CN103645432B - 信号复现式集成电路板故障检测装置 - Google Patents

Abstract

一种信号复现式电路板故障检测装置，由硬件和电路两部分组成，硬件部分包括外壳、交流电连线、电源开关、USB接口、SD卡接口、待测电路板接口、集成板、按键、显示屏、电源指示灯；电路部分包括电源电路、多通道信号采集与复现电路和主控电路，主控电路包括单片机、显示器、USB接口和存储器等，多路信号采集与复现电路包括单片机、A/D转换和D/A转换，信号放大电路等；用本装置采集标准电路板的信号，再将所采集到的输入信号复现到故障集成电路板相应的输入通道上，同时采集故障集成电路板的输入输出信号情况，从输入输出信号异常里，在无需了解集成电路板内部结构的情况下，就能判断出故障的位置所在，大大加快维修的进度，简化了维修难度。

Description

信号复现式集成电路板故障检测装置

[技术领域]

本发明属于集成电路板信号采集及复现装置，具体是信号复现式集成电路板故障检测装置。

[背景技术]

随着电子技术的发展和社会的进步，半导体技术的不断发展，集成电路板已经涉及到了各行各业的各种机器设备，各种集成电路板控制的电器设备走进人们的生活，带来了很大的便利，但集成电路板一旦出现故障就会使得电器设备无法正常使用，所以集成电路板的维修工作变得越来越重要。传统的维修方法是借着万用表、示波器等各种传统的仪器和设备，靠技术人员凭经验手工检测查找进行维修，故障定位困难、修复率不高、速度缓慢，而且现在的集成电路板元器件越来越密集，实际上很难做到分析清楚电路的工作原理再去检修，特别是进口设备，厂家为了技术保密是不会提供原理图的，如果只靠以往的万用表、示波器等传统维修工具已经不能满足现代设备的维修要求。本装置不需要了解电路板的工作原理、也不需要提供电路图就能检修集成电路板的功能满足现代设备的维修要求。本发明是将标准集成电路板的工作信号，即正常工作时的输入和输出信号，同步采集并记录下来，再将所采集到的输入信号复现到故障集成电路板相应的输入通道上，再采集故障集成电路板的输入输出情况，从输入输出信号异常里，就能判断出故障的位置所在，大大加快维修的进度。本装置所要采集的标准集成电路板的信号通常是1MHz以下的周期性信号。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种信号复现式集成电路板故障检测装置；

解决上述技术问题采用如下技术方案：本信号复现式集成电路板故障检测装置，由硬件和电路两部分组成，硬件部分包括外壳、交流电连线、电源开关、USB接口、SD卡接口、按键、被测集成电路板接口、机内集成电路板、显示屏、电源指示灯，其USB接口、SD卡接口、被测集成电路板接口在外壳的左右侧，机内集成电路板在外壳的内部；电路部分包括电源电路、多通道信号采集与复现电路和主控电路，所述的电源电路包括变压器、整流桥和稳压芯片，主控电路包括单片机电路、显示电路、按键电路、USB接口电路和SD卡接口电路即存储器接口电路，多通道信号采集与复现电路中的每个通道各自独立，并且各通道的电路结构完全相同，每个通道拥有独立地址码，每一通道的信号采集与复现电路均包含一个单片机电路、一个D/A转换电路、一个A/D转换电路、一个电流信号放大电路、一个电压信号放大电路、一个复现信号放大电路、一个DC/DC电源电路；上述电源电路、多通道信号采集与复现电路和主控电路之间的连接关系是：电源电路的直流供电输出端分别连接到主控电路的直流供电输入端和多通道信号采集与复现电路中各路DC/DC的输入端，多通道信号采集与复现电路中各通道单片机的串口通信引脚与主控电路中单片机的串口通信引脚连接。

所述的电源电路内部的连接关系是：变压器T₁的初级线圈经过熔丝F₁接到电源开关SW₁的一端，电源开关SW₁的另一端接交流电连线，变压器T₁的各个次级线圈分别接整流桥D₁和D₂的输入端，D₁和D₂的输出端都接有滤波电容，整流桥D₁的输出端接稳压芯片U₁的IN引脚，稳压芯片U₁的OUT引脚接有滤波电容和电源指示灯DS₁。

