CN107861045A - 一种基于直流ct技术的短路芯片查找装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于直流CT技术的短路芯片查找装置是由传感器供电单元、可调程控恒流源、探头、放大调理电路单元、运算控制单元和显示屏构成；其查找方法包括：设置设备电源输出模式、短路电路板供电、探头贴近短路电路板中每个芯片的电源管脚、读取电流值、判断；通过直流CT技术，测量电流，达到短路定位的功能，且结构简单、操作方便，主要用于电子工程测量领域。

Description

一种基于直流CT技术的短路芯片查找装置及方法

技术领域

本发明涉及电子工程测量领域，尤其是一种基于直流CT（Currenttransformer——变流器）技术的短路芯片查找装置及方法。

背景技术

电路板的调试过程中，当对电路板非正常加电、带电热插拔，或是电源电压不稳定，浪涌电压过高等原因，均可对电路板造成损坏；轻者只烧毁电源转换芯片，重者则会损坏整板的大面积芯片。

如今对烧毁的短路芯片的查找方法主要有两种，一种是分片拆除，分片加电测试的方法，另一种是使用热成像仪观察芯片发热量来确定短路芯片的方法。这两种方法都有其弊端，第一种方法费事费力，效率低，第二种方法没有普遍的适用性，很大一部分芯片烧毁后也没有足够的发热量，故其查找精度很低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于直流CT技术的短路芯片查找装置及方法，针对现有技术及方法的不足，是一种简便高效的电路板短路芯片查找装置，可以实现对加电烧毁的电路板的短路芯片进行精确定位，还可以通过测量电路板上每个芯片的消耗电流来确定其是否短路。

本发明的技术解决方案：一种基于直流CT技术的短路芯片查找装置，其特征在于它包括传感器供电单元、可调程控恒流源、探头、放大调理电路单元、运算控制单元和显示屏；其中，所述放大调理电路将探头反馈的电压信号发送给运算控制单元；所述探头的一端由传感器供电单元供电，另一端与待测短路芯片接触连接；所述可调程控恒流源为基于直流CT技术的短路芯片查找装置提供电源；所述显示屏的输入端与运算控制单元的输出端连接。

所述探头是带电压采集电路的直流霍尔传感器探头；所述直流霍尔传感器输出端与运算控制单元之间有放大调理电路单元。

所述放大调理电路单元是运算放大电路，其中的运算放大器是ADI公司生产的OP4177运算放大器；其连接为常规连接。

所述直流霍尔传感器是LEM生产的感应式电流传感器FHS 40-P SP600系列传感器，其最大测量值为100A，其能通过霍尔效应将测量的电流量转换为电压量，灵敏度最高达200mV/A，因为此款为感应式传感器，因此在探头的使用中只需将探头连接芯片的供电管脚即可。

所述显示屏是带LVDS接口的液晶屏数据显示单元。

所述运算控制单元的核心处理器是带LVDS接口的高速FPGA芯片和AD采集芯片构成；所述高速FPGA芯片是Xilinx公司生产的Kintex-7系列FPGA芯片XC7K325T-3，其最高速率可达741MHz；所述FPGA芯片的LVDS接口与液晶屏数据显示单元的LVDS接口连接，对液晶屏进行驱动，将测量得到的数据进行显示；所述AD采集芯片是采样精度为18bit的AD采集芯片ADS1626，可以高精度的将直流霍尔传感器输出的电压量获得。

所述放大调理电路通过使用高精度的运算放大电路对探头的反馈的电压信号进行放大，便于系统对探头电压的采样及测量。

所述可调程控恒流源是睿登公司生产的DP50V5A可调恒流电源输出模块，用于产生一种低电压大电流的供电电源，为基于直流CT技术的短路芯片查找装置的电子电路提供最大电流为10A可调，且供电电压为0.8V的电源，同时为短路电路板进行供电。

