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技術文章
ASA技術，排除電子故障的Z佳方案
點擊次數：2042 發布時間：2009-3-27
| 1、電子元器件測試需求和測試成本 電子元器件測試必要性是顯而易見的，尤其是近年來“電子垃圾”（假冒偽劣電子元器件）涌入國內市場，魚目混珠，嚴重威脅了整機和系統的可靠性，這一情況已經引起了很多單位的重視，進而配備了不同檔次的測試系統對元器件進行測試和篩選。 但針對不同的測試對象和具體的要求， 需要選擇不同檔次的測試系統，同時也就決定了不同的測試成本。例如對于通用數字集成電路來說，如果測試其靜態邏輯功能，只需使用幾千元的功能測試儀（俗稱PASS機），要測試其靜態直流參數，則需要幾萬元乃至十幾萬元的小型測試系統，而測試其交流參數，則需要幾十萬元乃至更昂貴的中、大型測試系統 。 在集成電路的詳細規范中規定了集成電路的各類參數，并規定了在A組檢驗和質量一致性檢驗中各分組和各試驗項目中應該進行哪些參數的測試。集成電路的生產廠商在生 產過程中，原則上遵照和執行產品的詳細規范。對他們來說，執行產品的詳細規范就是測試需求。應該說這種需求是明確的，是有標準做為依據的，通常也是可以做到的，因為集成電路的生產廠商一般都配有執行產品詳細規范所需的測試系統。 但對于集成電路的應用者 （如整機廠商）來說，情況就復雜得多，各單位所擁有的測試系統檔次參差不齊，還有相當多的單位不具備zui起碼的測試手段。沒有統一的標準來規定應用在什么場合的器件在出入庫檢驗或篩選中應該進行哪些參數的測試。由于測試需求不明確，也就很難說配備什么樣的測試系統才合理，對于大多數整機廠商來說，實際的做法是能測些什么參數就測什么參數，測不了的參數就不測。 外協測試的情況基本也是如此。 即便有了明確的測試要求，一般也難于根據測試需求去爭取相應的資金來購買和配備所需的測試設備，而往往是只能根據所能爭取到的資金來考慮和選擇可能購買的測試設備，由測試設備的檔次決定了可能的測試內容。 一些單位在爭取到資金，進行測試系統選型時容易有一種不切實際的想法，想買一個測試系統解決所有電子元器件的測試，免得求助于他人，到其他單位去進行測試協作，這也許是一些單位在測試系統選型時貪大求洋的理由之一。很少有人考慮測試系統的低效率運行導致的高測試成本。應該說實際上沒有哪一個測試系統能包羅萬象測試當前和今后所有的電子元器件，如果能解決本單位使用的大多數電子元器件的測試，而將少數復雜器件進行外協測試，恰恰是降低測試成本的有效方法之一。 因為測試系統的選型還是要根據各單位的具體情況，綜合考慮本單位使用的元器件品種、用量，測試的要求和內容，所需測試系統的檔次、性能和配置，單位自身的軟件開發能力及由供應商提供軟件的可能，供應商能提供的系統維護和的能力和水平，購置系統的經濟承受能力和資金來源等諸多方面的因素，來選擇適合自己的測試系統。 2、電子故障排除方案綜述 在電子設計和維修檢測中，故障排除是zui讓人頭疼的問題 ，以往在很多企業，排除故障要么得不到重視，要么得到重視也找不到一種很有效的方案。傳統的方法是一些有經驗的工程師憑借一大堆測試設備（譬如：萬用表、示波器、 頻率計、邏輯分析儀等）和一些必要的電路圖及相關資料等采用“師帶徒”的古老方法處理電子故障問題…… 但是隨著科學的發展，各種元件的產生，產品的日益多元化，以及一些廠家“保密”的需要，這種“古老的方法”受到挑戰，同時由于各種歷史和社會需求的原因，一些有經驗的工程師更是“難覓”，這樣一些新型測試產品應用而生，它們想盡方法解決排除電子故障以下新型問題： ① 沒有電路原理圖以及相關資料 ② 工程師沒有相應的閱歷和經驗 ③ 大批量生產的同類產品不同原因的故障點檢測 ④ 離線排除變為離線和在線綜合排除 ⑤ 更進一步聯網的自動檢測 現在，一種廣泛使用既經濟又實用快速的對比定性排除故障方法——ASA技術應運而生。 