所述的多通道信号采集与复现电路内部的连接关系是：多通道信号采集与复现电路内部各通道各自独立，并且各通道的电路结构完全相同；每一通道的信号采集与复现电路均包含一个单片机电路、一个D/A转换电路、一个A/D转换电路、一个电流信号放大电路、一个电压信号放大电路、一个复现信号放大电路、一个DC/DC电源电路；待测集成电路板接口的插针VS端通过一个由电阻R₂₇-R₃₂组成的衰减电路后连接到运放U₁₄的正输入端IN+，待测集成电路板接口的插针GS端与U₁₄的负输入端IN-连接并接地，U₁₄的放大倍数控制引脚RG1与RG2之间串联了电阻R₂₄、R₂₅、R₂₆和继电器K₄的常开触点，U₁₄的OUT引脚经过电阻R₃₃连接到模数转换芯片U₉的AIN₀引脚，U₉的AL-PD引脚、DIN引脚、SCLK引脚、/CS引脚分别与单片机U₇的输入输出口连接；待测集成电路板接口的插针VS端与插针IS端之间串联一个电流取样电阻R₁₄，插针VS端还通过电阻R₁₃与运算放大器U₁₀的正输入端连接，插针IS端通过电阻R₁₅与运算放大器U₁₀的负输入端连接，并且插针IS端还与信号地连接，运算放大器U₁₀的输出端通过电阻R₁₇和电容C₂₉组成的反馈回路与U₁₀的负输入端连接，运算放大器U₁₀的输出端通过一个由运放U₁₁、运放U₁₂、光耦OP₂、光耦OP₃和电阻R₁₉-R₂₃以及电容C₃₀-C₃₂组成的隔高电路后连接到模数转换芯片U₉的AIN₁引脚；待测集成电路板接口的插针VS端经过一个由继电器K₁、K₂和电阻R₅组成的切换电路后连接到高压大电流运放U₄的输出端Vout，U₄的IN-输入端经过电阻R₆接地，U₄的输出端Vout与输入端IN-之间串联了一个由电阻R₇和继电器K₃组成的反馈回路，U₄的限流控制引脚Ilim外按一个由电阻R₃、电阻R₄和光耦OP₁组成的限流控制电路，U₄的输入端IN+与数模转换芯片U₅的输出端VOUT₃连接，U₅的输出端VOUT₄通过R₈与光耦OP₁的输入端连接，U₅的CLRSEL引脚、CLR引脚、/LDAC引脚、/CS引脚、SCLK引脚、SDIN引脚分别与单片机U₇的输入输出口连接；继电器驱动芯片U₈的OUT输出引脚分别连接继电器K₁、K₂、K₃、K₄工作线圈的一端，U₈的IN输入引脚分别与单片机U₇的输入输出口连接、地址拨码开关S₁的一端与在单片机U₇的输入输出口连接，S₁的另一端接地。

所述的主控电路内部的连接关系是：主控电路包括单片机电路、按键电路、显示电路、USB接口电路和SD卡接口电路即存储器接口电路；单片机U₁₇的输入输出口上分别接有按钮电路、显示电路、USB接口电路和SD卡接口电路。所述的多通道信号采集与复现电路的多路为2-255路。

本发明的有益效果是：通过采集标准集成电路板从启动到正常工作时各输入输出引脚的信号做为标准信号，再将这标准信号复现在同种类型的故障集成电路板相对应的输入引脚上，在复现信号的同时采集故障集成电路板各输出引脚的信号，并与之前采集到的标准信号相比较，从信号差别中判断出故障集成电路板的故障现象和故障位置，大大加快故障集成电路板维修的进度，降低了维修人员的技术要求；本装置的主控电路连接有存储器如SD卡等，在没电脑连接的状态下同样可以使用，使得该装置便于携带，使用十分方便灵活，使用的要求低、范围广，如在有些工控场合或者是集成电路板难以拆卸的设备中，也可以使用本装置方便地采集标准集成电路板的信号，采集下来的数据保存在SD卡里，如有需要，可以拔下SD卡再插到电脑等设备上将数据读取保存，同一种标准集成电路板只需被采集一次，其数据以后可反复使用；多通道信号采集与复现电路里，各通道都有单片机电路、A/D转换电路、D/A转换电路、电压信号放大电路、电流信号放大电路、复现信号放大电路、DC/DC电源电路的做法使得各通道各自独立，并且各通道的电路结构完全相同；这样便于在需要的时候扩展通道，也便于各通道独立处理数据，并且提高了同步的精度和采样与复现的速率，并且在增加通道数量的情况下仍然能保持精度和速率不变。

[附图说明]

图1是本装置的外形结构示意图；

图2是本装置的电路结构框图；

图3是电源电路的电路图；

图4是多通道信号采集与复现电路其中一路的电路图；

图5是主控电路的电路图。

[具体实施方式]

