電子設(shè)備的調(diào)試技術(shù)及故障排查方法

張小勇

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十四研究所，廣西桂林，541004）

1 準(zhǔn)備工作

1.1 文件準(zhǔn)備

文件需準(zhǔn)備設(shè)備簽署有效的技術(shù)文件和調(diào)試記錄表。技術(shù)文件是調(diào)試工作的依據(jù)，需準(zhǔn)備產(chǎn)品規(guī)范或技術(shù)條件、調(diào)試說(shuō)明書(shū)、電原理圖、電裝配圖、工藝文件等。調(diào)試記錄表是調(diào)試過(guò)程的成果體現(xiàn)，也是進(jìn)行調(diào)整再測(cè)量的依據(jù)，是非常重要的過(guò)程文件。

1.2 儀器及調(diào)試工裝準(zhǔn)備

根據(jù)調(diào)試說(shuō)明書(shū)準(zhǔn)備好所需儀器，常用儀器如可編程交直流電源、數(shù)字萬(wàn)用表、光功率計(jì)、光衰減器、示波器、誤碼儀、頻譜分析儀等，儀器應(yīng)在計(jì)量有效期內(nèi)，測(cè)量精度滿足待調(diào)設(shè)備的技術(shù)規(guī)范。根據(jù)被調(diào)設(shè)備的業(yè)務(wù)接口類型，選擇合適的測(cè)試線纜、調(diào)試工裝，并檢查其可用性。

1.3 調(diào)試場(chǎng)地準(zhǔn)備

調(diào)試場(chǎng)地應(yīng)干凈整潔，通風(fēng)良好。溫度滿足室溫要求。相對(duì)濕度滿足30%～75%區(qū)間，相對(duì)濕度低于30%時(shí)，應(yīng)采取更嚴(yán)格的措施，防止靜電放電導(dǎo)致敏感器件性能劣化和破壞。調(diào)試場(chǎng)地應(yīng)具有良好的接地系統(tǒng),電子接地系統(tǒng)通過(guò)接地體與大地保持良好的電氣連接，接地電阻應(yīng)滿足使用要求，而且越小越好，一般應(yīng)不大于10Ω。調(diào)試場(chǎng)地應(yīng)安裝漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)和過(guò)載保護(hù)裝置等安全防護(hù)措施。調(diào)試場(chǎng)地的防靜電設(shè)施應(yīng)完好且正常工作。

1.4 調(diào)試人員要求

調(diào)試人員都應(yīng)經(jīng)過(guò)有關(guān)電子技術(shù)知識(shí)、產(chǎn)品調(diào)試知識(shí)的培訓(xùn)，經(jīng)考核合格后持證上崗；調(diào)試人員應(yīng)能熟練操作調(diào)試工裝、儀器設(shè)備，并可進(jìn)行日常維護(hù)工作；調(diào)試人員應(yīng)認(rèn)真閱讀技術(shù)文件，掌握待調(diào)設(shè)備的基本原理，熟悉設(shè)備的功能和性能指標(biāo)，了解相關(guān)的測(cè)量方法以及需要的工裝和儀器，嚴(yán)格按要求操作；調(diào)試人員應(yīng)能準(zhǔn)確進(jìn)行調(diào)試記錄，及時(shí)發(fā)現(xiàn)調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題。

1.5 調(diào)試平臺(tái)搭建

調(diào)試應(yīng)遵循先單板（模塊）后整機(jī)的順序，因此在調(diào)試單板或模塊時(shí)應(yīng)搭建調(diào)試平臺(tái)，將所用儀器儀表、調(diào)試工裝、測(cè)試線纜按要求連接好，每次只調(diào)試一種單板或模塊，其他陪測(cè)板應(yīng)完好且保持不變，以便快速篩選故障板。

