测试系统电路板维修探讨

姚 锐，徐 超

（中国电子科技集团公司第58研究所，江苏 无锡 214035）

测试系统电路板维修探讨

姚 锐，徐 超

（中国电子科技集团公司第58研究所，江苏 无锡 214035）

学习电路板维修并不只是单一的了解集成电路，而是要深入研究维修方法及各个功能模块。维修方法只是实现目的的一种手段，要想维修好电路板就必须要了解其功能模块。功能模块是由集成电路和相关元器件组合而成，通过研究集成电路的前后关系，便能知道此功能模块的作用。文章首先总结电路板的维修方法及故障分类，然后对测试系统电路板（DPS）的故障检修进行深入的研究，包括：绘制DPS板结构图，了解DPS板工作原理，深入研究DPS板各功能模块，其中包括逻辑控制单元、数模转换、电流采样、电流箝位，并对DPS板各功能模块的相应故障进行了详细的分析。

DPS；逻辑控制单元；数模转换；电流采样；电流箝位

1 引言

随着电子技术日新月异的发展，电子产品也在不断地更新。由于电子产品在生产过程中总有各种原因导致其失效，因此就有了电子测试，测试必然离不开测试系统。

测试系统是由多块电路板组合而成，一旦电路板出现故障，系统就不能正常工作。由于每块电路板都价格不菲，出现故障就必须维修，维修的关键就是分析，而分析的过程就是查找故障的过程。每块电路板都是由一个或多个功能模块组成，每个功能模块又是由很多元器件组成，并且这些元器件之间都存在着密切的联系，所以要想找到故障元器件是一项十分困难的事情。

要想修好电路板就要对电路板进行深入研究，充分了解电路板的结构及各模块的功能；再就是维修方法，有了好的维修方法可以使维修做到事半功倍。

2 电路板的检修方法

电路板检修方法的原则就是先看后测、先易后难。对待故障的电路板首先要进行目测，通过目测了解故障现象，了解故障现象有助于下一步对故障进行分析，分析过程包括问、看、闻、测 。问就是询问使用者故障的现象，是使用不当导致的故障还是正常运行中突发故障，还有就是要问问此电路板之前有没有被别人修过，动过哪些元器件。其次看，就是通过仔细观察电子元器件，看有没有明显的变色、烧焦迹象，是否存在虚焊、焊反等现象，必要时可以借助放大镜进行观察。再就是闻，闻一闻有没有什么异味，一旦集成电路（尤其是大功率器件）被烧坏都会发出臭鸡蛋的味道。最后就是测即测量，通过测量进行分析找出故障器件，测量分静态测量（即不加电测量电路板）和加电测量。最简单的测量就是用万用表测量电路板的电源和地之间的阻值，通常电路板的阻值应不小于70Ω，若阻值太小（才几欧姆或十几欧姆）说明电路板上有元器件被击穿或部分击穿。

3 电路板故障分类

故障范围包括：局部故障、全局故障。局部故障指系统的某个或几个功能模块运行不正常；全局故障指整个系统运行状况。

故障又分为稳定的故障和不稳定故障。稳定的指由于元器件的功能失效、电路短路等引起的故障；不稳定指：接触不良、元器件功能变差。

4 电路板工作原理

本文以DPS（测量器件电压源）板为例，其主要功能为：（1）在测试过程中根据施加条件为被测器件提供两路器件电源，其中一路电压施加范围为0～50V，另外一路电压施加范围为-50V～0V。（2）测量器件电源的工作电流，测量值最大为5A。

器件电源板由DPS1和DPS2两路器件电源组成，它的主要组成部分有：逻辑控制单元、译码控制单元、数据转换器、电压及功率放大器、电流箝位控制单元、电流采样单元、差分放大器、继电器控制单元。

DPS板的工作方式有：加压（FV）、加压测流（FVMI）。在FVMI方式中，驱动电压值通过数模转换器提供给输入驱动器，输出电流由采样电阻采样，通过差分放大器转换成电压值，再由模数转换器回读电流值，箝位值可根据负载设置，箝位电流起着限流保护作用。DPS板和系统的结构关系如图1所示，DPS板实物见图2。

图1 DPS板和系统的结构关系图

图2 DPS板实图

通过对实图的结构了解可以绘制出DPS板的逻辑框图，见图3。绘制逻辑框图可以使我们更加清楚地了解其工作过程，为维修可以提供很大的帮助。

图3 DPS板逻辑框图

从图2我们可以得知，很多元器件都是成对出现的，结合前面介绍的DPS板工作原理及组成（DPS板由两路组成，一路提供正电压，一路提供负电压），可知这些元器件的作用提供正负电源。得知此类信息对分析电路板有很大的帮助，如在DPS板出现正电压加不出，但负电压可以加出的情况下，就可以参照负电压的一路对正电压进行维修。