本发明结合实施例并参照附图作进一步详述：本信号复现式集成电路板故障检测装置，由硬件和电路两部分组成，硬件部分包括外壳1、交流电连线2、电源开关3、USB接口4、SD卡接口5、按键6、被测集成电路板接口7、机内集成电路板8、显示屏9、指示灯10，其中USB接口4、SD卡接口5和被测集成电路板接口7在外壳的左右侧，机内集成电路板8在外壳的内部；电路部分包括电源电路11、多通道信号采集与复现电路12和主控电路13，所述的电源电路11包括变压器、整流桥和稳压芯片，所述的多通道信号采集与复现电路12中的每个通道各自独立，并且各通道的电路结构完全相同，每一通道的信号采集与复现电路均包含一个单片机电路A、一个D/A转换电路B、一个A/D转换电路C、一个电流信号放大电路D、一个电压信号放大电路E、一个复现信号放大电路F、一个DC/DC电源电路G，所述的主控电路13包括单片机电路H、按键电路I、显示电路J、USB接口电路K和SD卡接口电路L即存储器接口电路。

上述电源电路11、多通道信号采集与复现电路12和主控电路13的连接关系是：电源电路11的+5V电源连接到主控电路13的+5V电源端，电源电路11的+48V电源连接到多通道信号采集与复现电路12中各路DC/DC电源的输入端，多通道信号采集与复现电路12中各通道单片机的TXD引脚连接到主控电路13中单片机的RXD引脚，多通道信号采集与复现电路12中各通道单片机的RXD引脚连接到主控电路中单片机的TXD引脚。

电源电路11内部的连接关系是：变压器T₁的初级线圈经过熔丝F₁接到电源开关SW₁的一端，电源开关SW₁的另一端接交流电连线，变压器T₁的各个次级线圈分别接整流桥D₁和D₂的输入端，D₁和D₂的输出端都接有滤波电容，整流桥D₁的输出端接稳压芯片U₁的IN引脚，稳压芯片U₁的OUT引脚接有滤波电容和电源指示灯DS₁。

根据串口通信负载能力，多通道信号采集与复现电路12的多路为2-255路，其内部的连接关系是：多通道信号采集与复现电路12内部各通道各自独立，并且各通道的电路结构完全相同，每一通道的信号采集与复现电路均包含一个单片机电路A、一个D/A转换电路B、一个A/D转换电路C、一个电流信号放大电路D、一个电压信号放大电路E、一个复现信号放大电路F、一个DC/DC电源电路G；电压信号放大电路E中的高精度运放U₁₄的IN+引脚经过电阻R₂₇-R₃₀连接到被测集成电路板接口7的插针VS，高精度运放U₁₄的IN-引脚与被测集成电路板接口7的插针GS连接，并且被测集成电路板接口7的插针GS与电源地连接，U₁₄的IN+与IN-之间串联了电阻R₃₁、R₃₂，并联了瞬变抑制二极管D₉，U₁₄的RG1与RG2之间串联了电阻R₂₄、R₂₅、R₂₆和继电器K₄的常开触点，U₁₄的OUT引脚经过电阻R₃₃连接到A/D转换电路C中的模数转换芯片U₉的AIN₀引脚，模数转换芯片U₉的AL-PD引脚、DIN引脚、SCLK引脚、/CS引脚分别与单片机U₇的输入输出口连接；电流信号放大电路D中的运算放大器U₁₀的正输入端通过R₁₃与被测集成电路板接口的插针VS连接，U₁₀的负输入端通过R₁₅与被测集成电路板接口的插针IS连接，并且插针IS接信号地，电流取样电阻R₁₄的一端与插针VS连接，R₁₄的另一端与插针IS连接，运算放大器U₁₀的负输入端通过电阻R₁₇与U₁₀的输出端连接，电阻R₁₇上并联电容C₂₉，运算放大器U₁₀的输出端与可调电阻R₁₉的动触点端连接，R₁₉的其中一个固定端通过电阻R₁₈与运算放大器U_11A的负输入端连接，U_11A的正输入端连接信号地，二极管D₆的正极接U_11A的输出端，D₆的负极接U_11A的负输入端，二极管D₆上并联电容C₂₉，U_11A的输出端经过电阻R₂₁与光耦OP₂输入端的负极连接，OP₂输入端的正极连接信号地，OP₂的其中一输出端的发射极连接信号地，集电极连接到U_11A的负输入端，可调电阻R₁₉的另一个固定端通过电阻R₂₀与运算放大器U_11B的负输入端连接，U_11B的正输入端连接信号地，二极管D₇的负极接U_11B的输出端，D₇的正极接U_11B的负输入端，D₇上并联电容C₃₄，U_11B的输出端经过R₂₂与光耦OP₃输入端的正极连接，OP₃输入端的负极连接信号地，OP₃的其中一输出端的集电极接信号地，发射极连接到U_11B的负输入端，OP₃的另一输出端的集电极接电源地，其发射极连接到运算放大器U₁₂的负输入端，光耦OP₂的另一输出端的发射极接电源地，其集电极连接到运算放大器U₁₂的负输入端，U₁₂的负输入端通过电阻R₂₃与U₁₂的输出端连接，R₂₃上并联电容C₃₂，U₁₂的输出端连接到模数转换芯片U₉的AIN₁引脚；复现信号放大电路中的高压大电流运放U₄的输出端Vout经过继电器K₁的常开触点连接到被测集成电路板接口的插针VS，U₄的Vout输出端与被测集成电路板接口的插针VS之间还串联了继电器K₁的常闭触点、K₂的常开触点以及电阻R₅，U₄的IN-输入端经过电阻R₆接地，U₄的IN-输入端与Vout输出端之间串联了电阻R₇和继电器K₃的常开触点，U₄的IN-输入端经过继电器K₃的常闭触点连接到U₄的输出端Vout，U₄的限流控制引脚Ilin通过R₃接地，U₄的限流控制引脚Ilim与U₄的V-之间串联了电阻R₄和光耦OP₁的输出端，U₄的输入端IN+与数模转换芯片U₅的输出端VOUT₃连接，U₅的输出端VOUT₄通过R₈与光耦OP₁的输入端连接，U₅的CLRSEL引脚、CLR引脚、/LDAC引脚、/CS引脚、SCLK引脚、SDIN引脚分别与单片机U₇的输入输出口连接；继电器驱动芯片U₈的OUT输出引脚分别连接继电器K₁、K₂、K₃、K₄工作线圈的一端，U₈的IN输入引脚分别与单片机U₇的输入输出口连接，地址拨码开关S₁的一端与在单片机U₇的输入输出口连接，S₁的另一端接地。