2 調(diào)試過(guò)程

電子設(shè)備調(diào)試步驟如圖1所示。

圖1 電子設(shè)備調(diào)試步驟

2.1 單元板調(diào)試

2.1.1 單元板加電前檢查

加電前檢查的目的是排除非隱性故障，確保單元板加電后不發(fā)生元器件燒毀、電路板報(bào)廢等嚴(yán)重事件發(fā)生。加電前應(yīng)仔細(xì)檢查單元板有無(wú)明顯損壞，連接器壓接是否完好，電路板上各器件是否存在方向焊錯(cuò)、橋接、虛焊、漏焊等現(xiàn)象；用數(shù)字萬(wàn)用表檢查電路板的各電源信號(hào)與地之間、電源信號(hào)之間是否存在短路現(xiàn)象，阻值是否正常。

2.1.2 工作電壓測(cè)量

測(cè)量工作電壓的目的是排除隱性故障，部分元器件存在內(nèi)部晶體管短路，會(huì)拉低相應(yīng)的工作電壓。應(yīng)按照調(diào)試說(shuō)明書(shū)的要求，對(duì)照單元板圖紙，找到電壓測(cè)量點(diǎn)，使用數(shù)字萬(wàn)用表逐一測(cè)量各個(gè)工作電壓是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。

2.1.3 軟件灌裝

目前的電子設(shè)備逐漸向功能多、智能化方向發(fā)展，基本上都由超大規(guī)模集成電路組成，如CPU、FPGA等芯片需要灌裝軟件才能工作。針對(duì)CPU嵌入式操作系統(tǒng)軟件灌裝步驟繁瑣的問(wèn)題，可以利用串口軟件執(zhí)行本的功能簡(jiǎn)化下載步驟，提高灌裝效率。

2.1.4 信號(hào)測(cè)量調(diào)整

大多數(shù)單元板存在信號(hào)產(chǎn)生、整形、變換等電路，而信號(hào)的質(zhì)量直接影響其功能的實(shí)現(xiàn)和工作的穩(wěn)定性。在上述調(diào)試步驟完成后，說(shuō)明此單元板具備正常工作的基本條件，此時(shí)還要對(duì)單元板上的重要信號(hào)進(jìn)行測(cè)量調(diào)整。使用頻率計(jì)測(cè)量和晶振輸出頻率是否正確，頻偏是否符合要求，對(duì)于提供系統(tǒng)基準(zhǔn)時(shí)鐘的晶振，還需要微調(diào)滑動(dòng)變阻器進(jìn)行頻率精確度的調(diào)整。同時(shí)可使用示波器測(cè)量各時(shí)鐘信號(hào)的波形，觀察波形有無(wú)毛刺、抖動(dòng)、過(guò)沖、占空比等異常情況的發(fā)生。

2.1.5 單元板功能、性能調(diào)試

信號(hào)測(cè)量結(jié)束后就要對(duì)單元板的功能和性能指標(biāo)進(jìn)行調(diào)試。功能調(diào)試的目的是保證單元板能實(shí)現(xiàn)其功能，性能調(diào)試的目的是保證單元板的技術(shù)參數(shù)符合設(shè)計(jì)技術(shù)要求。此時(shí)需用到光功率計(jì)、光衰減器、誤碼儀、頻譜分析儀等儀器。按照調(diào)試說(shuō)明書(shū)的要求、測(cè)試方法進(jìn)行功能、性能的調(diào)試，對(duì)照調(diào)試記錄表上的調(diào)試項(xiàng)目逐一調(diào)試，并進(jìn)行記錄，對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)描述，以便后續(xù)進(jìn)行故障排查。

2.2 整機(jī)調(diào)試

2.2.1 機(jī)箱加電前檢查

機(jī)箱一般由機(jī)框、背板和面板連接器組成，面板連接器和母板之間由導(dǎo)線連接，為確保導(dǎo)線焊接質(zhì)量，在加電前應(yīng)使用數(shù)字萬(wàn)用表檢查交、直流輸入電源信號(hào)之間、電源信號(hào)對(duì)地之間是否短路；檢查各信號(hào)定義與工藝文件是否一致。

2.2.2 整機(jī)功能、性能測(cè)試

機(jī)箱檢查完成后，就可以將調(diào)試好的單元板插入相應(yīng)的槽位，開(kāi)始整機(jī)的功能性能調(diào)試。整機(jī)調(diào)試項(xiàng)目應(yīng)按照產(chǎn)品規(guī)范的要求，確認(rèn)所有功能是否實(shí)現(xiàn)，性能指標(biāo)是否符合要求。

