非向量測(cè)試技術(shù)在航空電子產(chǎn)品測(cè)試中的應(yīng)用探討

王志強(qiáng)

（長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410124）

1 非向量測(cè)試技術(shù)的原理與必要性

非向量測(cè)試技術(shù)是一種測(cè)試編程技術(shù)，主要應(yīng)用于數(shù)字電路、模擬電路等測(cè)試中，非向量測(cè)試技術(shù)具有一定的優(yōu)點(diǎn)，即無(wú)需元件模型、無(wú)需器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)、無(wú)需真值表，在實(shí)際的測(cè)量過(guò)程中既速度快又便于操作。在當(dāng)前我國(guó)基于技術(shù)進(jìn)步而產(chǎn)生的復(fù)雜集成電路測(cè)試上有著較為明顯的優(yōu)勢(shì)[1]。非向量測(cè)試技術(shù)是一種模擬測(cè)試手段，在測(cè)試過(guò)程中，由于較低的激勵(lì)功率，不會(huì)對(duì)航空電子產(chǎn)品的器件造成損害；同時(shí)非向量測(cè)試技術(shù)還能夠?qū)鸢逯休^大的集成電路、專用電路等出現(xiàn)的焊接問(wèn)題、電路短路問(wèn)題等進(jìn)行第一時(shí)間的檢測(cè)。通過(guò)對(duì)市場(chǎng)中部分航空電子產(chǎn)品的測(cè)試調(diào)研，發(fā)現(xiàn)航空電子產(chǎn)品中短路、安裝錯(cuò)誤等問(wèn)題層出不窮，甚至占比達(dá)到85%左右。基于此，不論是向量測(cè)試還是非向量測(cè)試都能夠一定程度地降低故障概率，而將兩種測(cè)試方法對(duì)比，發(fā)現(xiàn)非向量測(cè)試技術(shù)能夠作為向量測(cè)試技術(shù)的補(bǔ)充技術(shù)，并且能夠更大程度地提升測(cè)試效率與測(cè)試質(zhì)量。

依照非向量測(cè)試技術(shù)的測(cè)試原理可以分為三種測(cè)量法，分別是節(jié)點(diǎn)等效參數(shù)法、二極管法與電容耦合法，比較具有代表性的技術(shù)分別為Fonde測(cè)試技術(shù)、AUTIC測(cè)試技術(shù)與OpenFix測(cè)試技術(shù)。

2 航空電子產(chǎn)品應(yīng)用非向量測(cè)試技術(shù)的具體方式

2.1 Fonde測(cè)試

Fonde測(cè)試也被稱為等效參數(shù)測(cè)試，測(cè)試對(duì)象是PCBA上的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。在測(cè)試時(shí)，可以將被測(cè)試的電路板上所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與信號(hào)地進(jìn)行等效兩端電路的轉(zhuǎn)化，電路板上的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與信號(hào)地是通過(guò)電阻、二極管等多項(xiàng)組件構(gòu)成的器件網(wǎng)，其中一個(gè)電路節(jié)點(diǎn)接收到正弦電壓信號(hào)，相應(yīng)的信號(hào)地就會(huì)接收到同等的正弦電壓信號(hào)，但是信號(hào)地的接收程度取決于二者之間的連接狀態(tài)。Fonde測(cè)試的原理可以通過(guò)公式（1）（2）（3）來(lái)直觀地理解。

分析公式（1），可以看出，當(dāng)頻率升高時(shí)，感抗也會(huì)提升，但容抗會(huì)降低，進(jìn)而影響到電抗，使其增加；反之，則阻抗會(huì)增加，容抗會(huì)升高，進(jìn)而影響到電抗，使其減小。

Fonde測(cè)試能夠?qū)⒔鸢迳暇W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的特征頻率以及受到影響的波形參數(shù)進(jìn)行記錄學(xué)習(xí)，并以此為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試依據(jù)，以便進(jìn)行后續(xù)對(duì)比[2]。由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中只存在唯一的特征頻率，所以當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與信號(hào)地之間的器件出現(xiàn)了故障問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致兩端等效電路的電阻電抗出現(xiàn)變化，進(jìn)而影響特征頻率的結(jié)果，相應(yīng)的波形參數(shù)也會(huì)發(fā)生變化。而這種唯一性極大程度地提升了Fonde測(cè)試技術(shù)的測(cè)試準(zhǔn)確性。

