Analog Signature Analysis(模擬特征分析)是一種廣泛應(yīng)用于電子
電路板的故障檢測(cè)技術(shù)。具有以下特點(diǎn)：
1．不涉及電路原理，無(wú)需電路處于工作狀態(tài)，所以可用于沒(méi)有圖紙資料，脫離設(shè)備（無(wú)需聯(lián)機(jī)檢測(cè)）的電路板的故障檢測(cè)；
2．測(cè)試時(shí)不需給電路板加電，相對(duì)更安全；
3．不涉及電路板上器件的功能，所以無(wú)論電路由什么類(lèi)型的器件組成，包括數(shù)字的、模擬的、數(shù)?；旌系摹⒐δ芤阎?、未知的（如專(zhuān)用、可編程）等等，均可測(cè)試；
4．它是逐電路結(jié)點(diǎn)（器件管腳）進(jìn)行測(cè)試的，基本上不受電路板上元器件封裝的限制。
由于單個(gè)器件可以看成最簡(jiǎn)單的電路板電路，所以ASA技術(shù)也能夠用于檢測(cè)電子元器件的好壞。尤其是它不涉及器件功能，不受器件封裝限制，成為許多用戶(hù)檢測(cè)大規(guī)模、復(fù)雜或功能未知集成器件好壞的唯一手段。
ASA用于檢測(cè)分立元件功能好壞時(shí)，還有方便、直觀(guān)等特點(diǎn)。
一、ASA基本原理
就基本檢測(cè)原理而言，ASA測(cè)試可以看成萬(wàn)用表檢測(cè)法的自然延伸。
對(duì)于無(wú)電路原理圖紙、脫離了設(shè)備的電路板，最常用的萬(wàn)用表故障檢測(cè)法是這樣的：先測(cè)出好
PCB板上器件管腳（實(shí)際是電路結(jié)點(diǎn)）的對(duì)地電阻；然后與故障板上相應(yīng)器件管腳的對(duì)地電阻進(jìn)行比較，根據(jù)差異大小來(lái)判斷該結(jié)點(diǎn)上有無(wú)故障。由結(jié)點(diǎn)到具體元器件需要人工確定。許多人都用這種辦法修好過(guò)復(fù)雜、昂貴的電路板。
這種辦法除了對(duì)使用者要求較高，效率低之外，影響其故障檢出率的主要原因是,萬(wàn)用表只能檢測(cè)在1.5V（萬(wàn)用表電池電壓）下的阻抗值，而半導(dǎo)體器件引腳的阻抗是隨測(cè)試電壓的變化而變化的——不同測(cè)試電壓下的阻抗未必相同。比如，某TTL器件管腳在2.5V有軟擊穿,產(chǎn)生較大漏流。這樣的故障就檢測(cè)不出來(lái)。
ASA測(cè)試是在一個(gè)電壓區(qū)間內(nèi)、而不只是一個(gè)電壓點(diǎn)下進(jìn)行測(cè)試比較?？梢赃@樣理解ASA測(cè)試——設(shè)想你有幾十、或上百塊萬(wàn)用表，每塊表的電池電壓都不一樣——電壓范圍包括了被測(cè)器件的工作電壓。對(duì)每一個(gè)管腳，都用這些表全部測(cè)試、對(duì)照一遍，上面所說(shuō)的故障就會(huì)被檢測(cè)出來(lái)了。
除了故障檢出率相當(dāng)高之外，ASA測(cè)試在維修檢測(cè)中廣受歡迎的另兩個(gè)原因是：
1．測(cè)試效率很高。以匯能測(cè)試儀為例。對(duì)一個(gè)40腳器件，在每個(gè)引腳上測(cè)128個(gè)電壓點(diǎn)，測(cè)試時(shí)間不到1秒；
2．從好板上提取的測(cè)試數(shù)據(jù)可存入計(jì)算機(jī)中（即建立板庫(kù)），作為以后進(jìn)行檢測(cè)的參照標(biāo)準(zhǔn)，反復(fù)使用。
二、基本ASA測(cè)試的實(shí)現(xiàn)方法
用測(cè)試儀產(chǎn)生一個(gè)變化的電壓信號(hào)加在被測(cè)試對(duì)象上，同時(shí)記錄不同電壓下的電流。把隨電壓變化的電流在電壓-電流座標(biāo)系上表示出來(lái)，得到一條（阻抗）曲線(xiàn)。使用者通過(guò)比較好、壞電路板相應(yīng)結(jié)點(diǎn)的曲線(xiàn)的形狀差異，進(jìn)行故障判斷。