2.2.3 網(wǎng)管軟件調(diào)試

大部分設(shè)備都配套有網(wǎng)管軟件，網(wǎng)管軟件是用戶使用設(shè)備最直觀的體驗(yàn)，因此要確保網(wǎng)管軟件能夠正常對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，這是很多調(diào)試工程師容易忽略的環(huán)節(jié)。測(cè)試網(wǎng)管軟件能否實(shí)現(xiàn)其功能，如設(shè)備參數(shù)設(shè)置、業(yè)務(wù)配置、告警信息上報(bào)等。

3 調(diào)試故障的查找和排除

3.1 故障排查基本思路

3.1.1 故障復(fù)現(xiàn)

被調(diào)單元板、模塊、整機(jī)出現(xiàn)故障后，首先要進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，了解故障現(xiàn)象及故障發(fā)生的經(jīng)過(guò)，并做好記錄；

3.1.2 故障分析

根據(jù)設(shè)備機(jī)箱結(jié)構(gòu)、組成及工作原理，結(jié)合以往維修經(jīng)驗(yàn)正確分析故障，進(jìn)行故障定位，查找故障的原因；

3.1.3 故障處理

對(duì)于線頭脫落，元器件虛焊、漏焊、個(gè)體失效等故障可直接處理，對(duì)于涉及電路設(shè)計(jì)缺陷、軟件BUG等設(shè)計(jì)問(wèn)題應(yīng)進(jìn)行故障上報(bào)，配合設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)更改；

3.1.4 復(fù)測(cè)

對(duì)修復(fù)后的故障單元板、模塊、整機(jī)，應(yīng)對(duì)故障涉及或關(guān)聯(lián)的功能、性能進(jìn)行復(fù)測(cè)；

3.1.5 故障閉環(huán)

故障處理的文件資料及復(fù)測(cè)記錄得整理歸檔。

3.2 故障排查的方法和技巧

3.2.1 直觀檢測(cè)法

檢查接線和連線情況：通常，許多故障都是由于接錯(cuò)線引起的，有時(shí)還會(huì)損壞器件。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)對(duì)照電路圖、測(cè)試連接圖、接線表或電裝指南等資料確認(rèn)有無(wú)漏線、斷線或錯(cuò)線。

人為觀察：聽(tīng)通電后有無(wú)異常聲響，聞?dòng)袩o(wú)焦煳異味出現(xiàn)，摸晶體管或集成電路等器件是否快速或異常發(fā)熱，聽(tīng)、聞、摸異常時(shí)應(yīng)立即斷電。用目視的方法檢查各電路板或整機(jī)連線是否正常，觀察電路板上是否有器件虛焊、漏焊、錯(cuò)焊，重點(diǎn)檢查帶有極性的電容、二極管等器件是否存在焊反現(xiàn)象。

3.2.2 電阻檢測(cè)法

通斷法：檢查電路中與故障相關(guān)的信號(hào)連線是否斷路、元器件是否虛連。一般采用萬(wàn)用表的通斷檔進(jìn)行測(cè)量。確定開(kāi)關(guān)、接插件、導(dǎo)線、印制板上信號(hào)連線等信號(hào)的通斷。

測(cè)電阻法：用于檢查電路中電阻元件的阻值是否正確；檢查電容器是否斷線、擊穿和漏電；檢查半導(dǎo)體器件是否擊穿、開(kāi)斷及各PN結(jié)的正反向電阻是否正常等。檢查二極管和三極管時(shí)，一般用萬(wàn)用表的R×100或R×1K檔（具體根據(jù)萬(wàn)用表的實(shí)際擋位）進(jìn)行測(cè)量。在檢查大容量電容器（如電解電容）時(shí)，應(yīng)先用導(dǎo)線將電解電容的兩端短路，泄放掉電容器中的存儲(chǔ)電荷后，再檢查電容有沒(méi)有被擊穿或漏電是否嚴(yán)重，否則可能會(huì)損壞萬(wàn)用表。在測(cè)量電阻值時(shí)，如果是在線測(cè)試，還應(yīng)考慮到被測(cè)元器件與電路中其它元器件的等效并聯(lián)關(guān)系，需要準(zhǔn)備測(cè)量時(shí)，元器件的一端必須與電路斷開(kāi)。