Fonde測(cè)試技術(shù)比之傳統(tǒng)的向量測(cè)試技術(shù)存在較大的優(yōu)點(diǎn)，首先，縮短測(cè)試時(shí)間，并且能夠控制下針的次數(shù)，使之最小化。其次，由于器件的數(shù)量高于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，因此在進(jìn)行PCBA板測(cè)試時(shí)，測(cè)量節(jié)點(diǎn)能夠比測(cè)量器件的時(shí)間少很多。再次，F(xiàn)onde測(cè)試在自學(xué)習(xí)的階段，只需要學(xué)習(xí)一次即可，不用多次調(diào)整，這一行為也減少了測(cè)試時(shí)間和測(cè)試次數(shù)。最后，由于Fonde測(cè)試是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行的測(cè)試，只需要對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行一次下針即可，減少探針與器件之間的接觸次數(shù)，同時(shí)減少痕跡的數(shù)量[3]。

在航空電子產(chǎn)品的測(cè)試中，F(xiàn)onde測(cè)試要先調(diào)試金板，這一行為的作用是探查網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與信號(hào)地組成的等效兩端電路的頻率特征，當(dāng)找到頻率特征并對(duì)其進(jìn)行調(diào)試時(shí)還能夠?qū)W習(xí)記錄在頻率影響下的波形參數(shù)[4]。若航空電子測(cè)試中某個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的偏離時(shí)段產(chǎn)生的頻率波形與常規(guī)模式下產(chǎn)生的頻率波形明顯不同，則說(shuō)明測(cè)試結(jié)果符合Fonde測(cè)試原理。

在對(duì)航空電子產(chǎn)品進(jìn)行了Fonde測(cè)試后，還應(yīng)當(dāng)測(cè)試其他所需測(cè)試項(xiàng)，以便找出其中的不穩(wěn)定因素，再進(jìn)行調(diào)整。若在測(cè)試環(huán)節(jié)出現(xiàn)了報(bào)錯(cuò)現(xiàn)象，要先檢查下針點(diǎn)的位置是否合理，之后結(jié)合實(shí)際情況調(diào)整下針點(diǎn)的位置，必要時(shí)進(jìn)行更換。之后重新學(xué)習(xí)該測(cè)試項(xiàng)，當(dāng)所有的報(bào)錯(cuò)項(xiàng)調(diào)整完畢后，要復(fù)測(cè)Fonde測(cè)試的內(nèi)容，經(jīng)由多次的反復(fù)測(cè)試判定Fonde測(cè)試的結(jié)果穩(wěn)定，這也可以說(shuō)明Fonde測(cè)試的調(diào)試取得成功。

2.2 AUTIC測(cè)試

在非向量技術(shù)還沒(méi)有應(yīng)用到航空電子產(chǎn)品的測(cè)試前，通常會(huì)使用編寫(xiě)真值表的方式來(lái)進(jìn)行測(cè)試，非向量測(cè)試中僅有2～8根測(cè)試針，數(shù)量較少，難以滿足數(shù)字器件引腳過(guò)多的測(cè)試。此外，在測(cè)試中還需要加設(shè)輔助針，保證通電，但是加設(shè)的輔助針與原有器件之間的連接不夠緊密，且部分器件中并沒(méi)有安裝輔助針的位置，實(shí)際測(cè)試?yán)щy重重[5-7]。針對(duì)此情況，AUTIC測(cè)試技術(shù)能夠進(jìn)行結(jié)構(gòu)模擬，模擬電路與數(shù)模混合電路，以此進(jìn)行測(cè)試。

AUTIC測(cè)試能夠利用器件產(chǎn)生的靜電放電來(lái)防護(hù)二極管，利用器件與信號(hào)地之間產(chǎn)生的電壓以及器件中通過(guò)的電流，對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，以此得出器件管腳的連接狀態(tài)。這種測(cè)量方式要先經(jīng)由自學(xué)調(diào)試金板，記錄金板上各個(gè)器件的參數(shù)，并為參數(shù)設(shè)立一個(gè)區(qū)間范圍，以此范圍作為后續(xù)的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，由于在AUTIC測(cè)試下，除了器件本身，各管腳也都參與了測(cè)試，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行綜合分析能夠得到精準(zhǔn)的故障結(jié)論。

在航空電子產(chǎn)品的測(cè)試中，AUTIC測(cè)試?yán)昧硕O管效應(yīng)，正因如此，這種測(cè)試方式與二極管測(cè)試法有著異曲同工之處。利用AUTIC測(cè)試先對(duì)金板上的IC封裝類器件進(jìn)行測(cè)試，若發(fā)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果中存在故障問(wèn)題，則應(yīng)當(dāng)分析問(wèn)題，并進(jìn)行針對(duì)性的處理。

