非向量測試技術在軌道交通檢測中的使用分析

重慶市軌道交通（集團）有限公司 陳春旭

非向量測試技術在軌道交通檢測中的使用分析

重慶市軌道交通（集團）有限公司 陳春旭

由于軌道交通AFC（Automatic Fare Collection）自動售檢票系統具有高度自動化，智能化的特點，其系統設備中各個控制，傳輸模塊的電路板卡往往走線復雜，大規模集成電路較多。本文針對在精密電路板的功能檢測，故障檢修工作中出現的一些難題，嘗試引入非向量測試技術（Vectorless Technique）對印制電路板(PCB)進行檢測和可行性研究，為今后的軌道交通電子設備的測試維修工作提供一鐘新的思路。

AFC；PCB；Vectorless；Technique

0 引言

傳統的電路板在線檢測多運用向量測試，即是以印制電路板上的單個元器件為對象進行測試，檢測得到的元器件的值或特性與設計文件(CAD)提供的數據是否相符，以此為依據判斷電路板故障與否。此種方法可適用于引腳較少，較簡單的元件，如：電阻，電容，電感，二極管等等。而隨著現在AFC系統設備升級更新，現場設備中運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，在這種情況下再運用向量測試技術會遇到效率低、調試時間長、上電風險高、測試誤判多等問題。而且在結合現場測試維修工作中的實際經驗來看，承包商往往不會提供相關電路板CAD資料或元器件數據，所以在今后的工作中運用非向量測試技術在AFC設備電路板的檢測工作顯得尤為必要。

1 測試技術應用分析

電路板分析：

對電路板進行分析是進行檢測的必要條件，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行在線測試條件，并找到這塊電路板的最優測試節點。選取PCB板的節點數通常都要少于元器件數，只測試節點網絡可達到提高了整板的測試速度的目的。以下以具體在實際工作中遇到的情況為例，分析說明應用非向量測試技術的可行性。

圖1所示為現場的AFC系統中的通訊電路板，可以看到電路板上一些走線方式在實際的測試操作中可能會阻擋遮蓋最優測試節點，并且在測試過程中也容易出現破壞線路與電路板連接的情況，遇到這種電路板最好先對走線進行整理固定或者直接對不必要的飛線進行移除。

圖1 現場AFC系統的通訊電路板

圖2所示為一塊現場進出站閘機控制電路板，可清晰的看到電路板上涂抹了特殊配方的涂料,即是用于保護電路板及其相關設備免受環境的侵蝕的三防漆。為保證測試時被測點具有可靠的接觸性，覆蓋被測點及周圍的三防漆需在測試前去掉。

圖2 站閘機控制電路板

圖3所示為一塊現場的單程票發卡機構控制板，由于其承當著機械控制的作用，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阻礙到一些的測試節點與測試設備探頭接觸。對于這種情況，可以依據實際需求對該類元器件進行必要的移除處理，或者在前期電路分析時繞過該區域，找到其它同電位效果的測試節點，取代此類無法接觸的測試節點。

圖3 單程票發卡機構控制板

2 非向量測試技術

對被測電路板分析處理完畢后，將被測電路板上選擇出來的可測節點和地看作是一個完整等效的兩端電路，相當于一個由許多元件構成的復雜的電路網絡。依托相關的測試儀器，我們就可以對這樣的等效的電路運用非向量技術進行在線測試。它的原理就是在這個等效電路的一個端點施加電壓激勵信號，而將另一個端點連接到地(GND)。在激勵信號下，這個兩端電路會產生一定的電流響應，并在過程中運用測試儀器對激勵和響應做頻率響應分析，檢測出電流響應及相位差。在早期的非向量測試中常采用直流信號作為激勵信號。測試的網絡節點對地阻抗、對地容抗、二極管效應等參數都是基于直流信號分析，若電路板節點網絡中有某個元件發生異常，會出現該節點對地的阻抗改變影響不大的現象，這樣的情況很容易引發漏檢，從而降低測試的可信度。現在依靠更新的測試技術和儀器，引入變頻的交流信號對節點施加信號激勵，可以很好的以前測試中存在的問題。

圖4中我們可以看到對于不同的元器件，在兩端施加激勵電壓與得到響應電流的相位關系。在前3個相位關系圖中，我們在單獨的電阻、電容、電感器件（相當于純阻抗、純容抗、純感抗）上施加激勵電壓，就是相位圖中的波形信號V,對應的I便是輸出響應電流波形波。在實際電路測試過程中，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于相位圖中的混合阻抗，我們通過相位圖V,I的波形可知在一個寬頻率范圍的正弦電壓信號驅動下，混合阻抗也會產生同頻率的正弦電流響應，響應的幅度和相位差取決于兩端電路中的各個元件值及其互連情況。而我們就可以記錄下激勵響應波形參數，以此作為測試判據標準。

圖4 不同元器件施壓時響應電流相位關系

對于數字IC器件，由于其內部往往結構復雜，便需要通過檢測引腳間的保護二級管來判斷芯片的狀態。圖5中為現場桌面票卡讀寫器的電路部分，由于其承當票卡內容讀取，協議解析和傳輸等工作，往往運用了較多的數字芯片和元器件。針對電路中的數字芯片，依靠集成電路制造工藝導致的保護二極管,在選定的IO引腳和接地引腳間（GND）引入激勵信號，得到一個響應回路電流。若芯片處于正常的工作范圍，得到這個電流是非常標準的數值,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。通過這種方法可以檢驗出數字IC的引腳開路和開路,也能檢測出電路故障等問題。通過以上介紹說明，我們可以看出不論對何種器件，采用非向量測試技術的實質就是：在整個電路板無需上電工作的情況下，對一塊完好電路板進行自學習，得到以后比對測試所需的程序和數據，并以此結果作為判斷標準，對同類電路板進行在線檢測。

圖5 桌面票卡讀寫器電路

3 結束語

隨著我國城市軌道交通的迅速發展，精密器件和大規模集成電路在軌道交通現場設備中運用的數量顯著增加，AFC系統設備也更加的智能化，精密化，這就對我們平時檢測維修工作提出了更高的要求。若在AFC系統設備電路板的故障查找，電路分析工作中，多加運用非向量測試技術，對于提高印制電路板檢測工作的準確性、高效性、穩定性等方面將會有很大的幫助。雖然從目前看來，此種技術在實際運用過程中還存在著：線路分析較復雜、處理較繁瑣、操作不便等問題。但相信通過接下來在工作中進行針對性的改進完善，這些問題都將得到逐步解決，從而讓新的測試方法技術與日常工作緊密結合，在今后的AFC系統正線設備維護保障工作起到重要作用。

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陳春旭（1984—），重慶人，學士，現就職于重慶市軌道交通（集團）有限公司。