非向量測試技術在航空電子產品測試中的應用探討

王志強

（長沙航空職業技術學院，湖南 長沙 410124）

1 非向量測試技術的原理與必要性

非向量測試技術是一種測試編程技術，主要應用于數字電路、模擬電路等測試中，非向量測試技術具有一定的優點，即無需元件模型、無需器件內部結構、無需真值表，在實際的測量過程中既速度快又便于操作。在當前我國基于技術進步而產生的復雜集成電路測試上有著較為明顯的優勢[1]。非向量測試技術是一種模擬測試手段，在測試過程中，由于較低的激勵功率，不會對航空電子產品的器件造成損害；同時非向量測試技術還能夠對金板中較大的集成電路、專用電路等出現的焊接問題、電路短路問題等進行第一時間的檢測。通過對市場中部分航空電子產品的測試調研，發現航空電子產品中短路、安裝錯誤等問題層出不窮，甚至占比達到85%左右。基于此，不論是向量測試還是非向量測試都能夠一定程度地降低故障概率，而將兩種測試方法對比，發現非向量測試技術能夠作為向量測試技術的補充技術，并且能夠更大程度地提升測試效率與測試質量。

依照非向量測試技術的測試原理可以分為三種測量法，分別是節點等效參數法、二極管法與電容耦合法，比較具有代表性的技術分別為Fonde測試技術、AUTIC測試技術與OpenFix測試技術。

2 航空電子產品應用非向量測試技術的具體方式

2.1 Fonde測試

Fonde測試也被稱為等效參數測試，測試對象是PCBA上的網絡節點。在測試時，可以將被測試的電路板上所有的網絡節點與信號地進行等效兩端電路的轉化，電路板上的網絡節點與信號地是通過電阻、二極管等多項組件構成的器件網，其中一個電路節點接收到正弦電壓信號，相應的信號地就會接收到同等的正弦電壓信號，但是信號地的接收程度取決于二者之間的連接狀態。Fonde測試的原理可以通過公式（1）（2）（3）來直觀地理解。

分析公式（1），可以看出，當頻率升高時，感抗也會提升，但容抗會降低，進而影響到電抗，使其增加；反之，則阻抗會增加，容抗會升高，進而影響到電抗，使其減小。

Fonde測試能夠將金板上網絡節點的特征頻率以及受到影響的波形參數進行記錄學習，并以此為標準測試依據，以便進行后續對比[2]。由于網絡節點中只存在唯一的特征頻率，所以當網絡節點與信號地之間的器件出現了故障問題，會導致兩端等效電路的電阻電抗出現變化，進而影響特征頻率的結果，相應的波形參數也會發生變化。而這種唯一性極大程度地提升了Fonde測試技術的測試準確性。

Fonde測試技術比之傳統的向量測試技術存在較大的優點，首先，縮短測試時間，并且能夠控制下針的次數，使之最小化。其次，由于器件的數量高于網絡節點的個數，因此在進行PCBA板測試時，測量節點能夠比測量器件的時間少很多。再次，Fonde測試在自學習的階段，只需要學習一次即可，不用多次調整，這一行為也減少了測試時間和測試次數。最后，由于Fonde測試是針對網絡節點進行的測試，只需要對各個節點進行一次下針即可，減少探針與器件之間的接觸次數，同時減少痕跡的數量[3]。

在航空電子產品的測試中，Fonde測試要先調試金板，這一行為的作用是探查網絡節點與信號地組成的等效兩端電路的頻率特征，當找到頻率特征并對其進行調試時還能夠學習記錄在頻率影響下的波形參數[4]。若航空電子測試中某個網絡節點的偏離時段產生的頻率波形與常規模式下產生的頻率波形明顯不同，則說明測試結果符合Fonde測試原理。

在對航空電子產品進行了Fonde測試后，還應當測試其他所需測試項，以便找出其中的不穩定因素，再進行調整。若在測試環節出現了報錯現象，要先檢查下針點的位置是否合理，之后結合實際情況調整下針點的位置，必要時進行更換。之后重新學習該測試項，當所有的報錯項調整完畢后，要復測Fonde測試的內容，經由多次的反復測試判定Fonde測試的結果穩定，這也可以說明Fonde測試的調試取得成功。

2.2 AUTIC測試

在非向量技術還沒有應用到航空電子產品的測試前，通常會使用編寫真值表的方式來進行測試，非向量測試中僅有2～8根測試針，數量較少，難以滿足數字器件引腳過多的測試。此外，在測試中還需要加設輔助針，保證通電，但是加設的輔助針與原有器件之間的連接不夠緊密，且部分器件中并沒有安裝輔助針的位置，實際測試困難重重[5-7]。針對此情況，AUTIC測試技術能夠進行結構模擬，模擬電路與數模混合電路，以此進行測試。

AUTIC測試能夠利用器件產生的靜電放電來防護二極管，利用器件與信號地之間產生的電壓以及器件中通過的電流，對其進行測量，以此得出器件管腳的連接狀態。這種測量方式要先經由自學調試金板，記錄金板上各個器件的參數，并為參數設立一個區間范圍，以此范圍作為后續的測量標準，由于在AUTIC測試下，除了器件本身，各管腳也都參與了測試，對測試結果進行綜合分析能夠得到精準的故障結論。

在航空電子產品的測試中，AUTIC測試利用了二極管效應，正因如此，這種測試方式與二極管測試法有著異曲同工之處。利用AUTIC測試先對金板上的IC封裝類器件進行測試，若發現測試結果中存在故障問題，則應當分析問題，并進行針對性的處理。