所述的主控电路13内部的连接关系是：主控电路包括单片机电路H、按键电路I、显示电路J、USB接口电路K和SD卡接口电路L即存储器接口电路，显示电路J中的液晶显示器V₁的Vo引脚与可调电阻R₃₆的动触点端连接，可调电阻R₃₆的两个固定端分别接+5V和接电源地GND₁，液晶显示器V₁的RS引脚、RW引脚、E引脚、DB₀-DB₇引脚分别与单片机U₁₇的输入输出口连接；按键电路I中的按键SP₁、SP₂、SP₃的一端分别与单片机U₁₇的输入输出口连接，并且分别通过电容C₆₂-C₆₄接地GND₁，按键的另一端分别通过电阻R₃₈、R₃₉、R₄₀与+5V连接；USB接口电路K中的USB接口芯片U₁₈的UD+引脚与USB接口J₂的UD+引脚连接，USB接口芯片U₁₈的UD-引脚与USB接口J₂的UD-引脚连接，USB接口芯片U₁₈的D₀-D₇引脚、INT#引脚、WR#引脚、RD#引脚、AO#引脚、CS#引脚分别与单片机U₁₇的输入输出口连接；SD卡接口电路L中的电平转换芯片U₁₆的B₁-B₆引脚分别与SD卡座J₁的CMD/DI引脚、CLK引脚、DAT₀/DO引脚、DAT₁引脚、DAT₂引脚、CD/DAT₃/CS引脚连接，电平转换芯片U₁₆的A₁-A₆引脚分别与单片机U₁₇的输入输出口连接，主控电路13可通过USB外接电脑等设备。

