测试设备在电路板上的使用探讨

发表时间:2016/9/18   来源:《工程建设标准化》2016年7月总第212期   作者:童正波
[导读] 随着电子科学技术发展的不断深入,电路板的设计也开始变得越来越复杂。

(联合汽车电子有限公司)
 
        【摘  要】随着电子科学技术发展的不断深入,电路板的设计也开始变得越来越复杂,这无疑增加了电路板在线测试的难度。但电路板作为整个电子系统的核心部件,其可靠性和可维护性直接关系着电子系统的整体质量与生产周期。因此,对测试设备在电路板上的使用进行具体的研究和探讨无疑具有重要的理论意义和实践价值。
        【关键词】测试设备;电路板;使用探讨

        一、引言
        二十一世纪以来,人类社会已经进入了数字化、信息化的时代,电子信息技术在给人们带来诸多便利的同时,其可靠性和安全性也成为社会日益关注的焦点。特别是在军工、航空航天等领域,由于其高密度、高要求以及高数字化的特点,对电子系统的可靠性和可维护性提出了更高的要求。电路板是电子系统生产和研发过程中非常重要的一环,其直接关系着电子系统的整体质量与生产周期。因此,为保证交付的电子产品的可靠性,就必须要配备较好的实现电路板性能测试的设备。
        二、电路板测试简析
        测试设备在电路板上使用与电路板测试的功能、性能、基本构成密切相关,因此有必要首先对电路测试的目的以及原理进行简要分析
        1、电路板测试的目的
        电路板测试的目的主要包括设计验证、产品检测以及故障诊断三个方面的内容。
        (1)、设计验证。
        从电路板的设计阶段来看,为了找出设计的漏洞,需要对电路板进行设计验证。但由于设计原理样机进行现场试验的方法成本相对较高,因此,在设计验证的过程中主要采用在计算机上进行验证的方法,这样既节约成本,也节省时间。
        (2)、产品检测
        在设计验证通过之后,电路板便可以进入生产阶段了。故而,对电路板的测试也就从原来的设计验证变成了产品检测。通过产品检测主要是要查出产品当中是否存在故障,因此,产品检测也叫故障检测。在一般情况下,故障检测只关注产品的好坏,组装完成的电路板必须要通过严格的测试,在确认其不存在故障之后,电路板才能够装入系统或出厂。
        (3)、故障诊断
        在进行产品检测的过程中发现电路板存在故障时,便需要诊断故障原因以及故障状态,而这一过程便是故障诊断。具体而言,电路板的故障诊断就是要在条件允许的情况下,对整个电路板进行各种相关的测试,进而确定引发电路板不正常状态的故障元件以及故障元件的具体参数。