首先是測(cè)量值偏小的問(wèn)題，當(dāng)這一問(wèn)題出現(xiàn)后，易引起誤報(bào)，針對(duì)這項(xiàng)問(wèn)題，可以通過(guò)調(diào)整電流參數(shù)來(lái)進(jìn)行改良，先將電流參數(shù)上調(diào)，基本標(biāo)準(zhǔn)在50 mA，電流參數(shù)上調(diào)后提升探針之間的壓降，直到壓降在300 mV～700 mV區(qū)間內(nèi)。

其次是測(cè)量值偏大的問(wèn)題，若測(cè)量值持續(xù)上升超出了閾值上限，則不必調(diào)試，直接自行學(xué)習(xí)即可。

最后是測(cè)量值超出量程的問(wèn)題，當(dāng)測(cè)量值為6 V、10 V、100 000 mV時(shí)，結(jié)果已經(jīng)嚴(yán)重超出了量程，這時(shí)要先檢查下針點(diǎn)位置是否合理，如果下針點(diǎn)位置出現(xiàn)偏差則調(diào)整下針點(diǎn)位置，或者換一個(gè)測(cè)試點(diǎn)測(cè)試。如果下針點(diǎn)的位置正確，則此時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮是否是二極管出現(xiàn)了問(wèn)題。這時(shí)可以調(diào)整一下探針的位置，將兩個(gè)探針進(jìn)行互換，若在互換后仍然測(cè)試失敗，則可以判定該測(cè)試點(diǎn)不具有信號(hào)地。這時(shí)可以判定AUTIC測(cè)試不再適用，可以使用OpenFix測(cè)試。

在調(diào)試后，利用AUTIC測(cè)試進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，從對(duì)某型號(hào)航空電子產(chǎn)品進(jìn)行AUTIC測(cè)試后的結(jié)果來(lái)看，顯示AUTIC：123的測(cè)量值偏小，甚至在最小限值之下，針對(duì)這一點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)電流。而AUTIC：231的測(cè)量值也超出了量程，顯示Missing Component，這時(shí)要先檢查探針的接觸點(diǎn)，避免接觸不良的問(wèn)題，之后對(duì)探針進(jìn)行位置和連接度的調(diào)整。若不是探針出現(xiàn)問(wèn)題則可能是二極管導(dǎo)致的，要交換兩個(gè)探針的位置。最后AUTIC：435顯示超出規(guī)定值的上限，但是并沒(méi)有超出量程，這時(shí)需要進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。

2.3 OpenFix測(cè)試

OpenFix測(cè)試也被稱為電容耦合測(cè)試，是最早出現(xiàn)的一種非向量測(cè)試技術(shù)，OpenFix測(cè)試以電容耦合原理為基礎(chǔ)，能夠?qū)鸢迳细鞣NIC封裝器件的問(wèn)題進(jìn)行探測(cè)。用OpenFix測(cè)試進(jìn)行航空電子產(chǎn)品的測(cè)試時(shí)，是在被測(cè)的器件上向管腳施加交流鼓勵(lì)，此外利用電容耦合探頭接收感應(yīng)電壓的信號(hào)。一般情況下，IC封裝引線耦合到檢測(cè)板的信號(hào)呈現(xiàn)了連通與開(kāi)路10∶1的情況，也正是因?yàn)檫@種比值，使得OpenFix測(cè)試能夠更加準(zhǔn)確清晰地檢測(cè)管腳問(wèn)題。

需要注意的是，OpenFix測(cè)試是以電容探頭與器件引線之間形成的電容耦合為基礎(chǔ)原理開(kāi)展的，因此OpenFix測(cè)試具有一定的測(cè)試局限。例如芯片中，對(duì)于軟包裝封板裝芯片、倒裝芯片不適用，同時(shí)，存在接地平面的BGA封裝技術(shù)或是帶有接地散熱器的器件也不能進(jìn)行OpenFix測(cè)試。

在航空電子產(chǎn)品的測(cè)試中，OpenFix測(cè)試并不是首要選擇，優(yōu)先選擇的測(cè)試技術(shù)往往是AUTIC測(cè)試技術(shù)，只有AUTIC測(cè)試技術(shù)無(wú)法滿足時(shí)，才會(huì)使用OpenFix測(cè)試。利用OpenFix測(cè)試進(jìn)行測(cè)試時(shí)，要先確定PCB板的高度，以此判斷電容耦合探頭下降時(shí)的速度，避免下降速度過(guò)快對(duì)器件造成損傷[8-9]。此外，OpenFix測(cè)試還能夠自主學(xué)習(xí)所有的測(cè)試項(xiàng)目，在學(xué)習(xí)完成后，測(cè)試針調(diào)整其中的報(bào)錯(cuò)點(diǎn)，首先確定下針點(diǎn)的位置，在調(diào)整后進(jìn)行復(fù)測(cè)，直到最終的測(cè)試結(jié)果滿足規(guī)范。

