重慶市軌道交通（集團(tuán)）有限公司 陳春旭

非向量測(cè)試技術(shù)在軌道交通檢測(cè)中的使用分析

重慶市軌道交通（集團(tuán)）有限公司 陳春旭

由于軌道交通AFC（Automatic Fare Collection）自動(dòng)售檢票系統(tǒng)具有高度自動(dòng)化，智能化的特點(diǎn)，其系統(tǒng)設(shè)備中各個(gè)控制，傳輸模塊的電路板卡往往走線(xiàn)復(fù)雜，大規(guī)模集成電路較多。本文針對(duì)在精密電路板的功能檢測(cè)，故障檢修工作中出現(xiàn)的一些難題，嘗試引入非向量測(cè)試技術(shù)（Vectorless Technique）對(duì)印制電路板(PCB)進(jìn)行檢測(cè)和可行性研究，為今后的軌道交通電子設(shè)備的測(cè)試維修工作提供一鐘新的思路。

AFC；PCB；Vectorless；Technique

0 引言

傳統(tǒng)的電路板在線(xiàn)檢測(cè)多運(yùn)用向量測(cè)試，即是以印制電路板上的單個(gè)元器件為對(duì)象進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)得到的元器件的值或特性與設(shè)計(jì)文件(CAD)提供的數(shù)據(jù)是否相符，以此為依據(jù)判斷電路板故障與否。此種方法可適用于引腳較少，較簡(jiǎn)單的元件，如：電阻，電容，電感，二極管等等。而隨著現(xiàn)在AFC系統(tǒng)設(shè)備升級(jí)更新，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中運(yùn)用到電路板常常是多引腳封裝的多引腳芯片和貼片元器件，在這種情況下再運(yùn)用向量測(cè)試技術(shù)會(huì)遇到效率低、調(diào)試時(shí)間長(zhǎng)、上電風(fēng)險(xiǎn)高、測(cè)試誤判多等問(wèn)題。而且在結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試維修工作中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，承包商往往不會(huì)提供相關(guān)電路板CAD資料或元器件數(shù)據(jù)，所以在今后的工作中運(yùn)用非向量測(cè)試技術(shù)在AFC設(shè)備電路板的檢測(cè)工作顯得尤為必要。

1 測(cè)試技術(shù)應(yīng)用分析

電路板分析：

對(duì)電路板進(jìn)行分析是進(jìn)行檢測(cè)的必要條件，它的目的是分析該電路板在物理或者電氣方面是否具備進(jìn)行在線(xiàn)測(cè)試條件，并找到這塊電路板的最優(yōu)測(cè)試節(jié)點(diǎn)。選取PCB板的節(jié)點(diǎn)數(shù)通常都要少于元器件數(shù)，只測(cè)試節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)可達(dá)到提高了整板的測(cè)試速度的目的。以下以具體在實(shí)際工作中遇到的情況為例，分析說(shuō)明應(yīng)用非向量測(cè)試技術(shù)的可行性。

圖1所示為現(xiàn)場(chǎng)的AFC系統(tǒng)中的通訊電路板，可以看到電路板上一些走線(xiàn)方式在實(shí)際的測(cè)試操作中可能會(huì)阻擋遮蓋最優(yōu)測(cè)試節(jié)點(diǎn)，并且在測(cè)試過(guò)程中也容易出現(xiàn)破壞線(xiàn)路與電路板連接的情況，遇到這種電路板最好先對(duì)走線(xiàn)進(jìn)行整理固定或者直接對(duì)不必要的飛線(xiàn)進(jìn)行移除。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)AFC系統(tǒng)的通訊電路板

圖2所示為一塊現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)出站閘機(jī)控制電路板，可清晰的看到電路板上涂抹了特殊配方的涂料,即是用于保護(hù)電路板及其相關(guān)設(shè)備免受環(huán)境的侵蝕的三防漆。為保證測(cè)試時(shí)被測(cè)點(diǎn)具有可靠的接觸性，覆蓋被測(cè)點(diǎn)及周?chē)娜榔嵝柙跍y(cè)試前去掉。

圖2 站閘機(jī)控制電路板

圖3所示為一塊現(xiàn)場(chǎng)的單程票發(fā)卡機(jī)構(gòu)控制板，由于其承當(dāng)著機(jī)械控制的作用，在電路板上放置了不少的繼電器等大尺寸元器件，它們的存在很可能會(huì)阻礙到一些的測(cè)試節(jié)點(diǎn)與測(cè)試設(shè)備探頭接觸。對(duì)于這種情況，可以依據(jù)實(shí)際需求對(duì)該類(lèi)元器件進(jìn)行必要的移除處理，或者在前期電路分析時(shí)繞過(guò)該區(qū)域，找到其它同電位效果的測(cè)試節(jié)點(diǎn)，取代此類(lèi)無(wú)法接觸的測(cè)試節(jié)點(diǎn)。

圖3 單程票發(fā)卡機(jī)構(gòu)控制板

2 非向量測(cè)試技術(shù)

