【正达电路板故障检测仪系列论文】



【庆祝中国改革开放40周年专题1】


[壮阔东方潮,奋进新时代]

正达荣获纪念改革开放40周年中国工业设备管理“辉煌40年”成果奖



    2018年,中国迎来改革开放40周年。在中国工业设备行业举行的庆祝活动中,北京正达时代电子技术有限公司以正达电路板故障检测仪系列产品荣获纪念改革开放40周年中国工业设备管理“辉煌40年”成果奖。



    熟悉正达的朋友都知道,正达之前从未参加过任何评奖活动,也从来不以获奖和个人荣誉作为宣传。例如:正达产品的总设计师是国内最顶级的权威专家,从1990年代初期设计国内第一代在线电路维修测试仪至今,主持过多代精密电路板维修/电子元器件检测等仪器设备的研发,却始终隐姓埋名。这也是正达的一贯风格。

    这次不同之处在于:今年举国上下都沉浸在庆祝中国改革开放40周年的热烈氛围中,正达每一名成员作为中国改革开放40年来的亲历者和受益者,面对这项由行业专家和企业代表共同参与投票的奖项,感慨万千。这个奖项既是对正达几十年努力的肯定和褒奖,更是对改革开放40年中国工业设备行业各项辉煌成就的纪念和讴歌。

    正达非常珍视这份荣誉!



【庆祝中国改革开放40周年专题2】


第三代ZD9610型在线电路维修测试仪的发展历程

——中国在线电路维修测试仪高速发展的黄金20年



摘要:【正达电路板故障检测仪系列论文】第三代ZD9610型在线电路维修测试仪是精密电路板维修(芯片级)检测设备,在关键技术上取得重大突破,许多被长期困扰的维修测试难题得到解决。第三代ZD9610电路测试仪的发展历程,是中国改革开放40年精密电路板维修检测设备领域发展的一个缩影。


关键词:第三代ZD9610电路测试仪;>40管脚数字器件;动态性能测试;5cVI曲线


0.引言

    北京正达时代电子技术有限公司成立于1997年,核心人员是1990年代初期国内最早研制在线电路维修测试仪的专家骨干,长期致力于精密电路板维修仪器/电子元器件检测设备研发和服务。特别是第三代ZD9610型在线电路维修测试仪,在国内外业界具有重要影响力。

    回顾中国改革开放40年,在经济腾飞浪潮中,国内在线电路维修测试仪经历了1998~2018高速发展的黄金20年。第三代ZD9610电路测试仪的发展历程,正是中国改革开放40年精密电路板维修检测设备领域发展的一个缩影。


1.国内在线电路维修测试仪黄金20年

    在线电路维修测试仪设计精密,测试高效,结合计算机技术并且综合运用器件功能测试和器件管脚阻抗特性测试等测试手段,是重要的精密电路板维修(芯片级)检测设备。


1.1国内电路测试仪研制背景:

    1980年代初,伴随改革开放步伐,国内陆续引进了大量现代化电气设备。由于这些设备上普遍采用数字集成电路器件,因而常被冠以“数控设备”这一时髦的名称。当时国内电路维修人员对数字器件概念模糊,器件故障无从判别,迫切需要检测手段。

    1980年代末,新加坡“创能”品牌BW4040型在线电路维修测试仪(下文简称:电路测试仪)进入国内。名称中“在线”是指:测试电路板时无须焊下器件。型号中“4040”是指:具有40路数字通道,40路VI曲线通道。电路测试仪将测试技术与计算机技术相结合,具有+5V数字器件库。既可以测试+5V数字器件功能,也可以采用VI曲线测试数字器件/模拟器件管脚阻抗特性。

    面对电路测试仪在电路板维修中的巨大优势,国内企业也积极开始研究与试制,不断推出一代又一代电路测试仪产品。


1.2第一代电路测试仪:

    国内第一代电路测试仪是从对BW4040电路测试仪的学习和仿制开始的,代表机型是正达ZD4040电路测试仪。主要特点:40路数字通道,40路VI曲线通道,器件库包含40管脚以下+5V数字器件。

    具有40路数字通道,提供+5V测试电源是第一代电路测试仪的基本特征。由于增加VI曲线通道难度不大,所以ZD4080电路测试仪(80路VI曲线通道)也属于第一代电路测试仪。

    第一代电路测试仪始于1990年代初,那时的计算机还是DOS操作系统。随着计算机技术的飞速发展,第一代ZD4040电路测试仪也同步改进和升级。今天的ZD4040-N电路测试仪可以支持windows10_64位操作系统,在维修中依然发挥着重要作用。


1.3第二代电路测试仪:

    国内第二代电路测试仪开始摆脱全面仿制阶段,推出一些自主创新的特色功能。代表机型是正达ZD9001电路测试仪。主要特点是:40路数字通道,80路VI曲线通道,20路模拟功能通道,器件库包含40管脚以下多电源供电的数字器件以及集成运放、电压比较器、模拟开关等模拟器件。

    具有40路数字通道,提供±12V测试电源是第二代电路测试仪的基本特征。虽然ZD9001电路测试仪具有80路数字通道,但由于是按照双组40路数字通道实施测试,所以属于第二代电路测试仪。

    第二代电路测试仪始于1990年代末,自主创新是贯穿其中的发展主线。例如:通过器件管脚阻抗特性识别模拟器件型号这项功能,虽然在技术上并不复杂,但跳出之前国外产品只能用逻辑功能识别数字器件型号这个固有思维,使模拟器件型号识别和更复杂器件型号识别成为可能,实用价值很高。

    模拟器件型号识别功能是第二代ZD9001电路测试仪在测试方法上的重要原始创新,自主创新精神开启了国内电路测试仪高速发展的黄金20年。


1.4第三代电路测试仪:

    国内第三代电路测试仪在关键技术上取得多项重大突破,许多国内外业界被长期困扰的维修测试难题得到解决。代表机型是正达ZD9610电路测试仪。主要特点是:80路数字通道,160路VI曲线通道,28路模拟功能通道,可以对>40管脚数字器件功能测试,可以测试数字器件和模拟器件的动态性能。

    具有80路数字通道,可以对>40管脚数字器件功能测试和测试器件动态性能是第三代电路测试仪的基本特征。ZD9610电路测试仪开创了第三代电路测试仪的先河,使电路测试仪的整体技术水平大幅提升。图1.


图1


    第三代电路测试仪始于2011年,在这个先进测试平台上,技术创新层出不穷。2018年6月,第三代ZD9610电路测试仪再次首创5cVI曲线鹰爪5线测试法,令人瞩目。


2.技术突破奠定第三代ZD9610电路测试仪发展基础

    近几十年,器件制造技术始终在高速发展,给精密电路板维修(芯片级)检测带来了许多测试难题。


2.1数字器件的发展趋势:

    对于数字器件而言,发展趋势主要表现在以下几个方面:

    ①管脚趋多

    比如之前常用的74LS245是8位双向总线驱动器,20管脚器件。现在常用的新型74FCT16245是16位双向总线驱动器,48管脚器件。见图2.

    ②电压趋低

    以前数字器件多为+5V供电,某些CMOS结构的数字器件还支持+12V供电。现在逐渐形成主流+3.3V供电,甚至出现更低的+1.8V.

    ③体积趋小

    早期数字器件普遍采用DIP双列直插封装形式,管脚中心间距2.54mm.现在贴片封装成为主流,新型TSSOP封装形式数字器件,管脚中心间距仅为0.5mm.