参见图1，本装置的硬件有一个外壳1，外壳面上有220V、50Hz的交流电插头2和交流电的电源开关3，外壳侧面有USB接口4和SD卡接口5，本装置可以单独使用也可以接在电脑等设备上使用，单独使用时所采集到的数据保存在SD卡上，此时可以将SD卡取下放到读卡器上读取数据以备下次使用，也就是说同种类型的标准集成电路板只需要被采集一次，其数据以后就可反复使用；外壳1面上有三个按键6，三个按键从左到右是在线采样/向上翻页按钮SP₁、离线采样/向下翻页按钮SP₂和故障判断/菜单确认按钮SP₃；被测集成电路板接口7在外壳1另一侧，用于连接标准集成电路板或故障集成电路板，被测集成电路板接口7的插针分为信号采集与复现插针VS、电流采样信号地插针IS、电源地插针GS，分上中下三排并从左到右按序排列，信号采集与复现插针在上排，编号从左到右为VS₁到VS_n，电流信号地的插针在中间一排，编号为IS₁到IS_n，电源地的插针在下排，编号从左到右为GS₁到GS_n，在采集标准集成电路板的在线工作信号时，信号采集与复现插针VS按自定义约定的顺序连接标准集成电路板的输入输出引脚，电流采样信号地插针IS按同样的顺序连接标准集成电路板所工作的原设备即被测设备所对应的引脚上，接地插针GS与标准集成电路板的对应地连接，在采集标准集成电路板的离线工作信号时，插针VS仍然按采集在线工作信号时约定的顺序连接，接地插针GS仍然与标准集成电路板的对应地连接，插针IS不接，在故障判断时的连接方式与采集离线工作信号时的连接方式一致，本装置的电路部分制成机内集成电路板8，安装在外壳1的内部，是本装置的核心部件；外壳1的面上还有液晶显示屏9，显示屏9用于显示被检测的集成电路板故障信息，为维修人员提供参考；外壳1的面上还有指示灯10，提示本装置的工作状态。

参见图2，本装置的电路部分由三个电路组成：一是电源电路11，将输入220V的交流电压转换成+5V、+48V的直流电压给本装置提供直流电压；二是多通道信号采集与复现电路12，每个通道各自独立，并且各通道的电路结构完全相同，每个通道的地址是由地址拨码开关决定的，地址也可由软件设定，每一通道的信号采集与复现电路均包含一个单片机电路A、一个D/A转换电路B、一个A/D转换电路C、一个电流信号放大电路D、一个电压信号放大电路E、一个复现信号放大电路F、一个DC/DC电源电路G；本装置目前采用20个通道，以后可以按需要扩展通道，最多可达255个通道；三是主控电路13，负责管理多通道信号采集与复现电路以及数据的计算与判断、控制显示屏显示信息、将数据存于SD卡或者与电脑交换数据等。被测集成电路板接口7所指的集成电路板是本装置测量的对象，被测集成线路板分标准集成电路板和故障集成电路板，这里的标准集成电路板是在市场上购得的整批随机抽样检测各项有关电性能参数理想的一块集成电路板；故障集成电路板是指与标准集成电路板型号规格完全一样但是不能完全正常工作的待修的集成电路板；机内集成电路板是指本装置外壳内部承担工作的集成电路板。先用本装置采集标准集成电路板的输入输出信号，再用本装置把信号复现到故障集成电路板的输入通道，通过采集比对两者的输入输出信号的变化来判断故障情况。

图3是电源电路的电路图，SW₁是电源开关，F₁是1.5A保险丝，R2是保护变压器的压敏电阻，变压器T₁将输入的交流220V电压转换成低压，D₁-D₂是把交流电压转成近似直流电压的桥式整流桥，C₁-C₅是滤波电容，U₁是稳压芯片；U₁的OUT端输出+5V给主控电路13供电，整流桥D₂的输出端输出接近48V的直流电压给多通道信号采集与复现电路12中的DC/DC供电；指示灯DS₁是电源指示灯。

