基于VI曲线测试的电路板故障诊断技术

2012-09-22郑永龙

长沙航空职业技术学院学报 2012年4期

郑永龙

(国营芜湖机械厂，安徽芜湖 241007)

随着科学技术的飞速发展，电子装备复杂度越来越大，现场器件级维修面临严峻的挑战，依靠传统的仪器设备和手段无法快速、有效地完成故障定位。目前，越来越多采用的办法是“先换后修”的维修方案，在现场只通过对系统功能的检测将故障定位于现场可更换单元，通过更换来快速恢复装备的技战术性能，而发生故障的可更换单元则被送往后方进行深层次的器件级维修。在后方的维修中，由于其缺乏必要的工作环境，给维修带来极大的困难。VI曲线测试是一种新型的电路板及元器件的在线故障检测技术，在不涉及电路原理和工作状态的前提下，可进行离线故障检测。

1 VI曲线测试技术

VI曲线测试是通过显示电压(V)和电流(I)平面上的曲线来给出测试结果。

1.1 VI曲线测试原理

图1 电阻VI曲线

VI曲线测试就是在被测器件的待测管脚与地组成的端口之间，施加一个交变的信号，将该端口的电压、电流变化在平面上显示出来。电阻VI曲线的示意图如图1所示。上面涉及到的电阻是理想器件，但实际电路中一般都不是理想器件，在特定条件下可以视为若干等效的理想器件的组合而成。根据实际电路节点所测的VI曲线几何形状，可大致推测出该节点是由哪些元器件组成的，可以通过比较实测曲线与预测形状的差别来判断电路板是否存在故障。［1］

1.2 VI曲线测试优势

VI测试技术在国内、外广泛应用于电子诊断领域的故障检测。VI测试通过比较器件的端口模拟特征实现故障检测，不涉及电路原理，无需电路处于工作状态，所以可在没有图纸，没有联机条件的情况下使用;不需给电路板加电，相对更安全;它是串行的，即一个管脚一个管脚进行测试，原则上任何封装、无论管脚多少的器件均可测试;不涉及器件的电路功能，无论数字的、模拟的、数模混合的、功能已知的、未知的(如专用、可编程)器件均可测试。［2］

正因为VI测试有如此特点，使它不仅成为电路板故障检测中最重要的测试手段，而且在很多场合中，是检测大规模、复杂集成器件好坏的唯一手段。另外，VI测试可用于检测两端元件的功能型故障，稍加扩充，也可用于检测三端元件的功能型故障。

2 VI曲线测试的过程以及测试参数的选择

VI曲线测试过程很简单，根据VI曲线测试的原理，通过比较好、坏电路板上相同点之间的VI曲线，即可判断该测试点的性能。

如图2所示的二极管VI曲线中，红色曲线为正常情况下的VI曲线，当二极管在电路中有短路或泄漏现象时，可能产生蓝色曲线或绿色曲线。因此可以通过二极管VI曲线阻抗发生改变的结点，来查找故障点。由于正弦波的谐波分量少，一般采用正弦波作为加在被测点上的交变信号。目前一些新型的在线故障诊断系统如PINPOINTⅡ等均具有VI曲线测试功能。

图2 二极管和齐纳二极管的VI曲线

在VI曲线测试系统中，测试信号是构成整个测试功能的基础，因此测试信号的性能直接决定着测试系统的测试效果。［3］驱动电压波形有正弦波、锯齿波和三角波等，使用正弦波的电压信号的测试效果最好。PINPOINTⅡ输出的正弦波电压幅度从0V到25V，电流0.1MA到500MA，能很好地满足各种元器件以及板件的检测要求。

3 基于LabView的VI曲线测试仪

组成。数据采集由NI公司的PCI总线数据采集卡完成。同时，用LabView编程，具有界面形象、友好、直观、易于操作等特点。在仪器的功能上，采用了双通道的数据采集。在仪器面板的设计上，参考了PinpointⅡ的VI曲线测试模块。该测试仪的主要功能包括:双通道输入、波形显示、参数设置、采集控制、处理控制、曲线对比、数据波形存储等。设计的VI曲线测试面板如图4所示。

3.1 VI曲线测试仪的组成

VI曲线测试仪由数据采集和仪器功能两大块

图4 VI曲线测试程序界面

3.2 软件的设计与实现

VI曲线测试仪采用LabView9.0版本进行程序设计。LabView编程特点就是采用大量的集成化功能模块。［4］测试仪的程序框图如图5所示。程序设计了双通道采集模块，每个通道可以设定起始电压和扫描电压、限额电流等，为了显示出好坏板的VI曲线对比情况，采用双通道VI测试模块，这样，对两个通道的信号可以作相关分析，实现了在线实时对比功能，达到了设计的效果。