理論和實(shí)踐都表明，使用以正弦規(guī)律變化的電壓信號(hào)（正弦波）的測(cè)試效果最好。所以無(wú)論進(jìn)口的、還是國(guó)產(chǎn)的此類(lèi)測(cè)試儀，都用正弦波作為主要測(cè)試信號(hào)。
鑒于微機(jī)的普及，為了降低開(kāi)發(fā)難度和產(chǎn)品成本，目前的此類(lèi)測(cè)試儀產(chǎn)品多數(shù)都和微機(jī)配合使用。測(cè)試儀產(chǎn)生正弦波測(cè)試信號(hào)；微機(jī)在專(zhuān)用測(cè)試軟件控制下，接受用戶(hù)指令、實(shí)現(xiàn)測(cè)試算法、按用戶(hù)的要求控制測(cè)試儀施加測(cè)試信號(hào)、顯示測(cè)試結(jié)果、存儲(chǔ)測(cè)試數(shù)據(jù)。
下面從實(shí)際使用要求出發(fā)，對(duì)如何得到高效、實(shí)用的ASA測(cè)試功能，進(jìn)行一些討論。
三、關(guān)于配接微機(jī)
從當(dāng)前微機(jī)技術(shù)以及發(fā)展來(lái)看，測(cè)試儀的軟硬件應(yīng)該：
1．測(cè)試軟件應(yīng)支持主流操作系統(tǒng)版本
自Win98后，Windows操作系統(tǒng)對(duì)外部設(shè)備的管理機(jī)制作了很大改動(dòng)。在Win98上運(yùn)行的測(cè)試程序，不能自動(dòng)升級(jí)到其后的系統(tǒng)版本上運(yùn)行。鑒于Win98及以下的操作系統(tǒng)很快會(huì)完全退出使用，如果測(cè)試軟件不能支持主流的操作系統(tǒng)版本，比如Windows XP,將會(huì)給用戶(hù)以后使用帶來(lái)麻煩。
2．測(cè)試儀最好支持USB口
早期的測(cè)試儀采用在計(jì)算機(jī)內(nèi)插卡的方式實(shí)現(xiàn)和計(jì)算機(jī)的配接。由于這種方式缺點(diǎn)較多，又轉(zhuǎn)用并口（打印口）配接。但近年來(lái)速度快、更安全（允許帶電插拔）的USB口得到了迅速普及，目前市場(chǎng)上帶并口的筆記本電腦已經(jīng)十分少見(jiàn)，在臺(tái)式機(jī)上也許會(huì)逐漸消失——常用計(jì)算機(jī)外設(shè)，如打印機(jī)、掃描儀、數(shù)碼產(chǎn)品都是USB口了。如果測(cè)試儀不支持USB口，會(huì)影響用戶(hù)微機(jī)的換代更新。
四、關(guān)于測(cè)試信號(hào)
對(duì)任何一種電子儀器，測(cè)試信號(hào)都是構(gòu)成整個(gè)測(cè)試功能的基礎(chǔ)。它的質(zhì)量，基本決定著測(cè)試儀的測(cè)試質(zhì)量。
1．關(guān)于主測(cè)試信號(hào)——正弦波：
為了保證測(cè)試效果，同時(shí)又不至于損傷被測(cè)器件，正弦幅度應(yīng)大于被測(cè)器件引腳的實(shí)際工作電壓，小于其極限電壓。由于不同元器件所需電壓值不同，這就要求測(cè)試儀輸出的正弦波幅度可調(diào)。
顯然，可調(diào)的范圍越寬、允許調(diào)整的步距越?。ǚ謾n越多）越好。目前市場(chǎng)上比較低檔的測(cè)試儀產(chǎn)品一般有±4V、±8V、±18V、±28V等幾個(gè)檔；匯能測(cè)試儀的電壓幅度從±1V--±28V，以0.5V步距可調(diào)，也就是分成了五十多個(gè)檔，能更好地滿(mǎn)足對(duì)更多種類(lèi)的電子電路板、電子元器件的檢測(cè)要求。
b． 最大輸出（短路）電流
將正弦波短路后所能流出的最大電流叫做最大輸出電流：
最大輸出電流=等于正弦峰值/輸出電阻
