電子設備的調試技術及故障排查方法

張小勇

（中國電子科技集團公司第三十四研究所，廣西桂林，541004）

1 準備工作

1.1 文件準備

文件需準備設備簽署有效的技術文件和調試記錄表。技術文件是調試工作的依據，需準備產品規范或技術條件、調試說明書、電原理圖、電裝配圖、工藝文件等。調試記錄表是調試過程的成果體現，也是進行調整再測量的依據，是非常重要的過程文件。

1.2 儀器及調試工裝準備

根據調試說明書準備好所需儀器，常用儀器如可編程交直流電源、數字萬用表、光功率計、光衰減器、示波器、誤碼儀、頻譜分析儀等，儀器應在計量有效期內，測量精度滿足待調設備的技術規范。根據被調設備的業務接口類型，選擇合適的測試線纜、調試工裝，并檢查其可用性。

1.3 調試場地準備

調試場地應干凈整潔，通風良好。溫度滿足室溫要求。相對濕度滿足30%～75%區間，相對濕度低于30%時，應采取更嚴格的措施，防止靜電放電導致敏感器件性能劣化和破壞。調試場地應具有良好的接地系統,電子接地系統通過接地體與大地保持良好的電氣連接，接地電阻應滿足使用要求，而且越小越好，一般應不大于10Ω。調試場地應安裝漏電保護開關和過載保護裝置等安全防護措施。調試場地的防靜電設施應完好且正常工作。

1.4 調試人員要求

調試人員都應經過有關電子技術知識、產品調試知識的培訓，經考核合格后持證上崗；調試人員應能熟練操作調試工裝、儀器設備，并可進行日常維護工作；調試人員應認真閱讀技術文件，掌握待調設備的基本原理，熟悉設備的功能和性能指標，了解相關的測量方法以及需要的工裝和儀器，嚴格按要求操作；調試人員應能準確進行調試記錄，及時發現調試過程中出現的質量問題。

1.5 調試平臺搭建

調試應遵循先單板（模塊）后整機的順序，因此在調試單板或模塊時應搭建調試平臺，將所用儀器儀表、調試工裝、測試線纜按要求連接好，每次只調試一種單板或模塊，其他陪測板應完好且保持不變，以便快速篩選故障板。

2 調試過程

電子設備調試步驟如圖1所示。

圖1 電子設備調試步驟

2.1 單元板調試

2.1.1 單元板加電前檢查

加電前檢查的目的是排除非隱性故障，確保單元板加電后不發生元器件燒毀、電路板報廢等嚴重事件發生。加電前應仔細檢查單元板有無明顯損壞，連接器壓接是否完好，電路板上各器件是否存在方向焊錯、橋接、虛焊、漏焊等現象；用數字萬用表檢查電路板的各電源信號與地之間、電源信號之間是否存在短路現象，阻值是否正常。

2.1.2 工作電壓測量

測量工作電壓的目的是排除隱性故障，部分元器件存在內部晶體管短路，會拉低相應的工作電壓。應按照調試說明書的要求，對照單元板圖紙，找到電壓測量點，使用數字萬用表逐一測量各個工作電壓是否在規定的范圍內。

2.1.3 軟件灌裝

目前的電子設備逐漸向功能多、智能化方向發展，基本上都由超大規模集成電路組成，如CPU、FPGA等芯片需要灌裝軟件才能工作。針對CPU嵌入式操作系統軟件灌裝步驟繁瑣的問題，可以利用串口軟件執行本的功能簡化下載步驟，提高灌裝效率。

2.1.4 信號測量調整

大多數單元板存在信號產生、整形、變換等電路，而信號的質量直接影響其功能的實現和工作的穩定性。在上述調試步驟完成后，說明此單元板具備正常工作的基本條件，此時還要對單元板上的重要信號進行測量調整。使用頻率計測量和晶振輸出頻率是否正確，頻偏是否符合要求，對于提供系統基準時鐘的晶振，還需要微調滑動變阻器進行頻率精確度的調整。同時可使用示波器測量各時鐘信號的波形，觀察波形有無毛刺、抖動、過沖、占空比等異常情況的發生。

2.1.5 單元板功能、性能調試

信號測量結束后就要對單元板的功能和性能指標進行調試。功能調試的目的是保證單元板能實現其功能，性能調試的目的是保證單元板的技術參數符合設計技術要求。此時需用到光功率計、光衰減器、誤碼儀、頻譜分析儀等儀器。按照調試說明書的要求、測試方法進行功能、性能的調試，對照調試記錄表上的調試項目逐一調試，并進行記錄，對故障現象進行詳細描述，以便后續進行故障排查。

2.2 整機調試

2.2.1 機箱加電前檢查

機箱一般由機框、背板和面板連接器組成，面板連接器和母板之間由導線連接，為確保導線焊接質量，在加電前應使用數字萬用表檢查交、直流輸入電源信號之間、電源信號對地之間是否短路；檢查各信號定義與工藝文件是否一致。

2.2.2 整機功能、性能測試

機箱檢查完成后，就可以將調試好的單元板插入相應的槽位，開始整機的功能性能調試。整機調試項目應按照產品規范的要求，確認所有功能是否實現，性能指標是否符合要求。

2.2.3 網管軟件調試

大部分設備都配套有網管軟件，網管軟件是用戶使用設備最直觀的體驗，因此要確保網管軟件能夠正常對設備進行控制，這是很多調試工程師容易忽略的環節。測試網管軟件能否實現其功能，如設備參數設置、業務配置、告警信息上報等。

