ASA測試技術(shù)在電路維修測試儀上的應(yīng)用

關(guān)鍵字：ASA測試技術(shù) 電路維修測試儀

ASA(VI曲線)測試是電路在線維修測試儀上最重要的測試功能之一。本文從使用的角度，簡單的介紹了ASA測試的原理。主要圍繞著故障檢出率、測試可靠性、使用效率等方面，介紹了如何在電路維修測試儀上高水平地實(shí)現(xiàn)ASA測試技術(shù)。本文對評價(jià)在線維修測試儀產(chǎn)品、更好的掌握此項(xiàng)測試技術(shù)，有較大參考價(jià)值。

一、 ASA測試應(yīng)用特點(diǎn)

Analog Signature Analysis(模擬特征分析)是一種廣泛用于電子電路板的故障檢測技術(shù)。具有以下應(yīng)用特點(diǎn)：
1．不涉及電路原理，無需電路處于工作狀態(tài)，所以可用于沒有圖紙資料，脫離設(shè)備（無需聯(lián)機(jī)檢測）的電路板的故障檢測；

2． 不需給電路板加電，相對更安全；

3． 不涉及電路板上器件的功能，所以無論電路由什么類型的器件組成，數(shù)字的、模擬的、數(shù)?；旌系摹⒐δ芤阎?、未知的（如專用、可編程）等等，均可測試；

4． 它是逐電路結(jié)點(diǎn)（器件管腳）進(jìn)行測試的，基本上不受電路板上元器件封裝的限制。

由于單個(gè)器件可以看成最簡單的電路板電路，所以ASA技術(shù)也能夠用于檢測大規(guī)模、復(fù)雜或功能未知集成器件的好壞。事實(shí)上，由于條件所限， ASA是許多用戶檢測此類器件的唯一辦法。另外，ASA用于檢測分立元件功能好壞時(shí)，也有方便、直觀等特點(diǎn)。

二、 ASA基本測試原理

就基本檢測原理而言，ASA測試可以看成萬用表檢測法的自然延伸。
對于無圖紙電路板，最常用的故障檢測方法是這樣的：先用萬用表測出好電路板上器件管腳（實(shí)際是電路結(jié)點(diǎn)）對地電阻；然后與故障電路板上相應(yīng)器件管腳的對地電阻進(jìn)行比較，根據(jù)差異大小來判斷該結(jié)點(diǎn)上有無故障。由結(jié)點(diǎn)到具體元器件需要人工確定。這種方法簡單、易用且有效，許多人都用這種辦法修好過復(fù)雜、昂貴的電路板。

影響這種辦法的故障檢出率的主要原因是,萬用表只能檢測在1.5V（萬用表電池電壓）下的電阻，而半導(dǎo)體器件引腳的對地電阻隨電壓變化——不同電壓下的電阻未必相同。比如，某TTL器件管腳在2.5V有軟擊穿,產(chǎn)生較大漏流。這樣的故障就不能被檢測出來。

設(shè)想你有幾十、或上百塊萬用表，每塊表的電池電壓都不一樣——電壓范圍包括了器件的工作電壓。對每一個(gè)管腳，都用這些表全部測試、對照一遍，這樣，上面所說的故障就會(huì)被檢測出來了。這就是ASA測試原理——在一個(gè)電壓區(qū)間內(nèi)、而不只是一個(gè)電壓點(diǎn)下進(jìn)行比較。

三、 基本ASA測試的實(shí)現(xiàn)方法

用測試儀產(chǎn)生一個(gè)變化的電壓信號加在被測試對象上，同時(shí)記錄不同電壓下的電流。把隨電壓變化的電流在電壓-電流座標(biāo)系上表示出來，得到一條阻抗曲線。使用者通過比較好、壞電路板相應(yīng)結(jié)點(diǎn)的阻抗曲線的形狀差異，達(dá)到故障檢測的目的。

理論表明，使用以正弦規(guī)律變化的電壓信號（正弦波）的測試效果最好。事實(shí)也是如此，無論進(jìn)口的、還是國產(chǎn)的此類測試儀，都用正弦波作為ASA測試的主要測試信號。

