應(yīng)用于數(shù)字電路在線測(cè)試中的后驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研究分析

1、器件故障形式和傳統(tǒng)測(cè)試維修方法

在設(shè)備的測(cè)試維修中，電路板上的故障因素比較多。實(shí)踐統(tǒng)計(jì)表明，器件故障占94％，時(shí)序故障占3％，焊點(diǎn)虛焊占2％，其他占1％。因此，快速、準(zhǔn)確地查找出故障器件，是設(shè)備維修中的關(guān)鍵。

器件故障一般表現(xiàn)為功能故障和參數(shù)故障。功能故障是指器件不能實(shí)現(xiàn)其基本功能，例如，反相器不能反相，放大器不能放大等。參數(shù)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。

一般情況下，器件故障會(huì)反映在器件的輸入、輸出端口上，如果對(duì)故障電路板上的器件進(jìn)行功能測(cè)試，找出故障器件，就能修復(fù)電路板。傳統(tǒng)的測(cè)試方法是利用示波器和萬用表對(duì)器件進(jìn)行人工測(cè)試。這種方法有很多缺點(diǎn)：測(cè)試過程慢，修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)；要求測(cè)試人員熟知電路板原理，且具有豐富的測(cè)試維修經(jīng)驗(yàn)；測(cè)試人員的水平不同，測(cè)試結(jié)果也會(huì)不同，誤判的情況較多。

隨著電路板的日益復(fù)雜化，器件的高度集成化，傳統(tǒng)的測(cè)試方法遇到很多的困難，表現(xiàn)在：

（1）設(shè)備在出廠時(shí)，只配備了使用說明書，缺乏電氣部分的原理圖和PCB圖，給測(cè)試維修人員帶來一定的困難。

（2）現(xiàn)代設(shè)備的集成化程度較高，傳統(tǒng)的分立元件電路知識(shí)和檢測(cè)手段效率較低，效果不明顯，不再適用。

（3）器件功能測(cè)試需要進(jìn)行在線測(cè)試，如何解決加電情況下與其他器件的隔離而不破壞器件，是一項(xiàng)技術(shù)難題。

為了提高現(xiàn)代電子測(cè)試的效率，縮減測(cè)試周期和費(fèi)用，降低對(duì)測(cè)試人員的專業(yè)要求，一種新型的在線測(cè)試技術(shù)得以很快的發(fā)展和應(yīng)用。

2、 后驅(qū)動(dòng)技術(shù)

2．1 后驅(qū)動(dòng)技術(shù)的原理

1968年，美國施倫伯格公司的Fractron首次提出“后驅(qū)動(dòng)技術(shù)”的概念，該技術(shù)主要用于數(shù)字電路的在線測(cè)試。文獻(xiàn)對(duì)后驅(qū)動(dòng)技術(shù)在軍用設(shè)備維修中使用的安全性進(jìn)行了論述，并制訂了嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)范。該軍標(biāo)對(duì)后驅(qū)動(dòng)的定義如下：

“后驅(qū)動(dòng)情況的產(chǎn)生，是對(duì)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)驅(qū)動(dòng)（node focing）的直接結(jié)果。節(jié)點(diǎn)強(qiáng)驅(qū)動(dòng)，是指在進(jìn)行某一步測(cè)試時(shí)，將待測(cè)器件（DUT）的輸入引腳強(qiáng)行置為特定的邏輯狀態(tài)，而不管與之相連的其他器件引腳處于何種邏輯狀態(tài)。這種技術(shù)稱之為后驅(qū)動(dòng)”。

后驅(qū)動(dòng)技術(shù)的核心是利用半導(dǎo)體器件允許瞬間過載的特性，向被測(cè)器件的前級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片的輸出級(jí)灌入瞬間大電流，強(qiáng)迫其按測(cè)試要求變高或變低，以達(dá)到邏輯隔離前級(jí)器件對(duì)被測(cè)器件的影響的目的。

在數(shù)字電路中，決定電路節(jié)點(diǎn)電位的是前級(jí)驅(qū)動(dòng)器的輸出而不是被驅(qū)動(dòng)器件的輸入。根據(jù)后驅(qū)動(dòng)技術(shù)的原理，通過改變節(jié)點(diǎn)輸出電流的大小就可以改變輸出電壓的大小。圖l顯示了一般情況下，輸出為高電平時(shí)電流由輸出端流出的情況和當(dāng)輸出為低電平時(shí)電流由外部流入的情況。

后驅(qū)動(dòng)技術(shù)可在線實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字IC器件的電隔離，而無須破壞性的物理性隔離，使得逐個(gè)在線測(cè)試數(shù)字IC器件功能好壞成為可能。