所述传感器供电单元是金升阳公司生产的URB1D_LMD-20WR3 20W电源块，为运算控制电路及直流霍尔传感器所需的5V电源。

一种基于直流CT技术的短路芯片查找方法，其特征在于它包括以下步骤：

（1）首先设置设备的电源输出为恒流输出模式，并将其电流输出值设置为1A，输出电压0.8V；

（2）将设备输出电源连接到短路电路板的电源引脚，即为短路电路板供电；

（3）使用设备中的探头贴近短路电路板中每个芯片的电源管脚，读取设备显示屏中的测量得到的电流值，若测量得到的电流值接近1A，那么既可以判断当前检测的芯片即为短路芯片。

本发明工作原理：由于发生短路的芯片内部钳位二极管、开关管、MOS管多被击穿，因此绝大多数芯片烧毁后其内部的电源对地为短路状态，电源与地间阻值近似为0Ω，在为其供给电源后，其电流消耗极大。本发明利用直流CT技术，即使用根据霍尔效应制造的直流电流互感器，也称为霍尔电流传感器来对电流进行检测。使用装置中的探头，接触各芯片的电源供电管脚，测量出电路板中各个芯片电流的消耗量，其值远远超过正常工作状态时的芯片即为短路芯片。本发明使用的感应式霍尔效应器的工作原理如图3所示，由于通电导线周围存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，故利用霍尔元件测量出磁场大小，即可确定导线电流大小。其中，Ip表示流过导线的电流；B表示感应磁场。

本发明的优越性：内含低电压大电流的电源，可以为短路电路板提供电压足够低，电流足够大的恒定电源；装置通过使用装配有感应式霍尔电流传感器的探头，通过直流CT技术，测量短路电路板内各芯片消耗的电流，其消耗电流量远远超过正常工作时电流值的芯片即为短路芯片；可以在不拆卸器件的情况下可以快速准确的定位短路电路板中的短路芯片，操作简单，效率高，结果可靠；主要用于电子工程测量领域。

附图说明

图1为本发明所涉一种基于直流CT技术的短路芯片查找装置的整体结构框图。

图2为本发明所涉一种基于直流CT技术的短路芯片查找装置的电路结构框图。

图3为本发明所涉一种基于直流CT技术的短路芯片查找方法的感应式霍尔效应器的工作原理示意图。

具体实施方式

实施例：一种基于直流CT技术的短路芯片查找装置（见图1），其特征在于它包括传感器供电单元、可调程控恒流源、探头、放大调理电路单元、运算控制单元和显示屏；其中，所述放大调理电路将探头反馈的电压信号发送给运算控制单元；所述探头的一端由传感器供电单元供电，另一端与待测短路芯片接触连接；所述可调程控恒流源为基于直流CT技术的短路芯片查找装置提供电源；所述显示屏的输入端与运算控制单元的输出端连接。

所述探头是带电压采集电路的直流霍尔传感器探头；所述直流霍尔传感器输出端与运算控制单元之间有放大调理电路单元（见图1）。

所述放大调理电路单元是运算放大电路，其中的运算放大器是ADI公司生产的OP4177运算放大器（见图2）；其连接为常规连接。

所述直流霍尔传感器是LEM生产的感应式电流传感器FHS 40-P SP600系列传感器（见图2），其最大测量值为100A，其能通过霍尔效应将测量的电流量转换为电压量，灵敏度最高达200mV/A，因为此款为感应式传感器，因此在探头的使用中只需将探头连接芯片的供电管脚即可。

所述显示屏是带LVDS接口的液晶屏数据显示单元。

所述运算控制单元（见图2）的核心处理器是带LVDS接口的高速FPGA芯片和AD采集芯片构成；所述高速FPGA芯片是Xilinx公司生产的Kintex-7系列FPGA芯片XC7K325T-3，其最高速率可达741MHz；所述FPGA芯片的LVDS接口与液晶屏数据显示单元的LVDS接口连接，对液晶屏进行驱动，将测量得到的数据进行显示；所述AD采集芯片是采样精度为18bit的AD采集芯片ADS1626，可以高精度的将直流霍尔传感器输出的电压量获得。