現(xiàn)在市場上的此類測試儀產(chǎn)品都和微機(jī)配合使用。測試儀產(chǎn)生正弦波測試信號；微機(jī)在專用測試軟件控制下，接受用戶指令、實(shí)現(xiàn)測試算法、按用戶的要求控制測試儀施加測試信號、顯示測試結(jié)果、存儲(chǔ)測試數(shù)據(jù)。

下面從用戶的實(shí)際使用要求出發(fā)，對如何得到方便、高效、實(shí)用的ASA測試功能，進(jìn)行一些討論。

四、 關(guān)于配接微機(jī)

微機(jī)軟硬件的更新很快。從當(dāng)前微機(jī)技術(shù)以及發(fā)展來看，測試儀的軟硬件主要應(yīng)該解決以下兩個(gè)問題：

1． 測試軟件應(yīng)支持主流操作系統(tǒng)版本

自Win98后，Windows操作系統(tǒng)對外部設(shè)備的管理機(jī)制作了很大改動(dòng)，使得Win98上的測試程序，不能自動(dòng)升級到其后的系統(tǒng)版本上運(yùn)行。鑒于Win98及以下的操作系統(tǒng)很快會(huì)完全退出使用，如果測試軟件不能支持主流的操作系統(tǒng)版本，比如Windows XP,將會(huì)給用戶以后使用帶來麻煩。

2． 測試儀最好支持USB口

早期的測試儀采用在計(jì)算機(jī)內(nèi)插卡的方式實(shí)現(xiàn)和計(jì)算機(jī)的配接。由于這種方式缺點(diǎn)較多，又轉(zhuǎn)用并口（打印口）配接。但近年來更加先進(jìn)的USB口得到了迅速普及。USB口速度快、更安全（允許帶電插拔），會(huì)給用戶的使用帶來很大方便。另外，目前市場上帶并口的筆記本電腦已經(jīng)十分少見，并口在臺式機(jī)上也許會(huì)很快消失——常用計(jì)算機(jī)外設(shè)，如打印機(jī)、掃描儀、數(shù)碼產(chǎn)品都是USB口了。如果測試儀不支持USB口，會(huì)影響用戶微機(jī)的換代更新。

五、 關(guān)于測試信號

對任何一種電子儀器，測試信號都是構(gòu)成整個(gè)測試功能的基礎(chǔ)。它的質(zhì)量，基本決定著測試質(zhì)量。
關(guān)于主測試信號——正弦波：

1． 幅度（峰-峰值）

為了保證測試效果，同時(shí)又不至于損傷被測器件，正弦幅度應(yīng)大于被測器件引腳的實(shí)際工作電壓，小于極限電壓。由于不同元器件所需電壓值不同，這就要求測試儀輸出的正弦波幅度可調(diào)。
顯然，可調(diào)的范圍越寬、允許調(diào)整的步距越?。ǚ謾n越多）越好。目前市場上多數(shù)測試儀的設(shè)置為±4V、±8V、±18V、±28V等幾個(gè)擋，基本滿足大部分電子電路板、電子元器件的檢測要求。匯能測試儀的電壓幅度從±1V--±28V，以0.5V步距可調(diào)，也就是分成了五十多個(gè)檔。

2． 最大輸出（短路）電流

將正弦波短路后所能流出的最大電流叫做最大輸出電流：

最大輸出電流=等于正弦峰值/輸出電阻

目前多數(shù)國產(chǎn)測試儀的最大輸出電流在十幾毫安到二、三十毫安。據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，這適用于測試一般集成電路，比如74系列器件。如果考慮到測試功率更大一些的集成器件、大電容（上萬微法）、大功率三極管等，最大輸出電流應(yīng)該更大一些。匯能測試儀的最大輸出電流可達(dá)150mA。

3． 頻率范圍

頻率范圍越寬，越能更好地適應(yīng)對容性、感性結(jié)點(diǎn)的測試。比如，對一、兩萬微法的電容，用匯能測試儀都能測出它的有效ASA曲線——從曲線上可以明顯看出是否漏電、容量是否夠。

4． 波形保真度（或失真度）

指實(shí)際產(chǎn)生的正弦波與理想正弦波的形狀差異。非直流結(jié)點(diǎn)的ASA曲線形狀不僅與頻率相關(guān)，也與波形的形狀相關(guān)。比如，電容的ASA曲線只在正弦波下是橢圓。