2．2 后驅(qū)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用分析

圖2是典型的TTL輸出級(jí)電路結(jié)構(gòu)。在T4截止、T3深度飽和時(shí)輸出為低電平，輸出的低電平是T3的飽和壓降，約為0．2～O．3 V。T3飽和時(shí)，β3*Ib3》Ic3，此時(shí)若從輸出端給T3灌入足夠大的電流，T3就脫離飽和，使輸出電平提升。即：在線灌入瞬態(tài)后驅(qū)動(dòng)大電流，可迫使結(jié)點(diǎn)由低電平置為高電平。反之，可迫使結(jié)點(diǎn)由高電平置為低電平。

2．3 后驅(qū)動(dòng)技術(shù)對(duì)器件的影響及安全容限分析

后驅(qū)動(dòng)分2種情況：將邏輯高電平強(qiáng)置為低電平和將邏輯低電平強(qiáng)置為高電平。這2種情況都會(huì)因后驅(qū)動(dòng)電流的產(chǎn)生而使器件輸出部分PN結(jié)的溫度升高。過高的溫度會(huì)使PN結(jié)損壞或是熔斷基線。由于器件構(gòu)造的原因，前一種情況中流經(jīng)輸出部分的后驅(qū)動(dòng)電流會(huì)受到限制。后一種情況由于不受限，流過電流較大，對(duì)器件的危害性也較大。但電流并不是造成升溫的充分條件，還要看它作用的時(shí)間，即后驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)周期。在充分小的周期內(nèi)，后驅(qū)動(dòng)電流是不會(huì)造成較大的升溫的，也不會(huì)對(duì)器件造成破壞。

為了滿足TTL和CMOS電路的測(cè)試閾值要求。閾值是對(duì)測(cè)試時(shí)高電平和低電平的規(guī)定，分為“緊”和“松”兩類。緊閾值是器件嚴(yán)格測(cè)試時(shí)遵循的標(biāo)準(zhǔn)，松閾值是對(duì)器件測(cè)試要求不高時(shí)遵循的標(biāo)準(zhǔn)。如表1所示。

文獻(xiàn)給出了關(guān)于TTL電路進(jìn)行后驅(qū)動(dòng)典型電流一電壓關(guān)系特性曲線，如圖3所示。

文獻(xiàn)對(duì)電路在線測(cè)試采用后驅(qū)動(dòng)技術(shù)時(shí)的電流及測(cè)試時(shí)間也做了嚴(yán)格的規(guī)定。規(guī)定管腳驅(qū)動(dòng)器的吸收／輸出電流不大于750 mA，作用時(shí)間不超過65 ms。

目前，國內(nèi)外基于后驅(qū)動(dòng)技術(shù)的在線測(cè)試儀的電流設(shè)定在500 mA以內(nèi)，測(cè)試時(shí)間在16 ms以內(nèi)，確保在線測(cè)試時(shí)儀器的安全。

3、 后驅(qū)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用

后驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了測(cè)試技術(shù)和儀器的發(fā)展，開辟了現(xiàn)代電子測(cè)試維修的新途徑，改變了傳統(tǒng)的裝備測(cè)試維修方法。后驅(qū)動(dòng)技術(shù)的具體應(yīng)用就是電路在線測(cè)試儀。其原理如圖4所示，測(cè)試儀以測(cè)試程序庫為基礎(chǔ)，瞬間強(qiáng)制性地在被測(cè)器件的輸入端施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)，測(cè)試其實(shí)際輸出信號(hào)，并與標(biāo)準(zhǔn)代碼進(jìn)行比較，結(jié)果一致時(shí)，則認(rèn)為被測(cè)器件功能正常，結(jié)果不一致時(shí)，則認(rèn)為被測(cè)器件功能異常。

基于后驅(qū)動(dòng)技術(shù)的測(cè)試儀具有強(qiáng)大的測(cè)試庫，能夠測(cè)試多種器件。包括TTL75／54，CMOS40／45，各種驅(qū)動(dòng)器、俄羅斯器件庫、各種 RAM／EPPROM、PLD、集成運(yùn)放、比較器、穩(wěn)壓器件等。利用在線測(cè)試儀不僅可以實(shí)現(xiàn)器件的功能測(cè)試，還可以進(jìn)行器件的VI特性曲線測(cè)試、型號(hào)識(shí)別，存儲(chǔ)器測(cè)試，電路板網(wǎng)絡(luò)圖提取等工作。

4、 結(jié) 語

實(shí)踐證明，基于后驅(qū)動(dòng)技術(shù)的在線電路測(cè)試儀在民用和軍事領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景?？梢源蟠罂s短裝備故障測(cè)試和維修的時(shí)問、快速恢復(fù)武器裝備的戰(zhàn)斗力、提高工作效率、節(jié)省維修開支。若要對(duì)電子器件進(jìn)行更深層次的測(cè)試，需要在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上，完善測(cè)試儀的測(cè)試庫，提高測(cè)試速度和精度，增加多電壓輸出以支持更多器件的測(cè)試。這也是在線測(cè)試儀的下一步發(fā)展方向。

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