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应用于数字电路在线测试中的后驱动技术的研究分析

2020年08月05日 14:15 次阅读

1、器件故障形式和传统测试维修方法

在设备的测试维修中,电路板上的故障因素比较多。实践统计表明,器件故障占94%,时序故障占3%,焊点虚焊占2%,其他占1%。因此,快速、准确地查找出故障器件,是设备维修中的关键。

器件故障一般表现为功能故障和参数故障。功能故障是指器件不能实现其基本功能,例如,反相器不能反相,放大器不能放大等。参数故障是指器件不能很好地完成功能,例如,反相器能反相,但是扇出能力下降,放大器可以放大,但是精度下降等。

一般情况下,器件故障会反映在器件的输入、输出端口上,如果对故障电路板上的器件进行功能测试,找出故障器件,就能修复电路板。传统的测试方法是利用示波器万用表对器件进行人工测试。这种方法有很多缺点:测试过程慢,修复时间长;要求测试人员熟知电路板原理,且具有丰富的测试维修经验;测试人员的水平不同,测试结果也会不同,误判的情况较多。

随着电路板的日益复杂化,器件的高度集成化,传统的测试方法遇到很多的困难,表现在:

(1)设备在出厂时,只配备了使用说明书,缺乏电气部分的原理图和PCB图,给测试维修人员带来一定的困难。

(2)现代设备的集成化程度较高,传统的分立元件电路知识和检测手段效率较低,效果不明显,不再适用。

(3)器件功能测试需要进行在线测试,如何解决加电情况下与其他器件的隔离而不破坏器件,是一项技术难题。

为了提高现代电子测试的效率,缩减测试周期和费用,降低对测试人员的专业要求,一种新型的在线测试技术得以很快的发展和应用。

2、 后驱动技术

2.1 后驱动技术的原理

1968年,美国施伦伯格公司的Fractron首次提出“后驱动技术”的概念,该技术主要用于数字电路的在线测试。文献对后驱动技术在军用设备维修中使用的安全性进行了论述,并制订了严格的技术规范。该军标对后驱动的定义如下:

“后驱动情况的产生,是对节点强驱动(node focing)的直接结果。节点强驱动,是指在进行某一步测试时,将待测器件(DUT)的输入引脚强行置为特定的逻辑状态,而不管与之相连的其他器件引脚处于何种逻辑状态。这种技术称之为后驱动”。

应用于数字电路在线测试中的后驱动技术的研究分析

后驱动技术的核心是利用半导体器件允许瞬间过载的特性,向被测器件的前级驱动芯片的输出级灌入瞬间大电流,强迫其按测试要求变高或变低,以达到逻辑隔离前级器件对被测器件的影响的目的。

在数字电路中,决定电路节点电位的是前级驱动器的输出而不是被驱动器件的输入。根据后驱动技术的原理,通过改变节点输出电流的大小就可以改变输出电压的大小。图l显示了一般情况下,输出为高电平时电流由输出端流出的情况和当输出为低电平时电流由外部流入的情况。

后驱动技术可在线实现对数字IC器件的电隔离,而无须破坏性的物理性隔离,使得逐个在线测试数字IC器件功能好坏成为可能。

2.2 后驱动技术的应用分析

图2是典型的TTL输出级电路结构。在T4截止、T3深度饱和时输出为低电平,输出的低电平是T3的饱和压降,约为0.2~O.3 V。T3饱和时,β3*Ib3》Ic3,此时若从输出端给T3灌入足够大的电流,T3就脱离饱和,使输出电平提升。即:在线灌入瞬态后驱动大电流,可迫使结点由低电平置为高电平。反之,可迫使结点由高电平置为低电平。

2.3 后驱动技术对器件的影响及安全容限分析

后驱动分2种情况:将逻辑高电平强置为低电平和将逻辑低电平强置为高电平。这2种情况都会因后驱动电流的产生而使器件输出部分PN结的温度升高。过高的温度会使PN结损坏或是熔断基线。由于器件构造的原因,前一种情况中流经输出部分的后驱动电流会受到限制。后一种情况由于不受限,流过电流较大,对器件的危害性也较大。但电流并不是造成升温的充分条件,还要看它作用的时间,即后驱动脉冲信号周期。在充分小的周期内,后驱动电流是不会造成较大的升温的,也不会对器件造成破坏。

为了满足TTL和CMOS电路的测试阈值要求。阈值是对测试时高电平和低电平的规定,分为“紧”和“松”两类。紧阈值是器件严格测试时遵循的标准,松阈值是对器件测试要求不高时遵循的标准。如表1所示。

文献给出了关于TTL电路进行后驱动典型电流一电压关系特性曲线,如图3所示。

文献对电路在线测试采用后驱动技术时的电流及测试时间也做了严格的规定。规定管脚驱动器的吸收/输出电流不大于750 mA,作用时间不超过65 ms。

目前,国内外基于后驱动技术的在线测试仪的电流设定在500 mA以内,测试时间在16 ms以内,确保在线测试时仪器的安全。

3、 后驱动技术的应用

后驱动技术的发展,促进了测试技术和仪器的发展,开辟了现代电子测试维修的新途径,改变了传统的装备测试维修方法。后驱动技术的具体应用就是电路在线测试仪。其原理如图4所示,测试仪以测试程序库为基础,瞬间强制性地在被测器件的输入端施加驱动信号,测试其实际输出信号,并与标准代码进行比较,结果一致时,则认为被测器件功能正常,结果不一致时,则认为被测器件功能异常。

基于后驱动技术的测试仪具有强大的测试库,能够测试多种器件。包括TTL75/54,CMOS40/45,各种驱动器、俄罗斯器件库、各种 RAM/EPPROM、PLD、集成运放、比较器、稳压器件等。利用在线测试仪不仅可以实现器件的功能测试,还可以进行器件的VI特性曲线测试、型号识别,存储器测试,电路板网络图提取等工作。

4、 结 语

实践证明,基于后驱动技术的在线电路测试仪在民用和军事领域中具有广阔的应用前景。可以大大缩短装备故障测试和维修的时问、快速恢复武器装备的战斗力、提高工作效率、节省维修开支。若要对电子器件进行更深层次的测试,需要在现有的技术基础上,完善测试仪的测试库,提高测试速度和精度,增加多电压输出以支持更多器件的测试。这也是在线测试仪的下一步发展方向。

责任编辑:gt

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