第三代在线电路维修测试仪

杨宇明

作者通联：北京东方正达世纪电子技术有限公司 北京市海淀区北四环中路229号海泰大厦1221 室 100083 E-mail：yym_1969@163.com

在线电路维修测试仪（以下简称电路测试仪）设计精密、测试高效、应用简单，是目前重要的电路板维修设备。电路测试仪结合计算机技术并综合运用器件直接功能测试、端口阻抗测试等先进测试手段，直接针对电路板上器件进行测试，无需涉及电路原理和功能，普遍适用各种繁杂的电路板，节省维修电路板的时间和费用。目前通用型数字器件的发展趋势主要表现在以下方面：①管脚趋多，以前常用的74LS244 是8位驱动器，20管脚器件，现在多采用的74ABT16244 是16位驱动器，48管脚器件。②电压趋低，以前数字器件多为+5V 供电，某些CMOS 结构的数字器件为+12V 供电，现在逐渐形成主流3.3V 供电，甚至出现更低的1.8V。③体积趋小，双列直插封装形式器件已经绝迹，新出现的数字器件不仅全是贴片封装形式，而且越来越小型化。④速度趋快，早期74LS244的tPd（传输延迟时间）是18ns 左右，新型74ABT244的tPd是5ns 左右。

对于数字器件这些发展趋势，只有40 路数字测试通道的第一代和第二代电路测试仪相对落后，这就要求第三代电路测试仪应在器件测试广度、器件测试深度以及测试使用环节上实现更加全面的突破。

1.40管脚以上通用型数字器件直接功能测试

器件直接功能测试是电路测试仪最基础、最重要的测试功能，即电路测试仪通过专用测试程序按照器件的功能实现方式进行测试。经常提及的电路测试仪测试库容量，指的就是器件直接功能测试，测试库中包含器件种类的多少往往是衡量电路测试仪先进性的一项重要指标。

第三代ZD9610 电路测试仪具有80 路标准数字测试通道，可对40～80管脚通用型数字器件直接功能测试，在器件测试广度上实现突破。例如74ABT16244（48管脚、16位数字器件）、74FCT16460（56管 脚）、74ALVCH16832（64管脚、3.3V供电的数字器件）。针对数字器件体积趋小（许多贴片器件管脚间距小于1.27mm）的趋势，现有的贴片在线测试夹有时不能满足测试要求，特别是对于40管脚以上的双列贴片数字器件，问题尤为突出。由于贴片式器件相对于直插式器件拆焊容易，第三代ZD9610 电路测试仪解决办法是对暂时不能在线测试的40管脚以上双列贴片数字器件，配备测试插座齐全的离线测试板（图1），以离线方式更加稳妥地测试。

2.40管脚以上PLCC 封装LSI 器件直接功能测试

图1 全新设计的离线测试板

LSI 器件是功能相对复杂的数字器件，每个LSI 器件功能均由许多子功能组成，如复位、DMA、中断、存贮器操作等，全部子测试构成对该LSI 器件的完全测试。对40管脚以下LSI 器件进行功能测试难度较大，对40管脚以上PLCC 封装（方形贴片式芯片）LSI 器件直接功能测试，难度则更大。

第三代ZD9610 电路测试仪可对40管脚以上PLCC 封装LSI 器件直接功能测试，测试库容量大幅增加，如PC8250A、CDP1854、Z80CPU 等。支持在线功能测试、离线功能测试、在线状态学习、在线状态比较、修订测试样本及双板功能测试等6 种测试工作模式。

针对40管脚以上PLCC 封装LSI 器件，第三代ZD9610 电路测试仪在使用环节上也做出相应改进。改进后的PLCC 在线测试夹（图2）既能满足在线直接功能测试的要求，又能满足VI曲线测试的要求。

图2 改进后的PLCC 在线测试夹

3.通用型数字器件高频动态参数故障测试

数字器件主要有以下3 种故障类型：①器件功能故障；②低频静态参数故障，如器件输入、输出管脚漏电等；③高频动态参数故障，如器件工作频率降低、输出波形上升沿（下降沿）形态失真或坡度变缓等。