        总之,通过电路板测试可以正确而又全面的反应电路板的各项具体指标和参数,进而对其故障做出诊断,淘汰有问题的电路板,并藉此极大的提高整个电子系统的稳定性和可靠性。
        2、电路板测试的原理
        电路板系统测试的基本原理是暗箱理论,也就是被测对象为不可触及的“暗箱”,在不能打开“暗箱”却又要了解“暗箱”中是否存在故障的情况下,只能够通过输入产生输出来完成对信息的处理。而根据这样的测试原理,电路板测试就必须要完成以下四个方面的工作:
        (1)向被测对象输出测试的激励信号;
        (2)接受被测对象在相应激励下的响应信息;
        (3)根据激励以及响应之间的关系来“决策”下一个激励矢量
        (4)通过激励序列来确定故障的地点以及类型。
        三、测试设备在电路板上的使用探讨
        传统的电路板测试设备往往都只是针对单一的或是固定的几个电路板的测试设备。目前国内外通用的测试设备主要有两种:一种是专用的测试仪器,其主要通过控制面板上的各种开关对想要测试的电路板进行控制,然后通过仪器面板上的仪表或者是其他仪表进行输出信号的检测。还有一种是在线测试设备,其具有较为强大的数据信息库,可以离线或者是在线对集成电路进行测试。其中,在线测试设备的使用,是电路板检测过程中较为常见的技术。但是随着电路板上元器件密度和复杂程度的不断增加,导致了在线测试有效性正在不断降低,进而又出现了许多新的测试技术,如边界扫描技术(Eg:Boudary Scan)以及非矢量测试技术(Eg:Testjet and vtep)等等。
        1、在线测试设备在电路板上的使用探讨
        在线测试是把PCB看作是由印制导线连接起来的元器件,而不是一个逻辑整体。在测试过程中,通过IC或者是通过绕线将针床夹具与待测板上的测试点相连,然后触发相应的测试信号对待测点进行测试,进而测试电路板的元器件的开短路以及其它功能的正确性。
        在测试的过程中,在线测试设备主要提供测试软件以及测试元件的程序库。在PCB的相关器件参数以及具体电路图输入之后,线路分析软件会对此进行自动分析。而测试元件库的主要功能则是根据电路板上的被测试元件,调出与之相对应的测试程序以及根据测试的具体情况生成一个对应被测电路板的测试程序。在此基础上,测试程序对系统内部电路的切换进行控制,把设备上的信号源以及相关的测量仪器连接到被测电路的有关节点上,然后进行具体的测试。
        一般情况下,使用在线测试设备对电路板进行测试时,首先是连接性测试,也就是短路以及断路测试。短路测试主要是要寻找电路板节点之间错误的连接;断路测试则是要寻找电路板当中不同节点存在的未连接的故障。但是使用在线设备进行测试的过程中也存在着一些问题,如不能对电路板的整个功能以及性能进行测试,测试过程中可能出现缺少文件、缺少参数指标等缺陷。而且在线测试设备的成本也相对较高,因此不利于大规模地进行推广应用。
        2、边界扫描技术在电路板上的使用探讨
        随着信息技术发展的不断深入,印制在电路板上的元器件不论是密度还是复杂程度上都在日益增大。特别是表面贴装技术即SMT以及大规模集成电路的使用,使得电路板的“容量”变的越来越大。而电路板的这种发展趋势,在很大程度上限制了探针直接测试设备的使用,甚至在很多时候已经无法利用这种设备对电路板进行测试。在这种情况下,边界扫描技术开始出现,并逐渐投入使用。
        边界扫描技术主要是在芯片的I/O端口上增加了移位寄存器,通过将寄存器相互连接以及时钟复位方式、扫描输出端口、输入端口,进而形成了一个相对完整的边界扫描通道。在具体操作过程中,可以通过一定的设计思路将PCB上的诸多IC元件利用边界扫描寄存器串起来,从而构成一个完整的通道。这样,对于元件边界上的信号,操作者既可以对其进行有效的控制,也可以在器件的尾部进行观察。这样,便实现了对电路板的边界扫描测试。
        此外,虽然在许多的电路板器件当中可以使用BST技术,但由于需要增加额外的电路以及引线,这样就导致了在具体的操作过程中很难做成100%的边界扫描版。不过该测试技术作为一个新的发展方向,在许多专业性在线测试仪制造公司都提供了边界扫描测试的技术和设备。
        四、结语
        电路板作为电子系统生产和研发过程中非常重要的一环,其质量的好坏直接关系着电子系统的整体质量与生产周期。而电路板测试设备是检验电路板整体性能和质量的主要设备,其重要性毋庸置疑。但由于电路板更新换代的速度相对较快,因此在电路板测试设备具体的使用过程中还存在着许多问题,需要进一步研究和探讨
参考文献:
[1]杜里,张其善.电子装备自动测试系统发展综述[J].计算机测量与控制,2009,17(6).
[2]朱大奇.航空电子设备故障诊断技术研究[D].南京:南京航空航天大学,2002.
[3]王侃.用在线测试仪维修医疗设备故障电路板的基本规则[J].中国医疗设备, 2010,25.
 

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