    ④速度趋快

    比如早期的74LS245传输延迟时间tPd是18ns左右,现在常用的新型74FCT16245传输延迟时间tPd是5ns左右,速度有明显提高。


图2


    面对数字器件的发展趋势,第一代和第二代电路测试仪存在明显局限性,第三代ZD9610电路测试仪在数字器件测试广度、测试深度以及测试使用环节上必须寻求突破。


2.2对>40管脚数字器件功能测试:

    器件功能测试是电路测试仪最基础、最重要的测试功能。能够给出器件功能和性能的明确信息,器件库中包含器件种类的多少是衡量电路测试仪先进性的重要指标。

    第一代和第二代电路测试仪只能测试40管脚以下数字器件功能。绝大多数为14管脚、16管脚和20管脚中小规模数字器件。

    第三代ZD9610电路测试仪具有80路数字通道,可以对>40管脚数字器件功能测试和型号识别。例如:

    74ABT16245(48管脚);见图3.

    74FCT162823(56管脚);

    74ALVCH16832(64管脚).


图3


    74ALVCH16832是64管脚+3.3V供电的数字器件,同时因应了数字器件“管脚趋多、电压趋低”的发展趋势。第三代ZD9610电路测试仪在器件测试广度上实现重大突破。


2.3数字器件动态性能测试:

    第一代和第二代电路测试仪数字器件功能测试频率很低,在50kHz以下,改变测试频率对数字器件功能测试结果不会产生影响。数字器件功能测试结果只存在两种状态:

    1.能够通过功能测试(器件基本功能正确)。

    2.不能通过功能测试(器件基本功能故障)。

    第三代ZD9610电路测试仪将数字器件功能测试频率提高到2000kHz.实测证实:绝大部分数字器件所能通过功能测试的最高测试频率都低于2000kHz.(许多器件只有几百kHz.)只有降低测试频率,有些类型数字器件甚至要大幅度降低测试频率,才能够通过功能测试。

    这样就出现了第三状态(Third state).第三状态是指:在某个特定测试频率之上,基本功能正确的器件无法通过功能测试,而在此测试频率及以下却能够通过功能测试的状态。

    第三代ZD9610电路测试仪数字器件功能测试结果的三种状态:

    1.不能通过功能测试(在某测试频率之上/器件基本功能正确)。

    2.能够通过功能测试(在某测试频率之下/器件基本功能正确)。

    3.始终不能通过功能测试(所有测试频率/器件基本功能故障)。

    评价数字集成电路性能的三个重要指标:1.速度(延迟/工作频率),2.功耗,3.功能性和可靠性。其中:速度是动态性能的一个指标,也最能反映数字器件的综合性能。

    第三状态验证表明:器件对高频测试信号的正确响应能力与自身工作频率相对应。即:器件工作频率越高,速度越快,所能通过功能测试的测试频率也越高。因此,第三状态能够反映器件实际工作速度情况。相同功能器件,如果能够通过功能测试的测试频率越高,则其速度越快,性能越好。反之,测试频率越低,则其速度越慢,性能越差。

    器件逻辑功能测试一般称为功能测试或者静态测试。对器件速度/时间特性测试一般称为性能测试或者动态测试。第三状态就属于后者这个范畴。

    基于第三状态的特点,第三代ZD9610电路测试仪出现新的测试形式。英文简称:TST(Third State Test).是简单有效的疑难故障解决方案。

    应用第三状态TST方案,能够测试数字器件对高频测试信号的正确响应能力,测试器件的动态性能。区分不同器件工作速度,筛选器件动态性能差异。

    实测例子:有两片型号为CD4050的数字器件。外形封装完全相同,型号完全相同,仅是厂家不同。见图4.对比它们的第三状态测试频率,仙童公司CD4050是1000kHz,TI公司CD4050是500kHz.查阅这两个厂家CD4050的PDF技术资料,仙童公司CD4050的工作频率明显高于TI公司CD4050.这说明器件对高频测试信号的正确响应能力与自身工作频率相对应。因此,若将某厂家性能完好器件的第三状态作为测试标准,就可以严格筛选这个厂家的器件。