图4是多通道信号采集与复现电路12中一个通道的电路图，运算放大器引4采用高精度精密仪表运放AD624AD，A/D转换电路U₉采用双极性、12位、1MSPS逐次逼近寄存器模数转换芯片ADS8634AD，ADS8634AD可实现±12V输入范围，单片机U₇采用高速、低功耗、强抗干扰的新一代STC12C5A60S2，其内部集成了MAX810复位电路，D/A转换电路U₅采用12位、双极性、30MHz时钟速率的数模转换芯片AD5726，AD5726输出电压摆幅由两个基准电压引脚VREFP和VREFN设置，本装置的D/A输出摆幅设置在±5V输出范围，因此VREFN引脚接+5V基准电压、VREFP引脚接-5V基准电压，运算放大器U₄采用高压大电流运放OPA548，+2.5V基准电压源U₂采用REF03GP，+5V基准电压源U₆采用REF02AU，-5V基准电压源U₃采用MC79L05ABP，继电器驱动芯片U₈采用ULN2003A，电流信号主要用于电流方向的判断，对精度要求不高，因此采用普通运放就行，本装置的U₁₀和U₁₂采用OP07、U₁₁采用LM358、隔离光耦采用高速线性光耦HCNR201；本装置在采集电压信号时，来自被测集成电路板的电压信号经过电阻R₂₇-R₃₂组成的20倍衰减电路，衰减后的电压信号输送到高精度运放U₁₄的IN+和IN-引脚，此时继电器K₃不吸合，高精度运放工作在1倍放大状态，放大后的电压信号在U₁₄的OUT引脚输出，经过R₃₃送到模数转换芯片U₉的AIN₀引脚，电压信号经过A/D转换后输出数字信号到单片机U₇，单片机U₇通过程序来判断来自被测集成电路板接口7采集到的电压是否在±20V摆幅以内，如果在±20V摆幅以内就驱动继电器K₃吸合让高精度运放U₁₄处于1O倍放大状态以提高采样精度，单片机U₇再通过串口TXD和RXD把包含时序信息的电压信号数据送到主控电路13的单片机U₁₇；本装置在采集电流信号时，由于本装置的电流采样信号用于判断电流方向，因此设计在固定的500倍放大状态，能检测微弱的电流信号，并允许大电流溢出，来自被测集成电路板的电流信号经过电阻R₁₃-R₁₅输送到运放U₁₀的正负输入端，经U₁₀放大输出的正电流信号输送到由运放U_11A和光耦OP₂组成的正压隔离放大电路，U₁₀输出的负电流信号输送到由运放U_11B和光耦OP₃组成的负压隔离放大电路，光耦OP₂输出的正压电流信号与光耦OP₃输出的负压电流信号共同输送到运放U₁₂的输入端，来自光耦的微弱信号经过U₁₂放大后输送到模数转换芯片U₉的AIN₁引脚，电流信号经过A/D转换后输出数字信号到单片机U₇，单片机U₇再通过串口TXD和RXD把包含时序信息的电流数据送到主控电路13的单片机U₁₇；在复现信号时，由主控电路13的单片机U₁₇发送复现信息到采集与复现电路F的单片机U₇，单片机U₇根据信息内容按时序把数据送到D/A转换电路B，由U₅进行数模转换后输出模拟电压，U₅的VOUT₃引脚输出的模拟电压送到复现信号放大电路F中U₄的IN+引脚，放大后的模拟信号由U₄的Vout引脚输出，经过继电器K₁的常开触点送到被测集成电路板接口7的插针VS，复现信号时K₁吸合，运放OPA548的IN-与Vout输出端之间有两路反馈，由继电器K₃来切换反馈电阻实现不同的放大倍数，K₃不工作时，运放U₁₁处于1倍放大，这时运放U₄的输出摆幅是±5V、精度0.005V，K₃吸合时运放U₁₁处于10倍放大，这时运放U₄的输出摆幅是±26V、精度0.05V，U₄的ILim引脚用于输出限流控制，控制范围在0A-3A之间，当ILim引脚到V-之间的电流为67uA时输出限流在1A，当ILim引脚到V-之间的电流为200uA时输出限流在3A，由光耦OP₁、电阻R₃、电阻R₄、电阻R₈组成限流控制电路，单片机U₇发送限流数据给U₅，由U₅转换成模拟量去控制光耦的导通量，最终达到限流的目的；放大后的模拟信号还经过K₁的常闭触点、经过K₂的常开触点和高精度电阻R₅送到被测集成电路板接口7的插针VS，高精度电阻R₅用来产生VI信号即电压电流信号，有电脑连接的时候还可以在电脑屏幕上显示VI曲线图，由单片机产生的标准信号源通过电阻R₅产生的VI信号可用于测量故障集成电路板上面各种元器件引脚之间的阻抗、感抗和容抗，可用于进一步确认故障集成电路板上的故障元器件。

图5是主控电路电路图，主控电路13由单片机电路H、按键电路I、显示器电路J、USB接U电路K和SD卡接口电路即存储器接口电路L等组成，本装置的单片机U17采用高速、低功耗、强抗干扰的新一代STC12C5A60S2，液晶显示器V₁采用LCD1602，USB接口芯片U₁₈采用CH372，SD卡接口芯片U₁₆采用双向电平转换芯片SN74LVC4245DB，3.3V稳压芯片U₁₅采用REG1117-3.3；单片机U₁₇的工作电压是5V，而SD卡的工作电压是3.3V，二者之间需要进行电平转换，U₁₆是3.3V和5V逻辑电平双向转换的转换芯片，OE是片选端，接地时有效，VCCA接5V电压，VCCB接3.3V电压，由单片机U₁₇通过其输入输出引脚向U₁₆的DIR引脚发送收发控制指令，控制U16信号的传输的方向，决定了方向是由A到B还是由B到A，U₁₆的A端对应5V电平连接单片机U17的输入输出口，B端对应3.3V电平连接SD卡的输入输出口，SD卡有两种工作方式，SDIO方式和SPI方式，本装置采用简单的SPI方式，但保留SDIO的连接方式，只需修改程序就能升级到SDIO方式。

