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1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.初探路板自动测试与故障诊断栗东晓（黄淮学院电子科学与工程系应用电子044班）摘要：本文文介绍了了数字电电路板的的自动测测试与故故障诊断断需求，故故障类型型与产生生的原因因，故障障诊断技技术与设设备简介介，自动动测试与与故障诊诊断平台台的设计计，开发发数字电电路板的的自动测测试与故故障诊断断程序的的主要步步骤。关键词：数数字电路路； 故障障诊断； 自动动测试； VXXI总线线一、 引言言现代半导体体集成电电路的高高速发展展，同时时也推动动了电子子应用技技术的高
2、高速发展展，数字字电路板板采用多多种专用用电子器器件设计计，其电电路结构构复杂、功功能强大大，电路路板尺寸寸小、器器件密度度高、时时钟和数数传速度度快等特特点；这这些特点点使电子子设备越越来越复复杂，增增大了数数字电路路板的自自动测试试与故障障诊断难难度。武武器装备备的电子子设备必必须进行行维修，维维修的关关键一步步是对电电子设备备的电路路板进行行自动测测试与故故障诊断断，并且且要求故故障隔离离到元器器件才能能实现电电路板的的修复。传传统的仪仪器与仪仪表设备备及测试试手段与与方法已已不能满满足现代代数字电电路板的的自动测测试与故故障诊断断，适应应现代数数字电路路板的故故障检测测设备必必须采用用
3、先进的的自动测测试与故故障诊断断设备和和技术，这这种设备备就是自自动测试试设备（AATE/ATSS），它它是以计计算机软软、硬件件技术为为核心，通通过总线线控制仪仪器的激激励与控控制，实实时、快快速、精精确地采采集和处处理数据据信息，实实现数字字电路板板的故障障隔离到到元器件件。二、 测试试与故障障诊断需需求针对型型号维修修工程任任务需要要，以该该型号数数字电路路板的设设计特点点与技术术状态为为背景资资料，提提出研制制自动测测试与故故障诊断断系统（简简称系统统），该该系统是是对型号的的电子设设备（简简称某设设备）的的基层级级送来修修理的电电子外场场可更换换单元（LRU）进行维修的技术保障性设备
4、，LRU主要是数字电路印制板（以下统称PCB）。系统的主要任务是完成对某型号电子设备的PCB进行自动测试、故障检测和分析、故障隔离到元器件，为维修PCB提供故障元器件的具体部位。该型号电子设备的PCB不仅数量和种类多而且电路结构和机械结构相当复杂， PCB尺寸及印制线路层多样化，PCB所采用的元器件包含了小、中、大、超大规模的各式各样的集成电路芯片，集成电路的外型尺寸和引线结构也具有多种标准和非标准。这种没有经过技术规范的测试性设计的PCB，给自动测试与故障诊断工作带来了极大的困难。1. 维维修测试试a. 对送送修的PPCB测测试，确确认是否否有故障障；b. 检测测故障的的PCBB，故障障隔离
5、到到元器件件；c. 对已已修复的的PCBB测试，确确认是否否已修复复；d. 对PPCB预预防性维维修的技技术参数数测试；e. 对正正常工作作的PCCB测试试，提取取样本数数据。2. 其其它目的的测试a. 用于于拉偏PPCB的的工作电电源或某某些技术术参数，测测定PCCB稳定定工作范范围；b. 用于于PCBB设计验验证和调调试的测测试；c. 用于于PCBB生产检检验的测测试。3 .技术术指标要要求a. 故障障检测率率：不小小于988%；b. 故障障隔离深深度：元元器件或或组件；c. 故障障隔离率率：不小小于955%；d. 虚警警率：小小于或等等于2%；e. 自动动测试与与故障诊诊断一个个单元电电
6、路（对对单元电电路完成成一次激激励与响响应及分分析时间间）平均均时间：小于11minn；f. 定位位到元器器件或模模块的平平均时间间：小于于20 minn。三、 数数字电路路故障类类型与产产生的原原因1 . 数字电电路板的的故障类类型a. 故障障类型: 故障障类型分分内部故故障和外外部故障障两种类类型，内内部故障障是指发发生在集集成电路路器件内内部的故故障，外外部故障障是指发发生在电电路器件件连线之之间的外外部故障障；b. 逻辑辑故障: 电路路中某节节点的逻逻辑值与与规定的的逻辑值值相反，该该故障为为逻辑故故障；c. 非逻逻辑故障障: 除逻逻辑故障障以外的的所有故故障都是是非逻辑辑故障；d.