图4


    数字器件的动态性能难于判断,常使电路维修陷入困局。第三代ZD9610电路测试仪有效解决了这个测试难题,在器件测试深度上实现重大突破。


2.4新型在线测试夹和多样离线测试板:

    面对数字器件“体积趋小”的发展趋势,必须在电路测试仪的使用环节上下功夫。第三代ZD9610电路测试仪的解决办法是:

    首先,对因缺乏精密在线测试夹的原因不能在线测试的>40管脚数字器件,设计多样离线测试板。见图5.采用离线方式进行功能测试。


图5


    同时,积极开展对新型在线测试夹的研制工作。经过反复试制和方案比较,先后研制成功TSSOP测试夹和QFP测试夹。

    TSSOP测试夹:双列贴片封装,管脚中心距0.5mm;

    QFP测试夹:4侧L形管脚贴片封装,管脚中心距0.65mm.见图6.


图6


    新型在线测试夹和多样离线测试板开辟广阔天地,第三代ZD9610电路测试仪在使用环节上实现重大突破。


3.不断创新成就第三代ZD9610电路测试仪旺盛生命

    第三代ZD9610电路测试仪取得多项重大突破,奠定良好的发展基础。唯有不断创新才能取得更大突破,自从2011年第三代ZD9610电路测试仪问世以来,层出不穷的技术创新成就了第三代ZD9610电路测试仪旺盛生命。

    回顾国内电路测试仪黄金20年,这是一个仿制、创新、突破的历程。在这期间,计算机技术、器件制造技术、板卡生产技术、程序控制技术、电路维修技术等都在快速发展,一度也使人产生过电路测试仪是否还能适应现代电路维修的困惑。

    电路测试仪是否具有持续的生命力主要是取决于两个因素,其一:是否还有现实需求。其二:是否有更好的替代品。电子技术更新换代速度越快,对停产精密电路板的维修需求就更加凸显,避开电路原理分析的芯片级维修方式也更加无法替代。唯有紧跟技术发展步伐,使电路测试仪在测试技术和使用环节上不断创新,实现突破。

    无论一大步,还是一小步,正达创新从未停步。例如:集成运放全面功能测试,第三状态TST方案模拟器件测试,适于国外用户的英文版测试软件,AD器件/DA器件功能测试……这一项项技术创新,是第三代ZD9610电路测试仪不断交出的答卷。

    其中,第三代ZD9610电路测试仪推出面向国外用户的英文版测试软件。见图7.改革开放的中国要融入世界发展之中,正达电路测试仪一方面引进国外先进配件,同时也拥有许多国外用户,这些也是改革开放的初衷和结果。


图7


    在纪念中国改革开放40周年之际,2018年6月,第三代ZD9610电路测试仪在国内外业界首创——5cVI曲线鹰爪5线测试法。见图8.

    5cVI曲线鹰爪5线测试法建立全新VI曲线显示/测试形式,是国内外业界第一种彻底消除VI曲线测试盲区的有效方法,充分展现中国专家的智慧,提升中国企业的行业话语权。对于认识VI曲线测试盲区以及提供有效解决方案必将产生深远影响。

    首创5cVI曲线鹰爪5线测试法,在庆祝中国改革开放40周年纪念活动中再次书写下浓墨重彩的一笔。


图8


4.结语

    中国改革开放40年硕果累累。回顾第三代ZD9610型在线电路维修测试仪的发展历程,是对过往的追忆,更是对未来的憧憬。许多人为中国电子线路板维修事业和电子元器件检测事业默默付出,是浩瀚洪流中的一朵浪花,个人命运与国家命运紧密相连,休戚与共。

    不忘初心,砥砺前行。身处在这样一个伟大时代,每个人应当继续努力。在实现中华民族伟大复兴中国梦的历史进程中,改革开放没有终点,创新发展不会停步。






2018年11月28日


2018年11月28日

※正达在线电路维修测试仪:正达电路测试仪2018.01版升级测试软件发布

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