5． 關(guān)于正弦波產(chǎn)生中的問題

由于ASA測試通過曲線形狀來判斷故障，所以測試結(jié)果的一致性、可重復(fù)性十分重要。測試結(jié)果的一致性、可重復(fù)性由測試信號的穩(wěn)定性保證。

目前市場上有的國產(chǎn)測試儀產(chǎn)生的測試信號，會(huì)隨配接微機(jī)的速度、以及Windows操作系統(tǒng)的分時(shí)性而變。

比如，可這樣觀察Windows分時(shí)性對信號的影響：保持測試儀連續(xù)輸出測試信號，用示波器持續(xù)觀察，然后打開一個(gè)需要系統(tǒng)資源較多的任務(wù)，比如播放音樂，馬上看到信號的形狀完全變樣；更簡單的辦法是測一個(gè)電容，比較播放音樂前后測到的ASA曲線即可發(fā)現(xiàn)。

其實(shí)，即使沒有打開用戶任務(wù)，也會(huì)有一些系統(tǒng)任務(wù)在后臺不時(shí)運(yùn)行著，同樣會(huì)干擾測試。觀察的時(shí)間稍微長一點(diǎn)就會(huì)發(fā)現(xiàn)。

這種情況多數(shù)是測試儀硬件設(shè)計(jì)的過于簡單——測試儀沒有獨(dú)立的定時(shí)電路，測試信號的形狀和頻率發(fā)生了變化。
匯能測試儀的測試一致性很好。經(jīng)軍方有關(guān)單位檢測，它生成的測試信號的頻率準(zhǔn)確度、波形失真度小于2%，并不隨外部條件變化。

關(guān)于輔助測試信號——脈沖：

引入脈沖輔助測試信號，是為了使ASA測試能夠很好地用于三端器件的測試。閘流管、MOS三極管、甚至繼電器、電壓調(diào)節(jié)器等都可以看成三端器件。

以閘流管為例。僅在它的陽極和陰極之間加ASA測試信號，只能發(fā)現(xiàn)兩極之間是否短路、或有漏流，不能發(fā)現(xiàn)開路、或?qū)ú涣嫉墓收?。引入一個(gè)脈沖信號加在閘流管的控制極，控制管子在ASA測試期間出現(xiàn)導(dǎo)通、截止兩種狀態(tài)，就能對閘流管進(jìn)行較為全面的檢測。

不同的三端器件需要不同的控制方式?？刂品绞綄?shí)際就是正弦波如何和脈沖匹配（同步）。有的測試儀產(chǎn)品沒有脈沖輔助測試信號。有的測試儀產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的比較簡單。比如有一種國產(chǎn)測試儀上的三端測試信號實(shí)際上只是一個(gè)大小可設(shè)的直流電平，在ASA測試期間無變化，始終存在。

為了滿足各種三端器件的不同測試要求，匯能測試儀上設(shè)置了八種脈沖和正弦波的匹配方式。相對于正弦波來說，脈沖的起始、結(jié)束位置；寬度、高度均可調(diào)整；支持單向觸發(fā)、雙向觸發(fā)。詳細(xì)情況請參閱有關(guān)產(chǎn)品說明。

六、 提高基本ASA測試的故障檢出率

1．單端口vs多端口測試

所謂的單端口測試，通常指所有的電路結(jié)點(diǎn)（器件管腳）分別與電路板的“地”組成一個(gè)個(gè)的端口，ASA測試信號總是加在這些端口上進(jìn)行測試。比如，在單端口的方式下，對一個(gè)有N個(gè)腳的器件，總共處理N條曲線。

但在使用中人們發(fā)現(xiàn)，有時(shí)候器件的兩個(gè)管腳分別對地的曲線沒有大的變化，但兩個(gè)管腳之間的曲線變化很大，這種情況仍然屬于器件故障，為了解決此類問題，發(fā)展了多端口測試方式。

所謂的多端口測試，是指對一個(gè)器件的任何兩個(gè)管腳組成的端口，都要進(jìn)行ASA測試。這樣對一個(gè)有N個(gè)管腳的器件，最多處理NxN條曲線。