用本装置检测被测集成电路板的过程分如下三步：

第一步标准集成电路板的在线采集，首先将标准集成电路板脱离被测设备，信号采集与复现插针VS按自定义约定的顺序连接标准集成电路板的输入输出引脚，电流采样信号地插针IS按同样的顺序连接标准集成电路板所工作的原设备即被测设备所对应的引脚上，接地插针GS与标准集成电路板的对应地连接，连接好后先启动本装置，按下在线采集按钮SP1，此时在显示屏上显示“按确认键输入文件名”，文件名代表被测设备的名称，文件名的输入由3个自定义的英文字母和自动添加的日期组成，此文件名可以在电脑上随意修改成中文等，按SP3确认后再按SP1或SP2选择合适字母，接着再按SP3确认选择下一个字母，输入3个字母后自动在字母后面添加日期标注，再按SP3确认后主控电路13上的单片机自动在SD卡上新建与此名称相关的文件夹，此时显示屏提示是否开始采集数据，按SP3确认后DS2指示灯点亮，开始采集数据，再打开被测设备的电源让标准集成电路板正常工作，本装置主控电路13的单片机通过串口与多通道信号采集与复现电路12的单片机通信，向多通道信号采集与复现电路12的单片机发送命令，多通道信号采集与复现电路12接到采集命令后去采集标准集成电路板从启动到正常工作时的输入输出的在线信号，再将采集到的数据通过串口发送到主控电路13的单片机，然后由主控电路13的单片机程序按采集到的信号的时序和各通道信号之间互相关联的内在关系，以及各通道采集到的电流方向来确定出标准集成电路板的输入引脚，比如把最先出现的、电压稳定在固定值的、电压为正的、电流方向为负的引脚定义为被测集成电路板的正供电输入引脚，电压为负、电流方向为正的引脚定义为被测集成电路板的负供电输入引脚，把信号有互相关联的引脚定义为功能引脚，并根据电流方向判断出输入引脚，把有一定频率、电流交替变化的引脚定义为通信引脚等，采集时间会根据采集到的信号的复杂程度有所不同，等屏幕提示在线采集结束后自动将数据存放于SD卡的对应在线信息文件夹内，采集结束后关闭被测设备和本装置的电源。

第二步是标准集成电路板的离线采集，脱离插针IS与被测设备之间的连接，保持插针VS和插针GS与标准集成电路板的连按，启动本装置后按SP₂离线采样按钮时会提示需要选择加载被测设备名称对应的在线采集文件，默认加载的是最后一次采集的在线信息文件，直接按确认按钮SP₃就开始离线信号采集，多通道信号采集与复现电路在主控电路控制下，首先向标准集成电路板的供电输入引脚复现电源信号，同时采集标准集成电路板的输出引脚的信号变化，再按采集时的时序复现功能信号输送到标准集成电路板的功能引脚的输入引脚，同时采集功能引脚的输入输出变化，如果还有通信信息就按时序将通信息复现到通信引脚，同时采集通信引脚的数据，最终将结果与SP1按下时所采集到的在线信号进行比较分析后确定出标准电路板与故障电路板比对用的标准信息，离线采集结束后将数据自动存放于SD卡的对应离线信息文件夹内，显示屏提示数据采集成功。

第三步故障判断，当故障集成电路板按标准集成电路板同样顺序连接在本装置后，按下SP3，多通道信号采集与复现电路12在主控电路13控制下，向故障集成电路板的输入引脚复现信号，同时采集故障集成电路板的输入输出引脚的信号，将结果与SP2按下时所采集到的标准集成电路板工作时的输出信号进行比较，并将比对和分析后的结果显示在液晶显示屏上，得到了故障信息。

Claims (2)

