第三代在線電路維修測試儀

楊宇明

作者通聯：北京東方正達世紀電子技術有限公司 北京市海淀區北四環中路229號海泰大廈1221 室 100083 E-mail：yym_1969@163.com

在線電路維修測試儀（以下簡稱電路測試儀）設計精密、測試高效、應用簡單，是目前重要的電路板維修設備。電路測試儀結合計算機技術并綜合運用器件直接功能測試、端口阻抗測試等先進測試手段，直接針對電路板上器件進行測試，無需涉及電路原理和功能，普遍適用各種繁雜的電路板，節省維修電路板的時間和費用。目前通用型數字器件的發展趨勢主要表現在以下方面：①管腳趨多，以前常用的74LS244 是8位驅動器，20管腳器件，現在多采用的74ABT16244 是16位驅動器，48管腳器件。②電壓趨低，以前數字器件多為+5V 供電，某些CMOS 結構的數字器件為+12V 供電，現在逐漸形成主流3.3V 供電，甚至出現更低的1.8V。③體積趨小，雙列直插封裝形式器件已經絕跡，新出現的數字器件不僅全是貼片封裝形式，而且越來越小型化。④速度趨快，早期74LS244的tPd（傳輸延遲時間）是18ns 左右，新型74ABT244的tPd是5ns 左右。

對于數字器件這些發展趨勢，只有40 路數字測試通道的第一代和第二代電路測試儀相對落后，這就要求第三代電路測試儀應在器件測試廣度、器件測試深度以及測試使用環節上實現更加全面的突破。

1.40管腳以上通用型數字器件直接功能測試

器件直接功能測試是電路測試儀最基礎、最重要的測試功能，即電路測試儀通過專用測試程序按照器件的功能實現方式進行測試。經常提及的電路測試儀測試庫容量，指的就是器件直接功能測試，測試庫中包含器件種類的多少往往是衡量電路測試儀先進性的一項重要指標。

第三代ZD9610 電路測試儀具有80 路標準數字測試通道，可對40～80管腳通用型數字器件直接功能測試，在器件測試廣度上實現突破。例如74ABT16244（48管腳、16位數字器件）、74FCT16460（56管 腳）、74ALVCH16832（64管腳、3.3V供電的數字器件）。針對數字器件體積趨小（許多貼片器件管腳間距小于1.27mm）的趨勢，現有的貼片在線測試夾有時不能滿足測試要求，特別是對于40管腳以上的雙列貼片數字器件，問題尤為突出。由于貼片式器件相對于直插式器件拆焊容易，第三代ZD9610 電路測試儀解決辦法是對暫時不能在線測試的40管腳以上雙列貼片數字器件，配備測試插座齊全的離線測試板（圖1），以離線方式更加穩妥地測試。

2.40管腳以上PLCC 封裝LSI 器件直接功能測試

圖1 全新設計的離線測試板

LSI 器件是功能相對復雜的數字器件，每個LSI 器件功能均由許多子功能組成，如復位、DMA、中斷、存貯器操作等，全部子測試構成對該LSI 器件的完全測試。對40管腳以下LSI 器件進行功能測試難度較大，對40管腳以上PLCC 封裝（方形貼片式芯片）LSI 器件直接功能測試，難度則更大。

第三代ZD9610 電路測試儀可對40管腳以上PLCC 封裝LSI 器件直接功能測試，測試庫容量大幅增加，如PC8250A、CDP1854、Z80CPU 等。支持在線功能測試、離線功能測試、在線狀態學習、在線狀態比較、修訂測試樣本及雙板功能測試等6 種測試工作模式。

針對40管腳以上PLCC 封裝LSI 器件，第三代ZD9610 電路測試儀在使用環節上也做出相應改進。改進后的PLCC 在線測試夾（圖2）既能滿足在線直接功能測試的要求，又能滿足VI曲線測試的要求。

圖2 改進后的PLCC 在線測試夾

3.通用型數字器件高頻動態參數故障測試

數字器件主要有以下3 種故障類型：①器件功能故障；②低頻靜態參數故障，如器件輸入、輸出管腳漏電等；③高頻動態參數故障，如器件工作頻率降低、輸出波形上升沿（下降沿）形態失真或坡度變緩等。

故障①是數字器件的常見故障，采用普通直接功能測試即可有效發現；故障②最簡單有效的測試手段是采用VI 曲線測試；故障③實際是一種綜合性參數故障，涉及數字器件的工作頻率、波形形態等綜合問題，始終是電路測試儀的測試盲區，第一代和第二代電路測試儀對數字器件的最高測試頻率還不到100kHz，無法發現這類問題。器件在低頻下工作正常，高頻下工作不正常，隨著數字器件速度趨快，故障③會越來越多。在以往維修實踐中，只有通過示波器才能觀察并明確這種故障屬性，要求維修人員經驗豐富，是數字器件中最難發現的故障類型。