3.2.3 電壓法

電子電路正常工作時(shí)，線路各點(diǎn)都有確定的電壓，通過(guò)測(cè)量電壓來(lái)判斷故障的方法稱電壓法。用電壓表直流擋檢查電源、各靜態(tài)工作點(diǎn)電壓、集成電路引腳的對(duì)地電位是否正確。也可用交流電壓檔檢查有關(guān)交流電壓值（如鈴流值）。測(cè)量電壓時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意電壓表內(nèi)阻及電容對(duì)被測(cè)電路的影響。

3.2.4 電流法

電子電路正常工作時(shí)，線路各電流都是穩(wěn)定的，偏離正常值較大的部位往往是故障所在。這就是電流法來(lái)判斷故障的原理。用萬(wàn)用表測(cè)量晶體管和集成電路的工作電流、各部分電路的分支電流及電路的總負(fù)載電流，以判斷電路及元件正常工作與否。

3.2.5 開(kāi)路法

開(kāi)路法是將電路中被懷疑的電路和元器件開(kāi)路處理，讓其與整機(jī)電路脫離，然后觀察故障是否還存在，從而確定故障的檢查方法。開(kāi)路法主要用于整機(jī)電流過(guò)大等短路性故障的排除方法。

3.2.6 元器件替代法

對(duì)懷疑有故障的元器件，可用一個(gè)完好的元器件替代，置換后若電路工作正常，則說(shuō)明原有元器件存在故障，可做進(jìn)一步檢查測(cè)定之。這種方法力爭(zhēng)判斷準(zhǔn)確。對(duì)連接線層次較多、大規(guī)模集成電路及成本較高的器件不宜采用此法。

3.2.7 示波器檢測(cè)

用示波器觀察電路有關(guān)各點(diǎn)的信號(hào)波形、晶體、晶振的輸出信號(hào)波形、集成電路工作點(diǎn)的輸入、輸出信號(hào)波形?？筛鶕?jù)信號(hào)的頻率、幅度、占空比等信息確定信號(hào)是否正常。

3.2.8 告警指示法

許多設(shè)備面板都有比較豐富的告警指示燈，可以指示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、各業(yè)務(wù)接口運(yùn)行狀態(tài)等信息。內(nèi)部電路單元板卡也具有比較豐富的告警信息，可以指示內(nèi)部FPGA、CPU、集成電路等工作運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)這些告警指示功能，可以對(duì)故障進(jìn)行初步的定位，再結(jié)合電壓、示波器檢測(cè)等方法進(jìn)一步進(jìn)行故障定位。

3.2.9 軟件測(cè)試法

許多設(shè)備具有RS232、以太網(wǎng)等操作管理接口，并配置有相應(yīng)的網(wǎng)管軟件或通過(guò)超級(jí)終端，telnet接口可進(jìn)行訪問(wèn)。通過(guò)操作管理接口提供的BIT信息、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息、鏈路質(zhì)量信息、系統(tǒng)工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息、環(huán)回功能等手段對(duì)故障進(jìn)行查找與定位。

3.2.10 板卡互換法

對(duì)于板卡種類較多，功能層次復(fù)雜，故障現(xiàn)象關(guān)聯(lián)較多板卡的情況下，可采用板卡互換法對(duì)故障進(jìn)行逐級(jí)定位。對(duì)懷疑有故障的板卡采用正常的板卡進(jìn)行替換，如替換后功能正常，則可初步定位到板卡級(jí)故障，如替換后故障保持，則可能是其他板卡故障，繼續(xù)進(jìn)行替換，直到找出有故障的板卡，當(dāng)故障單元確定后，采用其他檢測(cè)與排除方法進(jìn)一步定位。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文從調(diào)試準(zhǔn)備工作、調(diào)試過(guò)程步驟、到故障排查方法等做了詳細(xì)的歸納總結(jié)，對(duì)電子設(shè)備的調(diào)試工作具備較強(qiáng)的指導(dǎo)性。