2.4 測(cè)試改進(jìn)

在常規(guī)的非向量測(cè)試技術(shù)在航空電子產(chǎn)品中的測(cè)量中，被測(cè)的電路板出現(xiàn)問(wèn)題的概率并不高，因此，不需要全面系統(tǒng)地測(cè)試所有的電路板，依照非向量測(cè)試技術(shù)的特點(diǎn)，特別是Fnode測(cè)試技術(shù)，提出了一種針對(duì)非向量測(cè)試技術(shù)的改進(jìn)方式，即以非向量測(cè)試為主、以向量測(cè)試為輔的工作流程。

在這種新型的以非向量測(cè)試為主、以向量測(cè)試為輔的工作流程中，編程的過(guò)程與常規(guī)的測(cè)試流程是趨于一致的，也需要進(jìn)行一個(gè)個(gè)測(cè)試項(xiàng)的調(diào)試。但是這種改進(jìn)測(cè)試不同于常規(guī)非向量測(cè)試技術(shù)的環(huán)節(jié)是：當(dāng)其對(duì)PCBA電路板利用Fnode測(cè)試技術(shù)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，對(duì)于發(fā)現(xiàn)的測(cè)量故障，可以采用針對(duì)性的向量測(cè)試技術(shù)來(lái)進(jìn)行，以此更加精準(zhǔn)地探查出器件中存在的故障問(wèn)題。若在測(cè)試中，所有的測(cè)試項(xiàng)都沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題，則不必使用向量測(cè)試，可以進(jìn)入下一步的AUTIC測(cè)試與OpenFix測(cè)試。這兩種互補(bǔ)型的非向量測(cè)試技術(shù)會(huì)首先選用AUTIC測(cè)試技術(shù)，這是因?yàn)檫@種測(cè)試技術(shù)不需要額外附加硬件，檢測(cè)故障的效率更高，檢測(cè)覆蓋面更廣，當(dāng)出現(xiàn)部分芯片信號(hào)缺失的問(wèn)題時(shí)，才會(huì)使用OpenFix測(cè)試技術(shù)，這種方式將非向量測(cè)試技術(shù)的質(zhì)量與速度進(jìn)行了最佳結(jié)合，提升了解決故障定位的效率[10]。經(jīng)由對(duì)比實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)后的測(cè)試方法比之常規(guī)模式下的非向量測(cè)試技術(shù)，測(cè)試時(shí)間由原本的45 min變成了20 min，極大程度地縮短了測(cè)試時(shí)間。

而Fnode測(cè)試的改進(jìn)能夠優(yōu)化絕緣測(cè)試的結(jié)果，針對(duì)密度較高的電路板，在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，由于絕緣測(cè)試的內(nèi)容較多，因此要使用較長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行測(cè)試，而使用Fnode測(cè)試技術(shù)優(yōu)化后，對(duì)于該測(cè)試中所包含的絕緣點(diǎn)項(xiàng)目不再進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試，只對(duì)沒(méi)有涉及的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以及報(bào)錯(cuò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，利用這種方式能夠?qū)node測(cè)試的數(shù)量進(jìn)行縮減，進(jìn)而提升測(cè)試效率。例如對(duì)某個(gè)航空電子產(chǎn)品進(jìn)行Fnode絕緣測(cè)試后，將原有的測(cè)試數(shù)量降低了7 000多條，測(cè)試時(shí)間縮減了20多分鐘。并且改進(jìn)后還能夠測(cè)試模擬器件、定位出現(xiàn)故障的器件，在常規(guī)測(cè)試完畢后，進(jìn)一步測(cè)試封裝類器件，判斷封裝類器件的正常與否。到這一步，整體的測(cè)試圓滿完成。

3 結(jié)論

綜上所述，將非向量測(cè)試技術(shù)應(yīng)用到航空電子產(chǎn)品的測(cè)試中，能夠?qū)崿F(xiàn)更加全面具體的測(cè)試，并且測(cè)試覆蓋面極廣，有助于更全面地探測(cè)器件中存在的故障問(wèn)題，也便于后續(xù)的維修與更換。通過(guò)非向量測(cè)試，航空電子產(chǎn)品的返修率得到了控制，產(chǎn)品質(zhì)量得到了保證，而經(jīng)由文中最后提到的改進(jìn)方式，將非向量測(cè)試技術(shù)與向量測(cè)試技術(shù)相結(jié)合更能夠縮減測(cè)試時(shí)間，提升測(cè)試效率。