电路在线维修测试仪上的ASA（VI曲线）测试（上）

ASA(VI曲线)测试是重要、常用的电路在线维修测试技术之一。目前市场上的各种电路在线维修测试仪产品上都具有基于该技术的测试功能。由于各家对此项技术在应用中的问题了解的程度不同，或受技术水平高低所限，导致不同产品上此项测试功能差异颇大，终是使用效果明显不同。
本文从实际应用角度，讨论了影响ASA（VI曲线）测试的故障检出率、测试可靠性、使用效率等方面的问题，并且以汇能测试仪为例，介绍了一些如何解决的办法。本文不仅对电路在线维修测试仪设计，而且对更具体地评价、更好地使用此项测试功能有较大参考价值。
一、 ASA测试应用特点
Analog Signature Analysis(模拟特征分析)是一种广泛应用于电子电路板的故障检测技术。具有以下特点：
1．不涉及电路原理，无需电路处于工作状态，所以可用于没有图纸资料，脱离设备（无需联机检测）的电路板的故障检测；
2． 测试时不需给电路板加电，相对更安全；
3． 不涉及电路板上器件的功能，所以无论电路由什么类型的器件组成，包括数字的、模拟的、数模混合的、功能已知的、未知的（如专用、可编程）等等，均可测试；
4． 它是逐电路结点（器件管脚）进行测试的，基本上不受电路板上元器件封装的限制。
由于单个器件可以看成简单的电路板电路，所以ASA技术也能够用于检测电子元器件的好坏。尤其是它不涉及器件功能，不受器件封装限制，成为许多用户检测大规模、复杂或功能未知集成器件好坏的手段。
ASA用于检测分立元件功能好坏时，还有方便、直观等特点。
二、 ASA基本原理
就基本检测原理而言，ASA测试可以看成万用表检测法的自然延伸。
对于无电路原理图纸、脱离了设备的电路板，常用的万用表故障检测法是这样的：先测出好板上器件管脚（实际是电路结点）的对地电阻；然后与故障板上相应器件管脚的对地电阻进行比较，根据差异大小来判断该结点上有无故障。由结点到具体元器件需要人工确定。许多人都用这种办法修好过复杂、昂贵的电路板。
这种办法除了对使用者要求较高，效率低之外，影响其故障检出率的主要原因是,万用表只能检测在1.5V（万用表电池电压）下的阻抗值，而半导体器件引脚的阻抗是随测试电压的变化而变化的——不同测试电压下的阻抗未必相同。比如，某TTL器件管脚在2.5V有软击穿,产生较大漏流。这样的故障就检测不出来。
ASA测试是在一个电压区间内、而不只是一个电压点下进行测试比较。可以这样理解ASA测试——设想你有几十、或上百块万用表，每块表的电池电压都不一样——电压范围包括了被测器件的工作电压。对每一个管脚，都用这些表全部测试、对照一遍，上面所说的故障就会被检测出来了。
除了故障检出率相当高之外，ASA测试在维修检测中广受欢迎的另两个原因是：
1．测试效率很高。以汇能测试仪为例。对一个40脚器件，在每个引脚上测128个电压点，测试时间不到1秒；
2．从好板上提取的测试数据可存入计算机中（即建立板库），作为以后进行检测的参照标准，反复使用。

三、 基本ASA测试的实现方法
用测试仪产生一个变化的电压信号加在被测试对象上，同时记录不同电压下的电流。把随电压变化的电流在电压-电流座标系上表示出来，得到一条（阻抗）曲线。使用者通过比较好、坏电路板相应结点的曲线的形状差异，进行故障判断。
理论和实践都表明，使用以正弦规律变化的电压信号（正弦波）的测试效果。所以无论进口的、还是国产的此类测试仪，都用正弦波作为主要测试信号。
鉴于微机的普及，为了降低开发难度和产品成本，目前的此类测试仪产品多数都和微机配合使用。测试仪产生正弦波测试信号；微机在专用测试软件控制下，接受用户指令、实现测试算法、按用户的要求控制测试仪施加测试信号、显示测试结果、存储测试数据。
下面从实际使用要求出发，对如何得到高效、实用的ASA测试功能，进行一些讨论。
四、 关于配接微机
从当前微机技术以及发展来看，测试仪的软硬件应该：
1． 测试软件应支持主流操作系统版本
自Win98后，Windows操作系统对外部设备的管理机制作了很大改动。在Win98上运行的测试程序，不能自动升级到其后的系统版本上运行。鉴于Win98及以下的操作系统很快会完全退出使用，如果测试软件不能支持主流的操作系统版本，比如Windows XP,将会给用户以后使用带来麻烦。