3、什么是ASA技術 所謂ASA技術，即模擬曲線分析（Analog Signature Analgsis），是斷電排除電子故障的*技術。它使用掃描波形（由于正弦波諧波分量）信號穩定，一般用交流正弦波，施加到沒有通電的電子設備兩端，在顯示屏上（如示波器CRT或計算機顯示器等）顯示該設備對應的V-I曲線，該V-I曲線也叫模擬曲線。 ASA的基本原理 過去和現在仍然廣泛使用的檢測方法之一，是通過用萬用表測量電路結點對地阻抗來判斷與該結點關聯的元器件是否有端口型故障 。究竟某塊電路板的某些個結點的阻抗在什么范圍表示*、什么范圍表示可能有故障，*由使用者據經驗來判定。經?？梢月牭?ldquo;某人將某種電路板已經測熟了”的說法，其含義很大程度是指“經多次測量已經對大部分結點阻抗的正常范圍心中有數”。面向維修量大、但需要維修的電路板的種類少的維修人員，甚至會將這類數據的正常值詳細記錄下來供參照。大量的應用實踐表明，這種檢測方法不僅在經驗豐富的維修者手中相當有效，而且往往是沒有圖紙資料、不能聯機檢測時*可用的方法。但是，這種方法有著明顯的局限性。 首先，用萬用表測量到的電阻，是指在1.5V（萬用表電池電壓）時所 對應的一個電流值，表示在電壓－電流平面上僅為一個點，見圖1。 |
| 對呈線性特征的電路結點，可以從這個點推算出在所有其它電壓下的電流值（當然主要關心在工作電壓范圍之內）；但是，對呈現非線性特征的電路結點則不能這樣做。這意味著1.5V時的電流值在正確范圍內并不能保證在其它電壓下的電流值也會在正確范圍之內。解決的辦法是多取幾個點，比如均勻地取16個點、32個點、64個點甚至更多，取值范圍從負到正、包括整個工作電壓范圍在內（見圖2）。當所取點足夠密，就形成一條曲線，通過整個曲線的重合程度而不是一個點的重合程度來判別故障，顯然要直觀全面得多。這就是所謂的端口“模擬特征分析（Analog Signature Analysis）”的技術原理，習慣上我們稱之為“VI曲線測試”。 |
| ASA的應用優點 A、易于上手 通過將故障電路板的電路結點VI曲線與好板上相應結點的VI曲線相比較，或者和經驗曲線相比較來發現故障，可以在不涉及電路功能、沒有聯機測試的條件下進行檢測，非常容易掌握。 B、適用性強 ASA只涉及元器件的端口，不涉及功能，所以它可以同樣好地適用于數字器件、模擬器件的測試，同樣好地適用于數字器件和器件、分立器件、中大規模集成電路。ASA測試是串行操作的，即檢查完一個結點再檢查下一個結點，所以它不受封裝的限制，對任何無法使用測試夾的分立元件、集成電路， 都可以使用探棒去逐腳（結點） 檢查其特征曲線。 ASA應用中的幾個問題 （1）阻抗差異過大 當一個電路結點關聯的元器件端口阻抗差異過大時，低阻器 件的特征會“淹沒”高阻特征。圖3中運放的輸入阻抗遠遠大于1k ， 所以將觀察不到運放輸入阻抗對結點阻抗 的影響。這時將不能判斷運放輸入正常還是已經開路。 |
