者可以将作为参照的电路板（一般是*电路板）的结点曲线，提取出来并存放于计算机中，供日后检测故障时作为比较标准。 ASA测试的要点 （1）积累完善VI曲线库 将日后可能需要检测和各种电路板结点的VI曲线库作为日后故障检测参照标准，这样就能够大大提高ASA测试的检测能力和效率。 （2）掌握基本VI曲线 基本VI曲线指常见元器件在“离线”（未焊接到电路上）情况下各管脚的VI曲线。由于电路结点的VI曲线，实际上是与此结点关联的基本曲线的并联曲线（即结点曲线在某点切线的斜率等于与此结点相连的各基本曲线在该点切线和斜率之和），所以如果知道了哪些元器件关联到该结点上，往往可以推断出该结点曲线的大致形状；反之，由该结点的曲线形状，可以大致推出与该结点相关的元器件的类型。或者在结点曲线 异常时可以推断出与之关联的哪个元器件出故障的可能性zui大。 （3）利用电路板上的重复电路 有些电路板上的电路重复出现，可以用作相互参考。 |