7、局部部故障与与分布故故障: 故障障对电路路的影响响范围的的大小可可分为局局部故障障和分布布故障；e. 永久久性故障障和暂时时性故障障: 按故故障存在在的持续续时间来来划分，该该故障分分为永久久性故障障和暂时时性故障障, 暂时时性故障障可重复复测试性性能差，电电路工作作不稳定定，检测测故障较较困难； ff. 固固定故障障: 电路路中某节节点的逻逻辑电平平始终保保持为固固定电平平，该故故障为固固定故障障；g. 固定定开路故故障: 电路中中某输出出端点始始终保持持高阻状状态，该该故障为为固定开开路故障障；h. 桥接接故障： 桥接接故障是是由于某某种外部部原因造造成的故故障，在在电路中中两根或或多根信
8、信号线无无意中搭搭接在一一起所形形成的短短路故障障； ii. 集集成电路路的软故故障: 由于芯芯片的半半导体质质量、时时钟速度度、驱动动能力、抗抗干扰能能力、热热稳定性性能、匹匹配能力力等技术术参数变变坏造成成的故障障，该故故障主要要体现在在电路工工作不稳稳定，时时好时坏坏，通过过改变PPCB的的工作电电源或工工作环境境温度进进行检查查，一般般可以确确定故障障发生的的部位； jj. 集成电电路的内内部故障障: 由于于外部电电路或外外界环境境因素造造成的电电路芯片片内部的的击穿、II/O引引线的开开路或短短路等永永久性故故障，该该故障一一般发生生在集成成电路的的I/OO端口。2 . 引起起数字电
9、电路故障障的原因因a. 由设设计质量量因素引引起的故故障。如如电源滤滤波、布布线、时时钟速度度配合、毛毛刺、竞竞争冒险险等；b. 由制制造、原原材料质质量及生生产工艺艺等因素素引起的的故障。如如精度、劣劣质器件件、焊接接等；c. 由工工作环境境条件或或外部电电路因素素引起的的故障。如如温度、湿湿度、强强电、磁磁场、射射线等。 四、 故障障诊断设设备与技技术简介介现代电子技技术高速速发展，军军用武器器装备的的电子设设备板级级维修测试试技术也也不断得得到发展展，二十十世纪660年代代仅仅是是应用简简单的数数字测试试仪，770年代代是应用用总线仿仿真器固固定电平平测试，880年代代是应用用数字发发生
10、器实实现静态态逻辑测测试，990年代代是应用用动态性性能数字字测试系系统实现现动态模模拟仿真真测试，这这也是目目前普遍遍采用的的方法。1 . 故障诊诊断设备备与检测测方法应用于维修修系统的的故障诊诊断设备备与检测测方法概概述如下下：a. 传统统测试：用万用用表、脉脉冲信号号源、示示波器等等传统测测试仪器器组成专专用测试试设备；配置专专用测试试工作台台、测试试接口；操作者者利用电电路图，调调试细则则，人工工检测；该设备备与方法法适用于于所有PPCB的的人工故故障检测测，但不不适宜军军用PCCB的集集中自动动测试与与故障检检测。b. 在线线测试：用专用用在线测测试仪器器；配置置通用测测试工作作台、
11、通通用测试试夹具；利用事事先建立立的样本本数据；人工故故障检测测；适用用于民用用PCBB的故障障检测，不不适宜军军用PCCB的维维修测试试。c. 针床床或飞针针测试：用针床床或飞针针专用测测试设备备；PCCB裸板板的短路路或断路路测试；自动测测试与故故障检测测；适用用于PCCB裸板板生产或或大批量量PCBB的生产产质量检检验测试试。d. 射线线测试：用专用用射线测测试设备备；适用用于PCCB与器器件内部部的物理理故障检检测。e. 自动动测试系系统或设设备（AATS/ATEE）：用用计算机机、测控控仪器组组成的自自动测试试系统；配置通通用测试试接口、专专用适配配器、专专用测试试程序；自动/半自动
12、动仿真测测试；适适用于军军用维修修工程的的PCBB 故障障检测。2 . 自动测测试工作作原理ATS通过过计算机机执行测测试程序序，控制制测控仪仪器模拟拟PCBB在实际际工作环环境的条条件下，通通过PCCB边沿沿插脚加加入激励励（逻辑辑信号、状状态信号号、电压压信号等等）信号号，同时时通过PPCB边边沿插脚脚接收响响应信号号并进行行分析和和处理，验验证输入入与输出出功能是是否符合合要求。五、 自动动测试与与故障诊诊断平台台的设计计1 . 自动测测试平台台的设计计原则与与思想根据某设备备是现代代先进的的和复杂杂的电子子设备，该该设备所所应用PPCB的的数量、种种类、复复杂性和和维修的的环境条条件，