2． 测试仪支持USB口
早期的测试仪采用在计算机内插卡的方式实现和计算机的配接。由于这种方式缺点较多，又转用并口（打印口）配接。但近年来速度快、更安全（允许带电插拔）的USB口得到了迅速普及，目前市场上带并口的笔记本电脑已经十分少见，在台式机上也许会很快消失——常用计算机外设，如打印机、扫描仪、数码产品都是USB口了。如果测试仪不支持USB口，会影响用户微机的换代更新。
五、 关于测试信号
对任何一种电子仪器，测试信号都是构成整个测试功能的基础。它的质量，基本决定着测试仪的测试质量。
1．关于主测试信号——正弦波：
a．幅度（峰-峰值）
为了保证测试效果，同时又不至于损伤被测器件，正弦幅度应大于被测器件引脚的实际工作电压，小于其极限电压。由于不同元器件所需电压值不同，这就要求测试仪输出的正弦波幅度可调。
显然，可调的范围越宽、允许调整的步距越小（分档越多）越好。目前市场上比较低档的测试仪产品一般有±4V、±8V、±18V、±28V等几个档；汇能测试仪的电压幅度从±1V--±28V，以0.5V步距可调，也就是分成了五十多个档，能更好地满足对更多种类的电子电路板、电子元器件的检测要求。
b． 输出（短路）电流
将正弦波短路后所能流出的电流叫做输出电流：
输出电流=等于正弦峰值/输出电阻
目前多数国产测试仪的输出电流在十几毫安到二、三十毫安。据我们的经验，这适用于测试一般集成电路，比如74系列器件。如果考虑到测试功率更大一些的集成器件、大电容（上万微法）、大功率三极管等，输出电流应该更大一些。汇能测试仪的输出电流可达150mA。
c．频率范围
频率范围越宽，越能更好地适应对容性、感性结点的测试。比如，用汇能测试仪能测出一、两万微法电容的有效ASA曲线——曲线不会蜕化成一条短路线，从曲线上可以明显看出是否漏电、容量是否够。
d．保真度（或失真度）
指实际产生的正弦波与理想正弦波的形状差异。非直流结点的ASA曲线形状不仅与频率相关，也与波形的形状相关。比如，电容的ASA曲线只在正弦波下是椭圆。
e．关于正弦波产生中的问题
由于ASA测试通过曲线形状来判断故障，所以测试结果的一致性、可重复性十分重要。测试结果的一致性、可重复性由测试信号的稳定性——频率准确度和波形保真度保证。
目前市场上有的国产测试仪测试信号稳定性差的主要表现是，信号频率和形状随配接微机的速度、微机的运行状况变化。
比如，可这样观察微机运行状况对测试信号的影响——保持测试仪连续输出测试信号，用示波器持续观察，然后打开另一个任务，比如播放音乐，就会看到测试信号的形状变化；更简单的办法是测一个电容。如果电容的ASA曲线在播放音乐前后有所不同，就说明微机的运行状况对测试信号有影响。这会导致使用者的误判。
即使没有打开用户任务，也会有系统任务在后台时起时停，同样会影响测试信号。观察时间长一点就能发现。
就作者对这种测试仪的了解，导致这种现象的原因是由于硬件过于简单——测试仪没有独立的定时（CPU）电路造成的。
汇能测试仪完全不存在这种问题。近经军检，它的测试信号的频率准确度、波形失真度均小于2%，不随外部条件变化。当然，汇能测试仪的硬件也相对更复杂一些。
2．关于辅助测试信号——脉冲：
引入脉冲辅助测试信号，是为了使ASA测试能够更好地用于三端器件的测试。闸流管、MOS三极管、甚至继电器、电压调节器等都可以看成三端器件。
闸流管为例。仅在它的阳极和阴极之间加ASA测试信号，只能发现两极之间是否短路、或有漏流，不能发现开路、或导通不良的故障。引入一个脉冲信号加在闸流管的控制极，控制管子在ASA测试期间出现导通、截止两种状态，就能对闸流管进行较为全面的检测。
不同的三端器件需要不同的控制方式——正弦波和脉冲匹配（同步）形式。
有的测试仪产品没有脉冲辅助测试信号。有的实现的比较简单。比如某种国产测试仪上的三端测试信号，实际上仅是一个大小可设的直流电平，和ASA测试信号没有同步关系。
汇能测试仪为了更好地满足各种三端器件的不同测试要求，共设置了八种脉冲和正弦波的匹配方式。相对于正弦波来说，脉冲的起始、结束位置及宽度、高度均可调整；支持单向触发、双向触发。详细情况请参阅有关产品说明。