1.一种信号复现式集成电路板故障检测装置，由硬件和电路两部分组成，其特征是硬件部分包括外壳(1)、交流电连线(2)、电源开关(3)、USB接口(4)、SD卡接口(5)、按键(6)、待测集成电路板接口(7)、机内集成电路板(8)、显示屏(9)、指示灯(10)，其中USB接口(4)、SD卡接口(5)和待测集成电路板接口(7)在外壳的左右侧，机内集成电路板(8)在外壳的内部；电路部分包括电源电路(11)、多通道信号采集与复现电路(12)和主控电路(13)，所述的电源电路(11)包括变压器、整流桥和稳压电路，主控电路(13)包括单片机电路(H)、按键电路(I)、显示电路(J)、USB接口电路(K)和SD卡接口电路(L)即存储器接口电路，多通道信号采集与复现电路(12)内部各通道各自独立，并且各通道的电路结构完全相同，每一通道的信号采集与复现电路均包含一个单片机电路(A)、一个D/A转换电路(B)、一个A/D转换电路(C)、一个电流信号放大电路(D)、一个电压信号放大电路(E)、一个复现信号放大电路(F)、一个DC/DC电源电路(G)；上述电源电路(11)、多通道信号采集与复现电路(12)和主控电路(13)的连接关系是：电源电路(11)的直流供电输出端分别连接到主控电路(13)的直流供电输入端和多通道信号采集与复现电路(12)中各路DC/DC的输入端，多通道信号采集与复现电路(12)中各通道单片机的串口通信引脚与主控电路(13)中单片机的串口通信引脚连接；所述的电源电路(11)内部的连接关系是：变压器T₁的初级线圈经过熔丝F₁接到电源开关SW₁的一端，电源开关SW₁的另一端接交流电连线，变压器T₁的各个次级线圈分别接整流桥D₁和D₂的输入端，D₁和D₂的输出端都接有滤波电容，整流桥D₁的输出端接稳压芯片U₁的IN引脚，稳压芯片U₁的OUT引脚接有滤波电容和电源指示灯DS₁；所述的多通道信号采集与复现电路(12)内部的连接关系是：多通道信号采集与复现电路(12)内部各通道各自独立，并且各通道的电路结构完全相同；每一通道的信号采集与复现电路均包含一个单片机电路(A)、一个D/A转换电路(B)、一个A/D转换电路(C)、一个电流信号放大电路(D)、一个电压信号放大电路(E)、一个复现信号放大电路(F)、一个DC/DC电源电路(G)；待测集成电路板接口(7)的插针VS端通过一个由电阻R₂₇-R₃₂组成的衰减电路后连接到高精度运放U₁₄的正输入端IN+，待测集成电路板接口(7)的插针GS端与U₁₄的负输入端IN-连接并接地，U₁₄的放大倍数控制引脚RG₁与RG₂之间串联了电阻R₂₄、R₂₅、R₂₆和继电器K₄的常开触点，U₁₄的OUT引脚经过电阻R₃₃连接到模数转换芯片U₉的AIN₀引脚，U₉的AL-PD引脚、DIN引脚、SCLK引脚、/CS引脚分别与单片机U₇的输入输出口连接；待测集成电路板接口(7)的插针VS端与插针IS端之间串联一个电流取样电阻R₁₄，插针VS端还通过电阻R₁₃与运算放大器U₁₀的正输入端连接，插针IS端通过电阻R₁₅与运算放大器U₁₀的负输入端连接，并且插针IS端还与信号地连接，运算放大器U₁₀的输出端通过电阻R₁₇和电容C₂₉组成的反馈回路与U₁₀的负输入端连接，运算放大器U₁₀的输出端通过一个由运放U₁₁、运放U₁₂、光耦OP₂、光耦OP₃组成的隔离电路后连接到模数转换芯片U₉的AIN₁引脚；待测集成电路板接口(7)的插针VS端经过一个由继电器K₁、K₂和电阻R₅组成的切换电路后连接到高压大电流运放U₄的输出端Vout，U₄的IN-输入端经过电阻R₆接地，U₄的输出端Vout与输入端IN-之间串联了一个由电阻R₇和继电器K₃组成的反馈回路，U₄的限流控制引脚Ilim外接一个由电阻R₃、电阻R₄和光耦OP1组成的限流控制电路，U₄的输入端IN+与数模转换芯片U₅的输出端VOUT₃连接，U₅的输出端VOUT₄通过R₈与光耦OP₁的输入端连接，U₅的CLRSEL引脚、CLR引脚、/LDAC引脚、/CS引脚、SCLK引脚、SDIN引脚分别与单片机U₇的输入输出口连接；继电器驱动芯片U₈的OUT输出引脚分别连接继电器工作线圈的一端，U₈的IN输入引脚分别与单片机U₇的输入输出口连接,地址拨码开关S₁的一端与在单片机U₇的输入输出口连接，S₁的另一端接地；所述的主控电路(13)内部的连接关系是：主控电路(13)包括单片机电路(H)、按键电路(I)、显示电路(J)、USB接口电路(K)和SD卡接口电路(L)即存储器接口电路；单片机U₁₇的输入输出口上分别接有按键电路(I)、显示电路(J)、USB接口电路(K)和SD卡接口电路(L)。

2.如权利要求1所述的信号复现式集成电路板故障检测装置，其特征是所述的多通道信号采集与复现电路(12)的多通道为2-255通道。