13、有有限的经经费能配配置的测测试设备备，能达达到的测测量精度度，国内内维修技术术发展的的现状和和趋势，维修技术的实现和技术的可持续性，效费比高的现实与特点，确定以下设计思想与设计原则：a. 技术术指标要要求：满满足某设设备维修修任务；b. 实用用性和通通用性：测试平平台能覆覆盖某设设备PCCB的测测试任务务并具备备通用性性， c. 先进进性：要要达到或或接近目目前国内内通用的的ATSS水平； d. 简单单性：在在满足功功能要求求，軟、硬硬件设计计，以及及操作、使使用和维维修简单单，容易易编程和和开发，具具备自检检测试功功能；e. 标准准化、技技术成熟熟性：采采用标准准化的测测控仪器器、有关关产品
14、、接接口（VVXI、IIEEEE4888）、机机柜。采采用标准准的软、硬硬件设计计技术规规范，测测试系统统易于集集成，程程序易于于生成和和开发，有有充足的的技术保保障，有有持续技技术和产产品升级级的支持持；f. 扩展展性：系系统软、硬硬件设计计采用嵌嵌入式和和开放式式的结构构设计，随随着故障障诊断技技术的发发展，测测试要求求的变化化，ATTS硬件件和软件件易于扩扩展和升升级更新新，能够够扩展更更多功能能，能够够适应被被测单元元的改变变； g. 其它它问题：可靠性性高，维维修性好好，电磁磁兼容性性好，费费比高等等。实现 平台台的硬件件设计 2 . 平台台的硬件件设计 平平台硬件件如图11所示。平
15、平台采用用了嵌入入式计算算机总线线控制方方式。平平台硬件件由以下下设备组组成：HPE84408AA，VXXI总线线，C尺尺寸，44插槽机机箱；嵌嵌入式计计算机； SRR1922 VXXI总线线数字测测试系统统；ATT80000A可编程直流流电源；测试适适配接口口等。SSR1992数字字测试系系统提供供平台的的激励、测测量、通通道切换换；计算算机是平平台的核核心，完完成平台台自检、测测试流程程和数据据采集及及数据处处理等功功能。 嵌入入式计算算机HPE98851AA嵌入式式计算机机是美国国Agiilennt 公公司产品品，其特特点如下下：C尺寸，22个 VVXI总总线插槽槽； PPenttium
16、m-, CPPU时钟钟：7000MHHz；硬硬盘：66GB；内存容容量：1128MMB；软软盘驱动动器：11.444 MBB (33.5)；标标准接口口： SSCSII-3（AAPG）接接口，22个RSS2322串行口口，1个个并行口口， 2个UUSB接接口，IIEEEE4888，SVVGA接接口，110/1100 Basse EEtheerneet接口口；支持持多种分分辩率的的外接显显示器等等。 数字测测试系统统SR1922数字测测试系统统是美国国tallon 公司产产品，其其特点如如下： C尺寸寸，2个个 VXXI总线线插槽；双向数数字IO，1192通通道；每每通道1128KK存储深深度；
17、可可编程时时钟源，最最大可达达50MMHz时时钟速率率；输入入通道电电压为-5V+7VV；智能能(Wiizarrd)探探头或自自动智能能探针装装置等。55.3 平台台的软件件设计3. 基基本要求求系统软件，集集成软件件，测试试应用软软件，要要求软件件设计与与程序编编写要符符合VIISA规规范，采采用标准准化，模模块化设设计，保保证软件件的易用用性、实实时性、通通用性、可可移植性性、可维维护性、可可测试性性、可扩扩展性、可可靠性、全全中文化化视窗操操作界面面以及人人机界面面自然美美观等特特点。SR1922数字测测试系统统VXII pllug& pllay 驱动软软件与WWIN995、WWIN99
18、8、WWIN NT兼兼容，驱驱动软件件包括交交互式的的界面，用用户可以以应用SSR1992的所所有功能能。SR1922数字测测试系统统的支持持软件包包括开发发系统、仿仿真输入入工具（IIEEEEP14445）、测测试应用用开发、故故障隔离离工具、自自动探针针等软件件。4. 主主程序流流程 主主程序执执行简化化流程如如图2所所示。安安全保证证检查：进入测测试程序序前进行行必须的的安全检检查，确确保被测测PCBB，适配配接口，测测试程序序准确无无误，保保证设备备的安全全；N+1项测测试、初初始条件件：我们们把PCCB分为为N项测测试，每每一项测测试作为为一组激激励，每每一项测测试的输输出作为为一组
