VI特性曲線在PCB故障檢測中的應用

徐世英 劉新妹

（中北大學電子測試技術國家重點實驗室，太原 030051）

電路板作為電子設備程序運行的重要設備，在發生故障時，不能因為維修而占據大量時間，因此，為確保設備的正常運行和資源的重回收利用，當PCB發生故障時，目前都是采用以新換舊的方法。先利用新電路板維持設備正常工作，在私下對故障電板進行VI曲線檢測維修。這種方式適應了電子技術行業的發展需求。隨著電子技術的廣泛應用，各行各業的智能化控制和快捷化方式發展更加快速，面對電子控制的各類元器件電路，在故障發生時難以憑借經驗和肉眼觀察評判，而且由于一些干擾因素，在故障原因鑒定上必然不夠準確。VI特性曲線是利用電流電壓在理想電阻元器件下的工作曲線，通過對無法及時維修而更換的元器件進行檢測，進而快速有效地找到電路板的故障所在。目前，它是PCB故障檢測中較常見的方法，因故障查找范圍大、準確率高而被廣泛應用，這對促進電子設備的良好運行和及時投入生產有相當大的作用。

1 VI曲線測試技術

VI曲線測試技術從提出到具體運用，經過了長久的摸索探究，發展至今，已經逐漸成熟，簡單來說，它就是通過電流電壓在平面坐標上顯示的曲線圖，斜率大小代表每點的電阻值，根據整體曲線變化以及斜率變化來判斷PCB故障所在。

1.1 VI曲線測試原理

電流電壓在電路板中經過的是一個交變信號，為對比正常情況下的電流電壓變化值，需要對待測器件的待測管腳與地組成的端口相連，并給予工作信號，使經過元器件時能顯示每點的電壓、電流變化，由于各元器件自身也是一個大電阻，在測試中要把涉及的電阻假定為理想器件，即不存在任何電阻，這樣就能通過VI曲線的幾何形狀，大致分析出故障所在，通過對比分析正常工作狀態下的幾何變化曲線，進一步精確電路板的病癥所在。

1.2 VI曲線測試優勢

VI曲線測試的優勢不僅僅在于精確度和高效性，也不在于操作的簡便性和易懂性，而是故障檢測過程中，可以脫離電路工作狀態，在故障檢測中少了很多需要滿足但又難以滿足的條件，這些決定了其他檢測技術的難度，限制了檢測的區域和正確性。但相對于VI特性曲線而言，不需要對器件進行逐一排查篩選，而是大規模、統一性的操作，根據工作流程的不通之處判定故障所在。所以，在相對較大的元器件、設備檢測上，往往也會利用VI特性，事實證明，無論是傳統檢測技術，還是最新發展的諸多檢測技術，無論是原理還是操作都比不上VI曲線測試的優勢。

1.3 VI曲線的定時測試和智能存儲

VI曲線測試的方式并不單一，根據測試模式不同，測試類型分為“定期測試”和“一般測試”。從表面也不難理解，“一般測試”也就是普通測試，適用于元器件較少的電路板，因為元器件的分布較為規律且個數較少，因此，故障涉及范圍內的影響因素十分有限，相對于定時檢測，在操作處理上更為便利，主要通過VI夾棒操作，具體如圖1所示。

圖1 普通測試

所謂定期測試，是相對于貼器件較多的電路板，因為檢測過程中相應夾具的操作不易，在操作過程中通過利用技術檢測手段，對時長進行限定，不用一邊操作一邊觀察電腦屏幕曲線變化，是一種穩定輕松的檢測模式，適用于密度較高的元器件維修檢查工作。例如，一個44管腳PLCC封裝四邊形表面貼裝器件，設置“器件管腳數”輸入44，這里輸入的是器件的總管腳數。選擇“定時測試”，“起始管腳”輸入11，“結束管腳”輸入22，選擇適合自己的“各腳測試準備時間”，開始測試。如圖2測試過程中可隨時“中止測試”。結束或中止測試可以隨時“存儲”測試結果。

圖2 定時測試

2 VI曲線測試的過程以及測試參數的選擇

任何電子元器件的工作都需要經過前期的設計、測算，而測算過程中，對于元器件自身特性變化較多但又無法確定的屬性，需要根據計算變化取均值參數。參數結果待定對于后期VI特性曲線測試故障有很大的作用，是關乎特性曲線變化調整的核心，也是誤導故障檢測錯誤的重要因素。如圖2所示，當電路中出現較為常見的短路、短路故障時，曲線中便會出現藍綠曲線，而正常情況下的紅線就會起到一種對比作用，二極管的阻抗變化是尋找故障點的關鍵，交變電流流經電路板產生的正弦變化，會引起被測點上出現交變信號，測試信號是縮小病灶區域范圍的指導依據，不能成為判斷具體位置的信息，但這在故障檢測排除中是一個不可或缺的重要環節，新型的檢測技術（如PINPOINTⅡ）就融合了VI曲線測試功能。總之，測試信號是整個檢測環節中的基礎流程，其表現形式可以由電流或電壓引起。根據多方數據顯示，正弦波產生的信號效果優于鋸齒波和三角波，這也是為什么正弦波信號會被廣泛應用。

3 基于LabView的VI曲線測試儀

3.1 VI曲線測試儀的組成

VI曲線檢測儀的組成不同于其他儀器設備，它展示的結果是一條曲線變化，因此，其組成部分中最重要的是數據，缺乏數據依賴，VI曲線測試儀便失去了檢測能力。目前，在PBC故障檢測中，數據的收集整理分析主要依賴于NI公司的PCI總線數據采集卡，利用LabView編程技術，將數據變化與電流電壓的走向變化連接起來，進而以曲線變化直觀形象地顯示。在操作上，其具有簡便易行的特點；在功能上，其具有雙通道輸入、參數設定、采集處理對比存儲等特點。VI特性曲線測試儀的應用，是VI特性檢測PBC故障的關鍵，如果沒有測試儀的存在，故障檢測曲線便不會成立，因此，后期要大力加強VI特性曲線儀的研究。

3.2 軟件的設計與實現

VI特性曲線測試曲線的變化需要依賴相關電腦程序顯示，目前VI曲線測試儀采用LabView9.0版本，根據相關技術調查顯示，這已經是電腦程序中所能應用的最新版本。VI測試模塊的工作推進，還需依賴當前的網絡計算機手段，相信隨著通道信號融合的完整性和無縫性，起始電壓和終止電壓以及限額電流等的變化顯示將更精確，VI特性曲線也將突破PBC故障檢測中的應用，而是走向更廣闊的領域，發揮更大的價值。

4 結論

以上是關于VI曲線幾種檢測技術類型介紹，工作技術原理分析以及參數設定方法和曲線測試儀的組成簡述，關于VI曲線檢測在PCB故障檢測中的應用還有諸多方面值得商討。雖然我國對于VI曲線檢測技術的應用起步較晚，但VI曲線檢測PCB故障所運用的技術原理并不難，可以說是一種行之有效又節省成本的檢測方法，不僅在檢測環節上易操作，而且能使其他人通過曲線變化對故障所在一目了然，即使對電路工作流程不了解，對電子技術的知識沒有掌握，也能快速了解VI曲線檢測方法，因此，這項技術的應用發展對我國躋身于國際水平具有極大推進作用。更重要的是，VI特性曲線憑借應用的高效性和準確度，已經展現出自身的價值，相信隨著更深入的研究發展，VI特性曲線在PCB故障檢測中將有更廣闊的前景。