目前多數(shù)國(guó)產(chǎn)測(cè)試儀的最大輸出電流在十幾毫安到二、三十毫安。據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，這適用于測(cè)試一般集成電路，比如74系列器件。如果考慮到測(cè)試功率更大一些的集成器件、大電容（上萬(wàn)微法）、大功率三極管等，最大輸出電流應(yīng)該更大一些。匯能測(cè)試儀的最大輸出電流可達(dá)150mA。
c．頻率范圍
頻率范圍越寬，越能更好地適應(yīng)對(duì)容性、感性結(jié)點(diǎn)的測(cè)試。比如，用匯能測(cè)試儀能測(cè)出一、兩萬(wàn)微法電容的有效ASA曲線(xiàn)——曲線(xiàn)不會(huì)蛻化成一條短路線(xiàn)，從曲線(xiàn)上可以明顯看出是否漏電、容量是否夠。
d． 保真度（或失真度）
指實(shí)際產(chǎn)生的正弦波與理想正弦波的形狀差異。非直流結(jié)點(diǎn)的ASA曲線(xiàn)形狀不僅與頻率相關(guān)，也與波形的形狀相關(guān)。比如，電容的ASA曲線(xiàn)只在正弦波下是橢圓。
e． 關(guān)于正弦波產(chǎn)生中的問(wèn)題
由于ASA測(cè)試通過(guò)曲線(xiàn)形狀來(lái)判斷故障，所以測(cè)試結(jié)果的一致性、可重復(fù)性十分重要。測(cè)試結(jié)果的一致性、可重復(fù)性由測(cè)試信號(hào)的穩(wěn)定性——頻率準(zhǔn)確度和波形保真度保證。
比如，可這樣觀(guān)察微機(jī)運(yùn)行狀況對(duì)測(cè)試信號(hào)的影響——保持測(cè)試儀連續(xù)輸出測(cè)試信號(hào)，用示波器持續(xù)觀(guān)察，然后打開(kāi)另一個(gè)任務(wù)，比如播放音樂(lè)，就會(huì)看到測(cè)試信號(hào)的形狀變化；更簡(jiǎn)單的辦法是測(cè)一個(gè)電容。如果電容的ASA曲線(xiàn)在播放音樂(lè)前后有所不同，就說(shuō)明微機(jī)的運(yùn)行狀況對(duì)測(cè)試信號(hào)有影響。這會(huì)導(dǎo)致使用者的誤判。
即使沒(méi)有打開(kāi)用戶(hù)任務(wù)，也會(huì)有系統(tǒng)任務(wù)在后臺(tái)時(shí)起時(shí)停，同樣會(huì)影響測(cè)試信號(hào)。觀(guān)察時(shí)間長(zhǎng)一點(diǎn)就能發(fā)現(xiàn)。
就作者對(duì)這種測(cè)試儀的了解，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因是由于硬件過(guò)于簡(jiǎn)單——測(cè)試儀沒(méi)有獨(dú)立的定時(shí)（CPU）電路造成的。
匯能測(cè)試儀完全不存在這種問(wèn)題。最近經(jīng)軍檢，它的測(cè)試信號(hào)的頻率準(zhǔn)確度、波形失真度均小于2%，不隨外部條件變化。當(dāng)然，匯能測(cè)試儀的硬件也相對(duì)更復(fù)雜一些。
2．關(guān)于輔助測(cè)試信號(hào)——脈沖：
引入脈沖輔助測(cè)試信號(hào)，是為了使ASA測(cè)試能夠更好地用于三端器件的測(cè)試。閘流管、MOS三極管、甚至繼電器、電壓調(diào)節(jié)器等都可以看成三端器件。
以閘流管為例。僅在它的陽(yáng)極和陰極之間加ASA測(cè)試信號(hào)，只能發(fā)現(xiàn)兩極之間是否短路、或有漏流，不能發(fā)現(xiàn)開(kāi)路、或?qū)ú涣嫉墓收?。引入一個(gè)脈沖信號(hào)加在閘流管的控制極，控制管子在ASA測(cè)試期間出現(xiàn)導(dǎo)通、截止兩種狀態(tài)，就能對(duì)閘流管進(jìn)行較為全面的檢測(cè)。
不同的三端器件需要不同的控制方式——正弦波和脈沖匹配（同步）形式。
有的測(cè)試儀產(chǎn)品沒(méi)有脈沖輔助測(cè)試信號(hào)。有的實(shí)現(xiàn)的比較簡(jiǎn)單。比如某種國(guó)產(chǎn)測(cè)試儀上的三端測(cè)試信號(hào)，實(shí)際上僅是一個(gè)大小可設(shè)的直流電平，和ASA測(cè)試信號(hào)沒(méi)有同步關(guān)系。