当DPS板出现故障，首先对其进行静态检测。由于集成电路内部都是采用直接耦合，因此，集成电路的其他引脚与地之间都存在着确定的直流电阻，这种确定的直流电阻称为该脚的内部等效电阻，简称R内，可以通过万用表测量各引脚的内部等效直流电阻来判断其好坏，如若各引脚的内部等效电阻R内与标准（我们可以拿一块好的集成电路，通过万用表测量各引脚的内部等效电阻R内作标准）相符，说明这个集成电路是好的；反之，若与标准值相差过大，说明集成电路内部出现故障。测量时一定要注意一点，由于集成电路内部有大量的三极管、二极管等非线性元件，在测量时单向测得一个阻值还不能判断其好坏，必须互换表笔再测量一次，获得正反向两个阻值，只有当R内正反向阻值都符合标准才能断定该集成电路完好。

在静态检测发现不了故障源的情况下，只有对DPS板进行加电在路检修。如想对DPS板进行加电检修，必须对DPS板作延伸处理，只要将DPS板延伸出来就可以对其进行加电分析，见图4。

实际维修中，加电测量先测量引脚电压，如果电压异常，可断开引脚连线测量接线端电压，以判断电压变化是外围元器件引起，还是集成块电路内部引起；也可采用测量外部电路到地之间的直流等效电阻R外来判断。通常在电路中测得集成电路某引脚与接地引脚之间的直流等效电阻（在路电阻），实际是R内和R外并联的总直流等效电阻。在维修中常将在路电压与在路电阻的测量方法结合使用，有时在路电压和在路电阻偏离标准值，并不一定是集成电路损坏，而是有关外围元器件损坏使其R外不正常，从而造成在路电压和在路电阻异常。这时便只能测量集成电路内部直流等效电阻才能判断其集成电路好坏。根据实际维修经验，在路测量集成电路内部直流等效电阻时可不必把集成电路从电路板上焊下来，只要将电压或在路电阻的异常的引脚与电路断开，同时将接地脚与电路板断开，其他脚维持原状，测量出测试脚与接地脚之间的R内正反向电阻值便可判断其好坏。

5 绘制电路图

现在有很多厂家并不提供电路板的电路图，但要想对电路板进行加电分析，没有电路图是没有办法进行加电分析的，所以就要自己动手绘制电路图。绘制电路图要了解如下几点：

（1）了解相关集成电路的工作情况，首先要找出集成电路的信号输入引脚和信号输出引脚以及相对应的电源引脚和接地引脚。

集成电路的电源引脚是用来将整流滤波电路输出的直流工作电压加到集成电路的内部电路中，为集成电路的内电路提供直流电源；而接地引脚是用来将集成电路内电路中的地线与整机线路中的地线接通，使集成电路内电路的电流形成回路。所以电源引脚和接地引脚是集成电路正常工作最基本和最重要的两根引脚。

信号输入引脚是与前面一级的电路输出引脚相连的，或是与整机电路的信号源相连，这样如果了解了集成电路的信号输入引脚，就可以从后级向前一级方向进行分析。而在电路板的许多故障检修中，例如：加不出电压、加不出电流等故障，只有确定了集成电路的信号输出引脚，才能进行下一步的检修，所以在集成电路中找出信号输入、输出引脚是相当重要的。

（2）对照电子元器件使用手册，记下IC的工作特性（真值表、工作特性曲线、工作电压、输入输出引脚），然后对照结构图的前后关系将相关的IC进行简单的安排位置。最后用万用表测量IC的前后级关系，这样就可以将它们之间的联系简单的绘制出来。

6 模块单元

6.1 逻辑控制单元

逻辑控制单元是电路板的主要控制单元，相当于这个电路板的“CPU”，是可编程逻辑器件。主要功能是通过逻辑电平控制继电器单元、电流箝位控制单元和测量单元。

故障分析：

（1）由于从“逻辑控制单元”出来的电平不足以驱动继电器，所以要通过驱动电路来驱动，因此在出现继电器不能正常工作的情况下要将此考虑在内（逻辑控制失效、驱动电路失效、继电器本身故障）。