在匯能測試儀上，對多端口還分了三種情況考慮：

a．多端口對稱：

當(dāng)處理了2腳對3腳組成的端口后，如果還要處理3腳對2腳組成的端口，就叫做對稱方式，否則稱為非對稱方式。這類似于用萬用表，要不要調(diào)轉(zhuǎn)表棒再測一次。

由于ASA使用正、負(fù)對稱的交流測試信號，多數(shù)情況下，對同一端口調(diào)轉(zhuǎn)信號后測到的曲線和原曲線是對稱的，也就是說不能提供更多的故障信息。采用對稱方式更多是為了方便分析故障。不過也存在不對稱情況。

b．非對稱含參考腳：

c．非對稱不含參考腳：

所謂含參考腳指要測試1腳對1腳、2腳對2腳、......N腳對N腳組成的端口。這種端口測到的一定是條短路曲線，否則，可能存在其它問題，以該腳為基準(zhǔn)測到的曲線不可信。就是說，含參考腳有利于提高測試可靠性。

2．自動(dòng)、手動(dòng)曲線靈敏度選擇

ASA測試是依據(jù)兩條曲線的形狀差異來檢測故障的，但是，測試數(shù)據(jù)的差異與把數(shù)據(jù)以曲線顯示出來后，曲線之間的差異并不是一回事。用機(jī)械式萬用表打個(gè)比方。指針越接近中央位置，同樣大小的阻值變化引起的指針擺幅越大，也就是指針位置關(guān)于故障的靈敏度越高。

對于ASA曲線可以證明，在電壓—電流坐標(biāo)下（VI曲線），曲線的整體走勢越接近45度，對故障的靈敏程度越高；如果測試曲線是一個(gè)封閉圖形，如電容，曲線包圍的面積越大，對故障的靈敏度越高。

影響曲線走勢主要是測試信號的輸出電阻。當(dāng)選擇的電阻值越接近被測結(jié)點(diǎn)的等效電阻值時(shí)，得到的曲線靈敏度越高。
匯能測試儀允許對任意一條曲線人工修改測試參數(shù)后重測。該特點(diǎn)可用于手工調(diào)整曲線靈敏度。但這種辦法不僅麻煩——當(dāng)曲線很多時(shí)很難逐一觀察、調(diào)整，而且很多情況下，也很難直觀判斷什么樣的曲線靈敏度更高一些。匯能測試儀具有自動(dòng)計(jì)算曲線的靈敏度，自動(dòng)選擇靈敏度較高的曲線的功能。這稱為ASA曲線靈敏度自動(dòng)調(diào)整。

3． 按端口設(shè)置測試參數(shù)

并非同一個(gè)器件的所有管腳都適用于同樣的測試參數(shù)。舉個(gè)典型的例子：集電極開路器件的輸出往往耐壓較高，用于驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管、繼電器等，而輸入都是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以對于輸出、輸入的測試信號的幅度應(yīng)該不同，才能達(dá)到全面檢測的目的。
匯能測試儀有普通設(shè)置和特殊設(shè)置兩個(gè)設(shè)置窗口。普通設(shè)置對所有的端口有效，而在特殊設(shè)置中可對少數(shù)特殊端口進(jìn)行重設(shè)。特殊設(shè)置的優(yōu)先級別高于普通設(shè)置。

在完成測試后，如果對測試結(jié)果不滿意，還可以用鼠標(biāo)選中不滿意的曲線，打開該曲線的設(shè)置窗口，重設(shè)后重測該曲線。

七、 提高測試可靠性

測試可靠性指測試儀能夠識別出可能導(dǎo)致誤判的ASA曲線。

1．接觸問題

在大多數(shù)情況下，端口之間不是開路的狀態(tài)，但又不能完全排除這種情況。測到開路曲線的十分可能的原因是，器件管腳氧化、防銹涂層未打磨干凈、測試探頭磨損等原因?qū)е碌慕佑|不良，所以在實(shí)際使用中，一旦發(fā)現(xiàn)開路曲線，都要進(jìn)行確認(rèn)——檢查、處理，然后重測，以免得到虛假曲線。但當(dāng)一次測試要處理成百上千條曲線時(shí)，依靠人工來找出開路曲線很不現(xiàn)實(shí)，因此，匯能測試儀設(shè)有判開路曲線的功能，在所有測到的曲線中，只要存在開路曲線，就給出提示信息，用戶可以根據(jù)提示很容易找到它的所在。