匯能測(cè)試儀為了更好地滿(mǎn)足各種三端器件的不同測(cè)試要求，共設(shè)置了八種脈沖和正弦波的匹配方式。相對(duì)于正弦波來(lái)說(shuō)，脈沖的起始、結(jié)束位置及寬度、高度均可調(diào)整；支持單向觸發(fā)、雙向觸發(fā)。詳細(xì)情況請(qǐng)參閱有關(guān)產(chǎn)品說(shuō)明。
五、關(guān)于測(cè)試通道數(shù)
測(cè)試信號(hào)的好壞決定了測(cè)試質(zhì)量，測(cè)試通道的多少主要影響測(cè)試效率。使用要求不同，對(duì)通道數(shù)的多少要求也不同。主要有以下三種：
1．在線(xiàn)測(cè)試：目前對(duì)多于80個(gè)管腳的器件，基本上沒(méi)有能配合使用的測(cè)試夾，所以80個(gè)通道基本滿(mǎn)足使用要求；
2．電路板端口測(cè)試：通過(guò)轉(zhuǎn)接板以及板上的相應(yīng)電路板插座，把測(cè)試通道引到電路板各插腳，然后進(jìn)行單/多端口測(cè)試。通常160個(gè)通道即可滿(mǎn)足大多數(shù)使用要求;
3．超大規(guī)模集成電路離線(xiàn)測(cè)試：對(duì)于各種超大規(guī)模器件，除了ASA測(cè)試，一般用戶(hù)幾乎沒(méi)有其它測(cè)試手段。這種測(cè)試和電路板端口測(cè)試相似，只不過(guò)轉(zhuǎn)接板上是器件插座而不是電路板插座。這種情況需要的通道數(shù)依器件腳數(shù)而定。
需要特別說(shuō)明的是，這里僅討論測(cè)試信號(hào)和測(cè)試通道數(shù)對(duì)ASA測(cè)試的影響。一般的電路在線(xiàn)維修測(cè)試儀都有多種功能，其它功能也會(huì)用到這些硬件資源。比如匯能測(cè)試上的電路板網(wǎng)絡(luò)測(cè)試也要求較多的通道數(shù)。
六、提高基本ASA測(cè)試的故障檢出率
1．單端口測(cè)試vs多端口測(cè)試
所謂的單端口測(cè)試，通常指所有的電路結(jié)點(diǎn)（器件管腳）分別與電路板的“地”組成一個(gè)個(gè)的端口，ASA測(cè)試信號(hào)總是加在這些端口上進(jìn)行測(cè)試。在單端口的方式下，對(duì)一個(gè)有N個(gè)腳的器件，總共處理N條曲線(xiàn)。
所謂的多端口測(cè)試，是指對(duì)一個(gè)器件的任何兩個(gè)管腳組成的端口，都要進(jìn)行ASA測(cè)試。在多端口的方式下，對(duì)一個(gè)有N個(gè)管腳的器件，最多處理N×N條曲線(xiàn)。多端口測(cè)試易于檢測(cè)兩個(gè)管腳分別對(duì)地的曲線(xiàn)沒(méi)有大的變化，但兩個(gè)管腳之間的曲線(xiàn)變化很大的故障。
在匯能測(cè)試儀上，對(duì)多端口還分了三種情況考慮：
a．多端口對(duì)稱(chēng)：
當(dāng)處理了2腳對(duì)3腳組成的端口后，如果還要處理3腳對(duì)2腳組成的端口，就叫做對(duì)稱(chēng)方式。這類(lèi)似于用萬(wàn)用表測(cè)試時(shí)，調(diào)轉(zhuǎn)表棒再測(cè)一次。否則稱(chēng)為非對(duì)稱(chēng)方式。
由于ASA使用正、負(fù)對(duì)稱(chēng)的交流測(cè)試信號(hào)，多數(shù)情況下，對(duì)同一端口調(diào)轉(zhuǎn)信號(hào)后測(cè)到的曲線(xiàn)和原曲線(xiàn)是對(duì)稱(chēng)的，也就是說(shuō)不能提供更多的故障信息。采用對(duì)稱(chēng)方式更多是為了方便故障分析，提高使用效率。不過(guò)也存在不對(duì)稱(chēng)情況。