故障①是数字器件的常见故障，采用普通直接功能测试即可有效发现；故障②最简单有效的测试手段是采用VI 曲线测试；故障③实际是一种综合性参数故障，涉及数字器件的工作频率、波形形态等综合问题，始终是电路测试仪的测试盲区，第一代和第二代电路测试仪对数字器件的最高测试频率还不到100kHz，无法发现这类问题。器件在低频下工作正常，高频下工作不正常，随着数字器件速度趋快，故障③会越来越多。在以往维修实践中，只有通过示波器才能观察并明确这种故障属性，要求维修人员经验丰富，是数字器件中最难发现的故障类型。

经过反复试验，发现大幅度提高对数字器件的测试频率，可有效检测数字器件的高频动态参数故障。为此，第三代ZD9610电路测试仪将数字器件最高测试频率大幅提高到2000kHz，从1～2000kHz 共18 级。2000kHz 是在综合考虑测试效率和测试通过率等因素，并结合对这类故障器件测试效果的大量验证后而设定的，目前足以覆盖高频动态参数故障。

比较数字器件所能通过测试的最高测试频率，可准确分辨出其工作频率之间的差别。当明确某类数字器件所能通过测试的最高测试频率后，可判断被测的某个该类数字器件是否出现高频动态参数故障。例如经过实测，以下数字器件所能通过测试的最高测试频率：①同型号、不同结构和厂家的器件，SN74ABT245为2000kHz（TI 公 司），HD74LS245P为1500kHz（日立公司）；②同型号和结构、不同厂家的器件，74HCT244N为2000kHz（菲利普公司），CD74HCT244E为1500kHz（哈里斯公司）；③同系列和厂家、不同型号和功能的器件，SN75174N为1500kHz（TI 公司），SN75175N为800kHz（TI 公司）；④同系列、厂家和功能、不同型号的器件，MAX481为1800kHz（MAXIM 公司），MAX483为500kHz（MAXIM 公司）。《器件手册》标明的数字器件工作频率不同于电路测试仪对该器件采用的测试频率，工作频率要远高于测试频率。两者存在明确的对应关系，即工作频率越高，该器件所能通过测试的最高测试频率也越高。不同系列器件（如TTL或CMOS）由于工作频率范围不同，因而选择的测试频率范围也不同，测试软件会自动切换到该系列器件默认的测试频率。同型号数字器件能够通过测试的测试频率越高，其性能越好。

tPd是表征门电路开关速度的重要参数，指门电路在输入脉冲波形作用下，其输出波形相对于输入波形延迟的时间，tPd=（tPLH+tPHL）/2，单位s。tPd也表述了数字器件的工作频率，某数字器件的tPd越短，则该器件工作频率越高，其所能够通过测试的最高测试频率也越高。如前述MAX481为1800kHz，MAX483为500kHz，查阅《器件手册》得知，MAX481和MAX483 功能完全一致，但MAX481的tPd要比MAX483 小得多，实测结果也充分印证。第一代和第二代电路测试仪无法区分这两个器件的频率特性，因此其高频动态参数故障引发的故障也无法被发现。

4.甄别翻新数字器件

目前大量过期报废电子产品上的器件被拆卸、翻新、再流入市场，其中尤以塑料封装的通用型数字器件居多。旧器件经过型号归类、表面打磨、管脚整形、表面喷漆、重新表识等一系列步骤后，完全可以假乱真。由于一般技术人员很难辨别出翻新器件，这样势必影响设备稳定性和可靠性，甚至造成重大损失。新设备上必须严格禁用翻新器件，在设备维修领域，若由于某些器件停产、断货而一时无法获取全新器件时，除军工、医疗等非要害设备上可谨慎采用，但前提必须对翻新器件进行严格检测。

通用型数字器件由于制造厂商的不同，同型号器件端口VI曲线特性也没有统一的规律性。即使同一厂家制造的器件，VI曲线测试也无法发现器件的高频动态参数故障。大多数翻新器件在一段时间内还能够正常使用，因此第一代和第二代电路测试仪对翻新数字器件难以甄别。采用第三代ZD9610 电路测试仪测试翻新数字器件后发现，翻新器件较之同型号全新器件的VI 曲线通常完全一样，但所能通过测试的最高测试频率明显下降，下降幅度一般不低于200kHz，有些甚至会下降1000kHz，这充分反映出翻新器件的实际整体性能。

为验证第三代ZD9610 电路测试仪甄别翻新数字器件的可靠性，请器件供应商提供12 批次不同型号的数字器件，每批次3～5 片，其中某些批次为翻新器件，不做预先告知。通过比对、分析每批次器件所能通过测试的最高测试频率，最终甄别出全部的5 批次翻新器件，而且测试结论非常明确。