2．曲線穩(wěn)定性問題判穩(wěn)定（過渡過程、mos器件、自激）

由于被測電路本身的原因，導(dǎo)致在同樣的測試條件下，每次測到的曲線都不相同稱之為曲線不穩(wěn)定。由于ASA測試依靠曲線的重合度來發(fā)現(xiàn)故障，顯然，不穩(wěn)定曲線很容易導(dǎo)致誤判，這要求測試儀能夠識別并提示不穩(wěn)定曲線。經(jīng)過長期實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致不穩(wěn)定曲線的原因主要有以下三種：

a．自激導(dǎo)致的不穩(wěn)定

產(chǎn)生自激的原因很好理解。電路結(jié)點(diǎn)的電特征千差萬別，ASA測試將一個(gè)正弦波注入電路結(jié)點(diǎn)，某個(gè)結(jié)點(diǎn)的電特征正好在這個(gè)頻率下引起自激是完全可能的。其實(shí)這也是ASA測試使用正弦波作為測試信號的原因——正弦波的諧波分量最少，導(dǎo)致自激的可能性最小。自激曲線的現(xiàn)象是大面積散點(diǎn)，并且沒有最終的穩(wěn)定狀態(tài)。更換測試信號頻率即可消除自激。

b．過渡過程導(dǎo)致的不穩(wěn)定

當(dāng)結(jié)點(diǎn)的沖、放電常數(shù)相差較大時(shí)所導(dǎo)致。這種曲線的現(xiàn)象是當(dāng)反復(fù)測試時(shí)，曲線逐步向一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)靠近，有一個(gè)最終的穩(wěn)定狀態(tài)。

c．測試MOS器件時(shí)的不穩(wěn)定

前兩種不穩(wěn)定主要發(fā)生在電路板測試時(shí)，而這種不穩(wěn)定主要發(fā)生在測試單獨(dú)的MOS器件時(shí)。導(dǎo)致這種不穩(wěn)定的原因是器件中的MOS晶體管隨測試信號的不同開關(guān)過程。

這種不穩(wěn)定的曲線的現(xiàn)象是曲線上下跳，似乎是兩條穩(wěn)定曲線輪流出現(xiàn)一樣。測試時(shí)只要把器件的電源腳和地腳都接地就可消除。當(dāng)然，在多端口測試方式下更難處理一些。

盡管對于每種不穩(wěn)定現(xiàn)象都有解釋和解決的辦法，在使用中最重要的問題是要能夠發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定曲線，提示用戶去處理。匯能測試儀已經(jīng)解決了這個(gè)問題。只要在所有測試到的曲線中有一條是不穩(wěn)定曲線，就會(huì)給出提示，用戶可以根據(jù)提示很容易找到它的所在。

八、 改善人-機(jī)界面和使用效率

1．測試結(jié)果索引方式

 當(dāng)一次處理成百上千條曲線的時(shí)候，能否實(shí)現(xiàn)快速檢索就會(huì)嚴(yán)重影響使用效率。使用中主要有以下三種檢索要求：

a．迅速找到有問題的曲線，比如：開路、不穩(wěn)定、超差曲線；

b．迅速找到某個(gè)端口的曲線；

c．迅速找到某個(gè)曲線所屬的端口。

匯能測試儀對此作了精心設(shè)計(jì)，采取了以下措施：

a．將全部曲線分頁。如果是單端口測試，所有曲線安排成一頁；如果是多端口測試，與第一腳組成的端口的曲線為第一頁，與第二腳組成的端口曲線為第二頁等等。支持用戶向上、向下翻頁；

b．設(shè)置了總提示和頁提示。如果所有頁的曲線中有一根異常曲線，總提示就會(huì)給出有錯(cuò)的提示信息；如果錯(cuò)誤在當(dāng)前頁，則會(huì)同時(shí)給出當(dāng)前頁有異常曲線的提示，這樣，用戶利用上、下翻頁功能，能夠很快找到有錯(cuò)誤的頁；