首先是測量值偏小的問題，當這一問題出現后，易引起誤報，針對這項問題，可以通過調整電流參數來進行改良，先將電流參數上調，基本標準在50 mA，電流參數上調后提升探針之間的壓降，直到壓降在300 mV～700 mV區間內。

其次是測量值偏大的問題，若測量值持續上升超出了閾值上限，則不必調試，直接自行學習即可。

最后是測量值超出量程的問題，當測量值為6 V、10 V、100 000 mV時，結果已經嚴重超出了量程，這時要先檢查下針點位置是否合理，如果下針點位置出現偏差則調整下針點位置，或者換一個測試點測試。如果下針點的位置正確，則此時應當考慮是否是二極管出現了問題。這時可以調整一下探針的位置，將兩個探針進行互換，若在互換后仍然測試失敗，則可以判定該測試點不具有信號地。這時可以判定AUTIC測試不再適用，可以使用OpenFix測試。

在調試后，利用AUTIC測試進行自主學習，從對某型號航空電子產品進行AUTIC測試后的結果來看，顯示AUTIC：123的測量值偏小，甚至在最小限值之下，針對這一點，應當調節電流。而AUTIC：231的測量值也超出了量程，顯示Missing Component，這時要先檢查探針的接觸點，避免接觸不良的問題，之后對探針進行位置和連接度的調整。若不是探針出現問題則可能是二極管導致的，要交換兩個探針的位置。最后AUTIC：435顯示超出規定值的上限，但是并沒有超出量程，這時需要進行自主學習。

2.3 OpenFix測試

OpenFix測試也被稱為電容耦合測試，是最早出現的一種非向量測試技術，OpenFix測試以電容耦合原理為基礎，能夠對金板上各種IC封裝器件的問題進行探測。用OpenFix測試進行航空電子產品的測試時，是在被測的器件上向管腳施加交流鼓勵，此外利用電容耦合探頭接收感應電壓的信號。一般情況下，IC封裝引線耦合到檢測板的信號呈現了連通與開路10∶1的情況，也正是因為這種比值，使得OpenFix測試能夠更加準確清晰地檢測管腳問題。

需要注意的是，OpenFix測試是以電容探頭與器件引線之間形成的電容耦合為基礎原理開展的，因此OpenFix測試具有一定的測試局限。例如芯片中，對于軟包裝封板裝芯片、倒裝芯片不適用，同時，存在接地平面的BGA封裝技術或是帶有接地散熱器的器件也不能進行OpenFix測試。

在航空電子產品的測試中，OpenFix測試并不是首要選擇，優先選擇的測試技術往往是AUTIC測試技術，只有AUTIC測試技術無法滿足時，才會使用OpenFix測試。利用OpenFix測試進行測試時，要先確定PCB板的高度，以此判斷電容耦合探頭下降時的速度，避免下降速度過快對器件造成損傷[8-9]。此外，OpenFix測試還能夠自主學習所有的測試項目，在學習完成后，測試針調整其中的報錯點，首先確定下針點的位置，在調整后進行復測，直到最終的測試結果滿足規范。

2.4 測試改進

在常規的非向量測試技術在航空電子產品中的測量中，被測的電路板出現問題的概率并不高，因此，不需要全面系統地測試所有的電路板，依照非向量測試技術的特點，特別是Fnode測試技術，提出了一種針對非向量測試技術的改進方式，即以非向量測試為主、以向量測試為輔的工作流程。

在這種新型的以非向量測試為主、以向量測試為輔的工作流程中，編程的過程與常規的測試流程是趨于一致的，也需要進行一個個測試項的調試。但是這種改進測試不同于常規非向量測試技術的環節是：當其對PCBA電路板利用Fnode測試技術進行測試時，對于發現的測量故障，可以采用針對性的向量測試技術來進行，以此更加精準地探查出器件中存在的故障問題。若在測試中，所有的測試項都沒有出現問題，則不必使用向量測試，可以進入下一步的AUTIC測試與OpenFix測試。這兩種互補型的非向量測試技術會首先選用AUTIC測試技術，這是因為這種測試技術不需要額外附加硬件，檢測故障的效率更高，檢測覆蓋面更廣，當出現部分芯片信號缺失的問題時，才會使用OpenFix測試技術，這種方式將非向量測試技術的質量與速度進行了最佳結合，提升了解決故障定位的效率[10]。經由對比實驗，改進后的測試方法比之常規模式下的非向量測試技術，測試時間由原本的45 min變成了20 min，極大程度地縮短了測試時間。

而Fnode測試的改進能夠優化絕緣測試的結果，針對密度較高的電路板，在進行測試時，由于絕緣測試的內容較多，因此要使用較長的時間進行測試，而使用Fnode測試技術優化后，對于該測試中所包含的絕緣點項目不再進行單獨測試，只對沒有涉及的網絡節點以及報錯節點進行測試，利用這種方式能夠將Fnode測試的數量進行縮減，進而提升測試效率。例如對某個航空電子產品進行Fnode絕緣測試后，將原有的測試數量降低了7 000多條，測試時間縮減了20多分鐘。并且改進后還能夠測試模擬器件、定位出現故障的器件，在常規測試完畢后，進一步測試封裝類器件，判斷封裝類器件的正常與否。到這一步，整體的測試圓滿完成。

3 結論

綜上所述，將非向量測試技術應用到航空電子產品的測試中，能夠實現更加全面具體的測試，并且測試覆蓋面極廣，有助于更全面地探測器件中存在的故障問題，也便于后續的維修與更換。通過非向量測試，航空電子產品的返修率得到了控制，產品質量得到了保證，而經由文中最后提到的改進方式，將非向量測試技術與向量測試技術相結合更能夠縮減測試時間，提升測試效率。