3 調試故障的查找和排除

3.1 故障排查基本思路

3.1.1 故障復現

被調單元板、模塊、整機出現故障后，首先要進行復現，了解故障現象及故障發生的經過，并做好記錄；

3.1.2 故障分析

根據設備機箱結構、組成及工作原理，結合以往維修經驗正確分析故障，進行故障定位，查找故障的原因；

3.1.3 故障處理

對于線頭脫落，元器件虛焊、漏焊、個體失效等故障可直接處理，對于涉及電路設計缺陷、軟件BUG等設計問題應進行故障上報，配合設計人員進行設計更改；

3.1.4 復測

對修復后的故障單元板、模塊、整機，應對故障涉及或關聯的功能、性能進行復測；

3.1.5 故障閉環

故障處理的文件資料及復測記錄得整理歸檔。

3.2 故障排查的方法和技巧

3.2.1 直觀檢測法

檢查接線和連線情況：通常，許多故障都是由于接錯線引起的，有時還會損壞器件。當出現故障時，應對照電路圖、測試連接圖、接線表或電裝指南等資料確認有無漏線、斷線或錯線。

人為觀察：聽通電后有無異常聲響，聞有無焦煳異味出現，摸晶體管或集成電路等器件是否快速或異常發熱，聽、聞、摸異常時應立即斷電。用目視的方法檢查各電路板或整機連線是否正常，觀察電路板上是否有器件虛焊、漏焊、錯焊，重點檢查帶有極性的電容、二極管等器件是否存在焊反現象。

3.2.2 電阻檢測法

通斷法：檢查電路中與故障相關的信號連線是否斷路、元器件是否虛連。一般采用萬用表的通斷檔進行測量。確定開關、接插件、導線、印制板上信號連線等信號的通斷。

測電阻法：用于檢查電路中電阻元件的阻值是否正確；檢查電容器是否斷線、擊穿和漏電；檢查半導體器件是否擊穿、開斷及各PN結的正反向電阻是否正常等。檢查二極管和三極管時，一般用萬用表的R×100或R×1K檔（具體根據萬用表的實際擋位）進行測量。在檢查大容量電容器（如電解電容）時，應先用導線將電解電容的兩端短路，泄放掉電容器中的存儲電荷后，再檢查電容有沒有被擊穿或漏電是否嚴重，否則可能會損壞萬用表。在測量電阻值時，如果是在線測試，還應考慮到被測元器件與電路中其它元器件的等效并聯關系，需要準備測量時，元器件的一端必須與電路斷開。

3.2.3 電壓法

電子電路正常工作時，線路各點都有確定的電壓，通過測量電壓來判斷故障的方法稱電壓法。用電壓表直流擋檢查電源、各靜態工作點電壓、集成電路引腳的對地電位是否正確。也可用交流電壓檔檢查有關交流電壓值（如鈴流值）。測量電壓時，應當注意電壓表內阻及電容對被測電路的影響。

3.2.4 電流法

電子電路正常工作時，線路各電流都是穩定的，偏離正常值較大的部位往往是故障所在。這就是電流法來判斷故障的原理。用萬用表測量晶體管和集成電路的工作電流、各部分電路的分支電流及電路的總負載電流，以判斷電路及元件正常工作與否。

3.2.5 開路法

開路法是將電路中被懷疑的電路和元器件開路處理，讓其與整機電路脫離，然后觀察故障是否還存在，從而確定故障的檢查方法。開路法主要用于整機電流過大等短路性故障的排除方法。

3.2.6 元器件替代法

對懷疑有故障的元器件，可用一個完好的元器件替代，置換后若電路工作正常，則說明原有元器件存在故障，可做進一步檢查測定之。這種方法力爭判斷準確。對連接線層次較多、大規模集成電路及成本較高的器件不宜采用此法。

3.2.7 示波器檢測

用示波器觀察電路有關各點的信號波形、晶體、晶振的輸出信號波形、集成電路工作點的輸入、輸出信號波形。可根據信號的頻率、幅度、占空比等信息確定信號是否正常。

3.2.8 告警指示法

許多設備面板都有比較豐富的告警指示燈，可以指示設備的運行狀態、各業務接口運行狀態等信息。內部電路單元板卡也具有比較豐富的告警信息，可以指示內部FPGA、CPU、集成電路等工作運行狀態，通過這些告警指示功能，可以對故障進行初步的定位，再結合電壓、示波器檢測等方法進一步進行故障定位。

3.2.9 軟件測試法

許多設備具有RS232、以太網等操作管理接口，并配置有相應的網管軟件或通過超級終端，telnet接口可進行訪問。通過操作管理接口提供的BIT信息、實時監測信息、鏈路質量信息、系統工作狀態監測信息、環回功能等手段對故障進行查找與定位。

3.2.10 板卡互換法

對于板卡種類較多，功能層次復雜，故障現象關聯較多板卡的情況下，可采用板卡互換法對故障進行逐級定位。對懷疑有故障的板卡采用正常的板卡進行替換，如替換后功能正常，則可初步定位到板卡級故障，如替換后故障保持，則可能是其他板卡故障，繼續進行替換，直到找出有故障的板卡，當故障單元確定后，采用其他檢測與排除方法進一步定位。

4 結束語

本文從調試準備工作、調試過程步驟、到故障排查方法等做了詳細的歸納總結，對電子設備的調試工作具備較強的指導性。