b．非對(duì)稱(chēng)含參考腳：
c．非對(duì)稱(chēng)不含參考腳：
所謂含參考腳指要測(cè)試1腳對(duì)1腳、2腳對(duì)2腳、......N腳對(duì)N腳組成的端口。正常情況下，這種端口曲線(xiàn)一定是條短路曲線(xiàn)，否則，可能存在其它問(wèn)題，所有與該腳組成的端口曲線(xiàn)不可信。就是說(shuō)，含參考腳有利于提高測(cè)試可靠性。
2．自動(dòng)、手動(dòng)曲線(xiàn)靈敏度選擇
ASA測(cè)試是依據(jù)兩條曲線(xiàn)的形狀差異來(lái)檢測(cè)故障的，但是，測(cè)試數(shù)據(jù)的差異，與把數(shù)據(jù)以曲線(xiàn)的形式顯示出來(lái)后，曲線(xiàn)之間的差異并不成正比。用機(jī)械式萬(wàn)用表打個(gè)比方。指針越接近中央位置，同樣比例的阻值變化引起的指針擺幅越大，也就是指針位置關(guān)于故障的靈敏度越高。
對(duì)于ASA曲線(xiàn)可以證明，在電壓—電流坐標(biāo)下（VI曲線(xiàn)），曲線(xiàn)的整體走勢(shì)越接近45度，對(duì)故障的靈敏程度越高；如果測(cè)試曲線(xiàn)是一個(gè)封閉圖形，如電容，曲線(xiàn)包圍的面積越大，對(duì)故障的靈敏度越高。
為了得到較高靈敏度的曲線(xiàn)，可以調(diào)整測(cè)試信號(hào)的輸出電阻。輸出電阻值越接近被測(cè)結(jié)點(diǎn)的等效電阻值，得到的曲線(xiàn)靈敏度越高。
匯能測(cè)試儀允許手動(dòng)/自動(dòng)選擇較高靈敏度曲線(xiàn)。手動(dòng)選擇試?yán)脺y(cè)試軟件允許按端口設(shè)置測(cè)試參數(shù)的特點(diǎn)，對(duì)任意一條曲線(xiàn)可以修改測(cè)試參數(shù)后重測(cè)，由使用者判斷、選擇靈敏度較高的曲線(xiàn)。手動(dòng)調(diào)整的缺點(diǎn)是麻煩，當(dāng)曲線(xiàn)很多時(shí)很難逐一觀(guān)察、選擇，另外當(dāng)曲線(xiàn)形狀不規(guī)則時(shí)，往往很難直觀(guān)判斷什么樣的曲線(xiàn)靈敏度更高一些；自動(dòng)調(diào)整是用算法自動(dòng)選擇靈敏度較高的曲線(xiàn)。自動(dòng)選擇所需的測(cè)試時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)一些。
3．按端口設(shè)置測(cè)試參數(shù)、重測(cè)
并非同一個(gè)器件的所有管腳都適用于同樣的測(cè)試參數(shù)。舉個(gè)典型的例子：集電極開(kāi)路器件的輸出往往耐壓較高，多用于驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管、繼電器等，而輸入一般是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以對(duì)于輸出、輸入的測(cè)試信號(hào)的幅度應(yīng)該不同，才能達(dá)到全面檢測(cè)的目的。
匯能測(cè)試儀有普通設(shè)置和特殊設(shè)置兩個(gè)設(shè)置窗口。普通設(shè)置對(duì)所有的端口有效，而在特殊設(shè)置中可對(duì)少數(shù)特殊端口進(jìn)行重設(shè)。特殊設(shè)置的優(yōu)先級(jí)別高于普通設(shè)置。
在完成測(cè)試后，如果對(duì)測(cè)試結(jié)果不滿(mǎn)意，還可以利用單曲線(xiàn)處理功能，用鼠標(biāo)選中不滿(mǎn)意的曲線(xiàn)，打開(kāi)該曲線(xiàn)的設(shè)置窗口，重設(shè)后重測(cè)該曲線(xiàn)。
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