經過反復試驗，發現大幅度提高對數字器件的測試頻率，可有效檢測數字器件的高頻動態參數故障。為此，第三代ZD9610電路測試儀將數字器件最高測試頻率大幅提高到2000kHz，從1～2000kHz 共18 級。2000kHz 是在綜合考慮測試效率和測試通過率等因素，并結合對這類故障器件測試效果的大量驗證后而設定的，目前足以覆蓋高頻動態參數故障。

比較數字器件所能通過測試的最高測試頻率，可準確分辨出其工作頻率之間的差別。當明確某類數字器件所能通過測試的最高測試頻率后，可判斷被測的某個該類數字器件是否出現高頻動態參數故障。例如經過實測，以下數字器件所能通過測試的最高測試頻率：①同型號、不同結構和廠家的器件，SN74ABT245為2000kHz（TI 公 司），HD74LS245P為1500kHz（日立公司）；②同型號和結構、不同廠家的器件，74HCT244N為2000kHz（菲利普公司），CD74HCT244E為1500kHz（哈里斯公司）；③同系列和廠家、不同型號和功能的器件，SN75174N為1500kHz（TI 公司），SN75175N為800kHz（TI 公司）；④同系列、廠家和功能、不同型號的器件，MAX481為1800kHz（MAXIM 公司），MAX483為500kHz（MAXIM 公司）。《器件手冊》標明的數字器件工作頻率不同于電路測試儀對該器件采用的測試頻率，工作頻率要遠高于測試頻率。兩者存在明確的對應關系，即工作頻率越高，該器件所能通過測試的最高測試頻率也越高。不同系列器件（如TTL或CMOS）由于工作頻率范圍不同，因而選擇的測試頻率范圍也不同，測試軟件會自動切換到該系列器件默認的測試頻率。同型號數字器件能夠通過測試的測試頻率越高，其性能越好。

tPd是表征門電路開關速度的重要參數，指門電路在輸入脈沖波形作用下，其輸出波形相對于輸入波形延遲的時間，tPd=（tPLH+tPHL）/2，單位s。tPd也表述了數字器件的工作頻率，某數字器件的tPd越短，則該器件工作頻率越高，其所能夠通過測試的最高測試頻率也越高。如前述MAX481為1800kHz，MAX483為500kHz，查閱《器件手冊》得知，MAX481和MAX483 功能完全一致，但MAX481的tPd要比MAX483 小得多，實測結果也充分印證。第一代和第二代電路測試儀無法區分這兩個器件的頻率特性，因此其高頻動態參數故障引發的故障也無法被發現。

4.甄別翻新數字器件

目前大量過期報廢電子產品上的器件被拆卸、翻新、再流入市場，其中尤以塑料封裝的通用型數字器件居多。舊器件經過型號歸類、表面打磨、管腳整形、表面噴漆、重新表識等一系列步驟后，完全可以假亂真。由于一般技術人員很難辨別出翻新器件，這樣勢必影響設備穩定性和可靠性，甚至造成重大損失。新設備上必須嚴格禁用翻新器件，在設備維修領域，若由于某些器件停產、斷貨而一時無法獲取全新器件時，除軍工、醫療等非要害設備上可謹慎采用，但前提必須對翻新器件進行嚴格檢測。

通用型數字器件由于制造廠商的不同，同型號器件端口VI曲線特性也沒有統一的規律性。即使同一廠家制造的器件，VI曲線測試也無法發現器件的高頻動態參數故障。大多數翻新器件在一段時間內還能夠正常使用，因此第一代和第二代電路測試儀對翻新數字器件難以甄別。采用第三代ZD9610 電路測試儀測試翻新數字器件后發現，翻新器件較之同型號全新器件的VI 曲線通常完全一樣，但所能通過測試的最高測試頻率明顯下降，下降幅度一般不低于200kHz，有些甚至會下降1000kHz，這充分反映出翻新器件的實際整體性能。

為驗證第三代ZD9610 電路測試儀甄別翻新數字器件的可靠性，請器件供應商提供12 批次不同型號的數字器件，每批次3～5 片，其中某些批次為翻新器件，不做預先告知。通過比對、分析每批次器件所能通過測試的最高測試頻率，最終甄別出全部的5 批次翻新器件，而且測試結論非常明確。