19、向向应；测测试、故故障分析析、过程程提示：在测试试PCBB虚拟仪仪器面板板上提示示测试进进程或测测试结果果，报告告测试与与综合分分析结果果。六、 开开发PCCB的自自动测试试与故障障诊断程程序的主主要步骤骤1 熟悉悉测试平平台a. 熟悉悉测试平平台的测测试规则则和所具具备的测测试功能能；b. 熟悉悉测试平平台的技技术条件件和技术术指标；c. 熟悉悉测试平平台的软软件环境境和应用用开发软软件功能能；d. 熟悉悉测试平平台配置置仪器的的用途、操操作条件件和测试试功能；e. 熟悉悉测试平平台的物物理接口口和接口口的信号号特性。2 熟悉悉被测对对象（PPCB）的的技术状状态a. 熟悉悉被测PPCB的的
20、工作原原理与组组成，具具备原理理图；b. 熟悉悉被测PPCB的的物理结结构和元元器件布布局图，具具备PCCB的网网络表；c. 熟悉悉被测PPCB的的元器件件应用情情况；d. 熟悉悉被测PPCB的的技术条条件和使使用规则则；e. 熟悉悉被测PPCB的的调试细细则。3 编编程的基本条条件和程程序设计计a. 分析析被测PPCB的的电路结结构，对对复杂电电路结构构进行分分解，建建立相对对独立的的模块；b. 分析析电路模模块的各各种特性性，建立立故障模模型和故故障数据据库；c. 通过过实验或或测试，掌掌握被测测PCBB的性能能，静态态参数，动动态特性性等技术术参数，建建立样本本数据库库；d. 确定定测试
21、内内容，测测试项目目和测试试流程；e. 确定定激励与与响应关关系，建建立测试试集；f. 确定定测试方方法和故故障诊断断类型及及分析方方法；g. 提出出测试技技术要求求，确定定技术指指标；h. 对被被测PCCB进行行程序设设计； i. 可以以应用软软件仿真真自动生生成测试试程序。4 被测测PCBB与测试试平台的的接口设设计 了了解了测测试平台台的物理理接口和和信号特特性，明明确了被被测PCCB的边边沿接插件件插针所所需要的的信号特特性，设设计被测测PCBB的专用用测试接接口，接接口设计计力求简简单、合合理。5 调试试及投入入使用被测PCBB同专用用测试接接口连接接，专用用测试接接口同VVPC接接
22、口连接接，这样样就完成成了被测测PCBB同测试试平台的的电气连连接，测测试平台台加电，调调用被测测PCBB的测试试程序进进行调试试。通过过调试、运运行、综综合测试试及总体体评估是是否达到到设计目目标，达达到设计计目标则则可以进进行软件件打包，注注册登记记，建立立档案，投投入使用用，否则则进行修修改或重重新设计计。七、 结论论现代武器装装备的电电子设备备采用数数字化技技术越来来越高，其其数字电电路板的的数量占占有相当当比例，数数字电路路板的专专用性和和特殊性性相当强强，使用用时间周周期长，更更新换代代相当困困难，电电路板一一旦发生生故障必必须进行行修理，以以确保战战备的完完好性。该该系统是是以某
23、型型号数字字电路板板的设计计特点与与技术状状态为背背景题材材，作者者对PCCB的技技术特点点和维修修需求以以及实现现故障诊诊断的可可行性，进进行了认认真地调调研后而而设计的的自动测测试与故故障诊断断平台，该该系统设设计合理理、切实实可行，具具有通用用性，它它可以应应用于其其它武器器装备的的维修工工程。参考文献：1 高高泽函. 电子子电路故故障诊断断技术. 西安安：西安安电子科科技大学学出版社社，20001.2 丁丁瑾. 可靠性性与可测测性分析析设计.北京：北京邮邮电大学学出版社社，19996.3 TTERAADYNNE/DDEI.现代国国防/航航天电子子测试系系统资料料汇编. 20000.4 李李更祥. 软件仿仿真应用用于雷达达数字电电路设计计验证与与测试程程序生成成的研究究. 6 中中国航天天科工集集团公司司二院二二十三所所有关内内部技术术资料.