| （2）只能診斷到結點 當檢查出結點曲線有明顯改變時，究竟是由與該結點關聯的元器件中哪一個所引起，只能人為地做進一步判斷。經驗之一是有源器件故障率比無源器件可能性大，輸出端故障率比輸入端可能性大。 ?。?）故障判斷不直觀 壞電路板和好電路板上相應（同）結點的曲線究竟有多大差異意味著有故障，差異在整個曲線的什么部位更為敏感，對不同的電路結點是不一樣的；同樣功能的*電路板，或者由于生產不同而電路有所改進，或者電路雖無改動、但使用型號相同而廠家不同的元器件等原因，都會造成結點曲線的差異等等。這些要靠大量的實踐，靠使用的經驗去加以zui后判別。所以有人說，這種方法掌握容易、精通難。 ASA的主要指標及應用含義 （1）通道數 ASA 通道一般是串行通道。也就是說，VI曲線提取實際上是一管腳（結點）一個管腳進行的。所以，當元器件管腳多于測試儀的通道、或測試夾不適于被測器件的封裝形式時，總可以用探棒來一個結點一個結點地提取，但是 ，這會大大影響提取和比較VI曲線的效率。 （2）掃描電壓幅度 掃描電壓幅幅度是指提取VI曲線時加在電路結點上的電壓范圍。通常希望這個范圍包含了電路板工作電壓，但又無須太大，這樣既可觀察到在整個工作電壓的曲線形狀，不丟失有效檢測信息，也不必擔心幅度過高引起不良影響。實用中用8V、15V和18V掃描電壓去分別處理5V、12V和15V器件工作電壓的電路板，即可滿足要求。 （3）zui大短路電流 zui大短路電流指取zui大掃描電壓值，即被測結點阻抗為零時，從測試端流入該結點的電流。在測試非功率元件和IC時，zui大短路電流一般不超過10mA，而且掃描電壓幅度越高，相應zui大短路電壓電越小，以保證測試安全。但如果希望將該測試方法用于功率元器件的測試，zui大短路電流控制在10mA以下就顯得太小。有些測試儀提供一檔150mA的zui大短路電流，基本可以滿足大部分用戶的需求。只是切記不要使用此檔測試小功率器件，以免損壞。 （4）掃描分辨率 掃描分辨率指在整個掃描電壓幅度內取多少個測試點。在掃描電壓幅度一定時，取點越多，兩點間電壓差就越小，注入電路結點的曲線就越光滑。有些測試儀在各種掃描電壓及掃描頻率下均取128個測試點。 （5）掃描波形 掃描波形指掃描電壓的變化規律。有些測試儀提供正弦波、鋸齒波和三角波。實用中以正弦波為，其諧波分量zui少、zui容易得到穩定的VI曲線。 （6）掃描頻率 掃描頻率指完成一次掃描過程的速度。實用中將某個頻率的電壓波形注入到電路結點時，有時產生自激， 結果不能提取到穩定的VI曲線，這時換一種掃描頻率可取到穩定曲線，需要注意的是，這個頻率無關。目前的有些測試儀有48/390Hz兩種頻率可供選擇。 （7）VI曲線庫管理系統 VI曲線庫管理系統支持VI曲線的存儲、索引等操作。在它的管理下，使用者可以將作為參照的電路板（一般是*電路板）的結點曲線，提取出來并存放于計算機中，供日后檢測故障時作為比較標準。 ASA測試的要點 （1）積累完善VI曲線庫 將日后可能需要檢測和各種電路板結點的VI曲線庫作為日后故障檢測參照標準，這樣就能夠大大提高ASA測試的檢測能力和效率。 （2）掌握基本VI曲線 基本VI曲線指常見元器件在“離線”（未焊接到電路上）情況下各管腳的VI曲線。由于電路結點的VI曲線，實際上是與此結點關聯的基本曲線的并聯曲線（即結點曲線在某點切線的斜率等于與此結點相連的各基本曲線在該點切線和斜率之和），所以如果知道了哪些元器件關聯到該結點上，往往可以推斷出該結點曲線的大致形狀；反之，由該結點的曲線形狀，可以大致推出與該結點相關的元器件的類型?；蛘咴诮Y點曲線 異常時可以推斷出與之關聯的哪個元器件出故障的可能性zui大。 （3）利用電路板上的重復電路 有些電路板上的電路重復出現，可以用作相互參考。 |