對(duì)被測(cè)電路板分析處理完畢后，將被測(cè)電路板上選擇出來(lái)的可測(cè)節(jié)點(diǎn)和地看作是一個(gè)完整等效的兩端電路，相當(dāng)于一個(gè)由許多元件構(gòu)成的復(fù)雜的電路網(wǎng)絡(luò)。依托相關(guān)的測(cè)試儀器，我們就可以對(duì)這樣的等效的電路運(yùn)用非向量技術(shù)進(jìn)行在線(xiàn)測(cè)試。它的原理就是在這個(gè)等效電路的一個(gè)端點(diǎn)施加電壓激勵(lì)信號(hào)，而將另一個(gè)端點(diǎn)連接到地(GND)。在激勵(lì)信號(hào)下，這個(gè)兩端電路會(huì)產(chǎn)生一定的電流響應(yīng)，并在過(guò)程中運(yùn)用測(cè)試儀器對(duì)激勵(lì)和響應(yīng)做頻率響應(yīng)分析，檢測(cè)出電流響應(yīng)及相位差。在早期的非向量測(cè)試中常采用直流信號(hào)作為激勵(lì)信號(hào)。測(cè)試的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)地阻抗、對(duì)地容抗、二極管效應(yīng)等參數(shù)都是基于直流信號(hào)分析，若電路板節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中有某個(gè)元件發(fā)生異常，會(huì)出現(xiàn)該節(jié)點(diǎn)對(duì)地的阻抗改變影響不大的現(xiàn)象，這樣的情況很容易引發(fā)漏檢，從而降低測(cè)試的可信度?，F(xiàn)在依靠更新的測(cè)試技術(shù)和儀器，引入變頻的交流信號(hào)對(duì)節(jié)點(diǎn)施加信號(hào)激勵(lì)，可以很好的以前測(cè)試中存在的問(wèn)題。

圖4中我們可以看到對(duì)于不同的元器件，在兩端施加激勵(lì)電壓與得到響應(yīng)電流的相位關(guān)系。在前3個(gè)相位關(guān)系圖中，我們?cè)趩为?dú)的電阻、電容、電感器件（相當(dāng)于純阻抗、純?nèi)菘?、純感抗）上施加激?lì)電壓，就是相位圖中的波形信號(hào)V,對(duì)應(yīng)的I便是輸出響應(yīng)電流波形波。在實(shí)際電路測(cè)試過(guò)程中，兩端等效電路中很多是由若干等效電阻、電容、電感互連組成，它們組合在一起就相當(dāng)于相位圖中的混合阻抗，我們通過(guò)相位圖V,I的波形可知在一個(gè)寬頻率范圍的正弦電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)下，混合阻抗也會(huì)產(chǎn)生同頻率的正弦電流響應(yīng)，響應(yīng)的幅度和相位差取決于兩端電路中的各個(gè)元件值及其互連情況。而我們就可以記錄下激勵(lì)響應(yīng)波形參數(shù)，以此作為測(cè)試判據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 不同元器件施壓時(shí)響應(yīng)電流相位關(guān)系

對(duì)于數(shù)字IC器件，由于其內(nèi)部往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜，便需要通過(guò)檢測(cè)引腳間的保護(hù)二級(jí)管來(lái)判斷芯片的狀態(tài)。圖5中為現(xiàn)場(chǎng)桌面票卡讀寫(xiě)器的電路部分，由于其承當(dāng)票卡內(nèi)容讀取，協(xié)議解析和傳輸?shù)裙ぷ鳎\(yùn)用了較多的數(shù)字芯片和元器件。針對(duì)電路中的數(shù)字芯片，依靠集成電路制造工藝導(dǎo)致的保護(hù)二極管,在選定的IO引腳和接地引腳間（GND）引入激勵(lì)信號(hào)，得到一個(gè)響應(yīng)回路電流。若芯片處于正常的工作范圍，得到這個(gè)電流是非常標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值,即便是其他的電流值有變化,但是這引腳的電流值是不變的。通過(guò)這種方法可以檢驗(yàn)出數(shù)字IC的引腳開(kāi)路和開(kāi)路,也能檢測(cè)出電路故障等問(wèn)題。通過(guò)以上介紹說(shuō)明，我們可以看出不論對(duì)何種器件，采用非向量測(cè)試技術(shù)的實(shí)質(zhì)就是：在整個(gè)電路板無(wú)需上電工作的情況下，對(duì)一塊完好電路板進(jìn)行自學(xué)習(xí)，得到以后比對(duì)測(cè)試所需的程序和數(shù)據(jù)，并以此結(jié)果作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)同類(lèi)電路板進(jìn)行在線(xiàn)檢測(cè)。

圖5 桌面票卡讀寫(xiě)器電路

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)城市軌道交通的迅速發(fā)展，精密器件和大規(guī)模集成電路在軌道交通現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中運(yùn)用的數(shù)量顯著增加，AFC系統(tǒng)設(shè)備也更加的智能化，精密化，這就對(duì)我們平時(shí)檢測(cè)維修工作提出了更高的要求。若在AFC系統(tǒng)設(shè)備電路板的故障查找，電路分析工作中，多加運(yùn)用非向量測(cè)試技術(shù)，對(duì)于提高印制電路板檢測(cè)工作的準(zhǔn)確性、高效性、穩(wěn)定性等方面將會(huì)有很大的幫助。雖然從目前看來(lái)，此種技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中還存在著：線(xiàn)路分析較復(fù)雜、處理較繁瑣、操作不便等問(wèn)題。但相信通過(guò)接下來(lái)在工作中進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)完善，這些問(wèn)題都將得到逐步解決，從而讓新的測(cè)試方法技術(shù)與日常工作緊密結(jié)合，在今后的AFC系統(tǒng)正線(xiàn)設(shè)備維護(hù)保障工作起到重要作用。

[1]祖龍起,唐樹(shù)森.電氣元件性能參數(shù)在線(xiàn)檢驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制[J].2005,13(6):530-531.

[2]何濤.電路板在線(xiàn)測(cè)試中應(yīng)用邊界掃描技術(shù)的探討[J].科技咨詢(xún),2011(6):143.

[3]闕沛文.確保印制板質(zhì)量的在線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù),2003,22(3):13-14.

陳春旭（1984—），重慶人，學(xué)士，現(xiàn)就職于重慶市軌道交通（集團(tuán)）有限公司。