c．在每一頁當(dāng)中，在學(xué)習(xí)曲線時(shí)，會(huì)自動(dòng)將異常曲線排列在前面，當(dāng)然，也可以選擇按管腳順序排列曲線；在進(jìn)行曲線比較時(shí)，則會(huì)自動(dòng)將誤差較大的比較結(jié)果排在前面，也就是支持按誤差遞減的排列順序，當(dāng)然也可以選擇按誤差遞增的順序、管腳順序排列曲線；

d．當(dāng)頁數(shù)很多、每頁中的曲線很多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過顯示器一屏的顯示范圍時(shí)，想要快速找到某個(gè)端口的曲線也會(huì)很費(fèi)時(shí)間。比如，對一個(gè)40腳的器件做完多端口測試，要想看一下20腳和5腳組成的端口曲線，要經(jīng)過多次操作，為此，匯能測試儀上專門設(shè)置了曲線的文本索引方式，只要在選擇欄里用鼠標(biāo)點(diǎn)一下20，第20頁立即成為當(dāng)前頁，再點(diǎn)一下5，無需人工滾動(dòng)屏幕，該端口的曲線就會(huì)自動(dòng)滾動(dòng)到合適位置顯示出來，十分便捷。

2．三種曲線坐標(biāo)

多數(shù)情況下，人們喜歡在電壓-電流坐標(biāo)上觀察ASA曲線，但對有的測試結(jié)果，換一種坐標(biāo)可能更容易理解，更容易把問題的本質(zhì)暴露出來。這就好比幾何中又有直角坐標(biāo)系、又有極坐標(biāo)系一樣。匯能測試儀支持三種坐標(biāo)：電壓-電流坐標(biāo)、時(shí)間-電壓坐標(biāo)和電壓-電阻坐標(biāo)。請參閱產(chǎn)品說明中給出的測試實(shí)例，會(huì)對此理解的更具體一些。

3．單曲線處理

當(dāng)索引到所需曲線后，用鼠標(biāo)雙擊曲線，測試儀將僅僅重測這條曲線，其它曲線不受影響。正像前面所提到的，還允許重新設(shè)置該曲線的測試參數(shù)后再測。有的測試儀不支持單曲線處理，或者不能夠給不同的曲線設(shè)置不同的測試參數(shù)，或者當(dāng)需要重測某條曲線時(shí)，必須把所有曲線全部重測一遍。使用效率低。

九、 其它輔助措施

1．曲線顯示形式

匯能測試儀以點(diǎn)的方式——按實(shí)際測試數(shù)據(jù)顯示曲線；也支持按線的方式——將測試點(diǎn)用線連接起來顯示曲線。點(diǎn)的方式真實(shí)，線的方式醒目，用戶可以按自己的要求隨時(shí)切換；

2．單曲線/頁顯示

一屏顯示一頁所有的曲線。若曲線較多，需要用鼠標(biāo)拖動(dòng)滑動(dòng)條滾屏；如果要將某條曲線放大，可以通過鼠標(biāo)單擊該曲線將它變?yōu)楫?dāng)前曲線，然后切換到單曲線顯示，整個(gè)屏幕只顯示一條曲線。

3．顯示/隱藏坐標(biāo)參數(shù)

當(dāng)選擇顯示坐標(biāo)參數(shù)時(shí)，測試每條曲線的正弦波的幅值和短路電流將顯示在顯示該曲線的坐標(biāo)軸上。

4． 直接/間接比較測試

所謂的間接測試，是指先提取好的電路或器件的ASA曲線，存入計(jì)算機(jī)，然后再測試同樣但有故障的電路板或器件，把兩次測到的曲線同時(shí)顯示出來，供判斷故障。可以是測完好的立即測壞的；也可以是以后的任何時(shí)候。一般把第一步叫做建庫。這是推薦使用的方法。直接比較測試是指同時(shí)測試好壞兩個(gè)電路板或器件，同時(shí)顯示。有人叫做雙板對比。

5．動(dòng)態(tài)/靜態(tài)測試

所謂動(dòng)態(tài)測試是指反復(fù)測試一條曲線，直至人工停止為止。有人稱之為自動(dòng)巡檢（似乎和巡檢的原本含義不同）。
所謂靜態(tài)測試是指僅測試指定次數(shù)。取最后一次測試結(jié)果。