（2）在系统加电的情况下，若出现“找不到电路板”的现象，那基本上可以断定是电路板上的逻辑控制单元故障所致。

6.2 数模转换器（D/A）

数模转换器是将控制器给出的数字信号转化为实际的模拟量来控制外接器件。当DAC正常工作的时候，输出的模拟电压和输入的数字量成正比，所以当输入和输出之间不成正比的时候可以判定DAC失效。

6.3 电流箝位

电流箝位主要功能就是保护后级电路和被测器件，DPS板上的电流箝位是保护后级的电压及功率放大器。因为DPS板上有正负两路电源，所以箝位电流也应该有对称的正负两路，常见箝位保护电路见图5。

图5 箝位保护电路

从图5可以看出和这两个二极管相连的前级就是箝位部分，并且可以找出与此连接的下级运放电路。用万用表的二极管特性测量下级运放电路的输入和输出的关系，可知此运放电路的功能是构成电压跟随器。电压跟随器具有阻抗变换作用，所谓阻抗变换作用就是指经电压跟随器放大后，其输出电压近似等于信号源的电动势，而其输出电阻却很小，该电路常用作输入级、中间级、输出级。

故障分析：在DPS板加电的时候，出现加5V出来5V，但是当加到5V以上是就加不上去（始终是5V），这时可以将跟随器输入级用于箝位的二极管挑开，再次加电，如若此时检测恢复正常，说明用于箝位的运放电路出现故障；如若故障依旧，就进行逆向分析推查前一级，这里要注意：只要电流没有进入闭环，就可以将运放电路的输出脚挑开进行测量。

6.4 电流采样单元

电流采样由采样电阻和相应挡位的继电器组成，测流（MI）是输出电流由采样电阻采样，采样完通过差分放大器转换成电压，再由模数转换器回读电流值。

故障分析：电流经采样电阻分成好多挡位，如有个别挡位出错，首先用万用表静态的测量一下采样电阻的阻值，如果测量正常，再量量相应挡位的继电器，如若测量也正常，那就要看看后级的差分放大器，如果测量都正常，最后可以断定是逻辑控制器的故障。分析逻辑图见图6。

图6 分析逻辑图

7 维修注意事项

（1）维修前首先要做好防静电工作，如穿戴好防静电工作服和鞋、佩戴好防静电腕带。维修的工作台也要做好防静电处理，如加防静电台面。

（2）注意用电安全，包括对电路板加电维修时要考虑到电路板最大承受能力；当需要接触强电的时候一定要注意人身安全，做好防强电措施。

8 结束语

随着电子产品的不断发展，各种设备故障发生的种类和频率也大大提高，因此对维修人员的要求也在不断提升，特别是对刚接触电路板维修的人来说，很多人一开始都不知道从何下手，也不知道要学习什么，其实要想学好电路板维修就必须要有一定的数电、模电基础。理论＋方法＋实践＋总结，这样就能应对电路板所发生的各式各样的故障。

［1］孔庆生，俞承芳. 模拟和数字电路础实验[M].上海：复旦大学出版社，2006.

［2］宋家友.集成电子线路计手册[M].福州：福建科学技术出版社，2002.

［3］胡斌.集成电路识图[M]. 北京：人民邮电出版社，2006.

［4］王希勤. 模拟电路故障诊断[M]. 北京：电子工业出版社 ，2008.

Discussion of Repairing Circuit Board of Test System

YAO Rui, XU Chao
（China Electronics Technology Group Corporation No.58Research Institute,Wuxi214035,China）

Study of circuit board repairing is not just a simple understanding of integrated circuit, but to indepth study of repair methods and the composition of functional modules from the integrated circuit, The methods of repairing is a way to make the DPS board working, but the most important thing you do fi rst is to know the main function of the DPS board, which is composed with the IC elements, By researching the relationship between the integrated circuits, you can understand the operation of the function module.Therefore article fi rst summarizes repair methods of the circuit board and fault classif i cation and then have an in-depth research on troubleshootiong of the test system circuit board（DPS）, including ∶drawing DPS board working principle , each functional module of DPS board（Logic Control Unit, DA Transform,Current Sampling, Current Clamp）, detailed analysis of DPS board each functional module corresponding fault

DPS; logic control unit; da transform; current sampling; current clamp

TN607

A

1681-1070（2012）01-0017-04

2011-10-18

姚 锐（1981—），男，江苏淮安人，学士，现在中国电子科技集团公司第58研究所从事测试设备维修工作；

徐 超（1987—），男，江苏无锡人，学士，现在中国电子科技集团公司第58研究所从事测试设备维修工作。