数字万用表助力模拟电路新一代排故障方法

2013-10-29 15:48:00
  •   现代的电子产品往往将小信号模拟电路、数字电路和功率电路紧密地整合在一块pcb上,电路布局不仅要满足电路性能要求,还受结构设计的约束,同时要符合emc规范,这些都给地回路的布置带来了很大的挑战。在多重约束的限制下,设计阶段pcb地回路布线会存在不确定的因素,需要在测

现代的电子产品往往将小信号模拟电路、数字电路和功率电路紧密地整合在一块pcb上,电路布局不仅要满足电路性能要求,还受结构设计的约束,同时要符合emc规范,这些都给地回路的布置带来了很大的挑战。在多重约束的限制下,设计阶段pcb地回路布线会存在不确定的因素,需要在测试阶段检验。

以上图所示电路为例,u1、r3、r2组成同相放大器,设计期望该放大器能够将输入信号ui放大10倍,uo是放大器的输出电压。由于pcb布局布线受到约束,ui的"-"输入端子跟电阻r2的c端之间有一段导线rpcb.而pcb上可能存在"电路x"引入地回流ix流过导线电阻rpcb.受"电路x"地回流ix的影响,导线rpcb两端会有电压差ue,为了确定ue对被测信号的影响,需要测量ue的大小。

如果将一个电路模块当成黑盒,那么它至少会有一个输入端口--电源。在电路故障诊断中,电源端口经常被遗忘或者被低估,以至于有些问题被定性为"灵异事件"。

假定黑盒内部的电路和信号输入均正常,如果黑盒的输出仍然有问题,这时就应该重点排查电源输入。常用的电源检测仪器有示波器、频谱仪和数字万用表,它们能够覆盖的测量范围不同(如上图所示),应该综合运用这些仪器来全面观察电源信号,避免测试盲区。

超低功耗电路测试通常要求仪器能够测试na级弱电流,同时电压测量的输入阻抗趋于无穷大。一般的手持式万用表无法测量na级电流,电压测量的输入阻抗固定为10mω,不能满足超低功耗电路的测试需求。

上图是一种超低功耗设备的入侵检测电路。常闭开关s1用于入侵检测,设备外壳被破坏时开关s1断开。该电路中二极管d1用作超低电流的上拉元件,其反向漏电流is约为10na.一旦外壳被破坏,s1断开,d1将控制器mcu的管脚det拉高,产生上升沿作为入侵触发信号。这个电路的主要测试项目有二极管反向漏电流is,开关s1闭合时的det电平,开关s1断开时的det电平,开关s1闭合到断开过程中det管脚的电压上升沿波形。

手工焊接过的电路板常常会有焊屑导致的短路,而且焊屑一般藏在元件底部,不易查找。一旦电路板上的电源跟地短路,接在该电源和地之间的所有元件都成了可疑对象。逐个排查可以解决问题,但是非常费劲。

如果被短路的电源上只有一处短路,那么远离短路点的位置由于串联了pcb电阻因而对地电阻较大,因此只要找到对地电阻最小的位置就能定位短路。

如上图所示,rp1~rp(n)是+5v电源线的pcb电阻,阻值均为1mω;rn1~rn(m)是gnd地线的pcb电阻,阻值均为1mω;c1~c5是+5v电源的退耦电容。假设在电容c2下方隐藏有短路,那么在c2处测得的电阻为0mω;在c1处测得的电阻c2处测得电阻加上rp1和rn1,共为2mω;同样的道理,c3~c5处测得的电阻依次是2mω、4mω和6mω。c2处测得的电阻最小,因而可以断定c2下方有短路。

严格地说,在线测量电阻是不被推荐的,但是电路板调试时频繁地拆装电阻确实是一件很繁琐的事情。电路调试时通过分析电路,可以找到能够在线测量电阻的条件。在线测量电阻只是证明电阻阻值跟预期值相同,因此也就不必为测不准而担心了。

以上图所示电路为例,电阻r串联在逻辑ic1的输出和逻辑ic2的输入之间。电阻r的正确值是33ω,现怀疑r阻值异常,需要对其进行测试。观察逻辑ic1和逻辑ic2的内部等效电路可以发现,逻辑ic2只通过钳位二极管将电阻r连接到电源线上。也就是说,只要电阻r两端的电压不超过ic2内部的钳位二极管的正向导通电压(一般为0.5v),流过ic2的输入管脚的电流就可以忽略,也就不会对电阻r的测量产生影响。

来源:阴雨