所述放大调理电路通过使用高精度的运算放大电路对探头的反馈的电压信号进行放大，便于系统对探头电压的采样及测量。

所述可调程控恒流源（见图2）是睿登公司生产的DP50V5A可调恒流电源输出模块，用于产生一种低电压大电流的供电电源，为基于直流CT技术的短路芯片查找装置的电子电路提供最大电流为10A可调，且供电电压为0.8V的电，源，同时为短路电路板进行供电。

所述传感器供电单元（见图2）是金升阳公司生产的URB1D_LMD-20WR3 20W电源块，为运算控制电路及直流霍尔传感器所需的5V电源。

一种基于直流CT技术的短路芯片查找方法，其特征在于它包括以下步骤：

（1）首先设置设备的电源输出为恒流输出模式，并将其电流输出值设置为1A，输出电压0.8V；

（2）将设备输出电源连接到短路电路板的电源引脚，即为短路电路板供电；

（3）使用设备中的探头贴近短路电路板中每个芯片的电源管脚，读取设备显示屏中的测量得到的电流值，若测量得到的电流值接近1A，那么既可以判断当前检测的芯片即为短路芯片。

下面结合实施例及其附图对本发明进一步详细说明。

本发明设计的基于直流CT技术的短路芯片查找装置的结构框图如图1所示，其主要包括可调程控恒流源、含有直流霍尔传感器的探头、放大调理电路、运算控制单元和显示屏，共五大部分。

本发明结构框图中的可调程控恒流源用于产生一种低电压大电流的供电电源，如今电子电路的工作电压越来越低，但一般情况下，当供电电压低于0.8V时芯片不能工作，因此此电源提供电流最大为10A可调，且供电电压为0.8V左右的电源。

本发明结构框图中的探头内含有直流霍尔传感器，此传感器选用LEM生产的感应式电流传感器FHS 40-P SP600系列。此系列传感器的最大测量值为100A，其能通过霍尔效应将测量的电流量转换为电压量，灵敏度最高达200mV/A。因为此款为感应式传感器，因此在探头的使用中只需将探头连接芯片的供电管脚即可。

本发明结构框图中的放大调理电路通过使用高精度的运算放大电路对探头的反馈的电压信号进行放大，便于系统对探头电压的采样及测量。

本发明结构框图中的运算控制单元包含高精度的AD转换芯片，通过对探头采样得到的电压进行模-数转换，并通过高速FPGA电压值进行转换，最终得到探头测量到的电流量，并控制显示器对电流进行显示。

本发明一种基于直流CT技术的短路芯片查找装置的电路结构框图如图2所示。

本发明使用的核心处理器为Xilinx公司生产的Kintex-7系列FPGA芯片XC7K325T-3，其最高速率可达741MHz。搭配选用LVDS接口液晶屏数据显示单元，使用FPGA的LVDS接口对液晶屏进行驱动，将测量得到的数据进行显示。由于通过电压采集电路得到的采集量为电压量，因此需在FPGA中设计转换算法，将采集到的电压量转换为实际测得的电流量，再通过液晶屏显示出来。

直流霍尔传感器电压采集电路中使用采样精度为18bit的AD采集芯片ADS1626，可以高精度的将传感器输出的电压量获得。由于FHS 40-P SP600系列霍尔传感器的灵敏度为200mV/A，因此为了提高采样精度，在传感器输出与AD采集芯片之间加入了运算放大电路，电路选用了ADI公司生产的OP4177运算放大器。

本发明中的电源分为两部分，一部分为设备内部供电电源，采用的是金升阳公司生产的URB1D_LMD-20WR3 20W电源块，用于产生设备控制电路及直流霍尔传感器所需的5V电源，另一部分为可调恒流输出源，采用的是睿登公司生产的DP50V5A可调恒流电源输出模块，此模块产生的恒流电源可用于对短路电路板进行供电。

本发明工作原理和过程是：由于发生短路的芯片内部钳位二极管、开关管、MOS管多被击穿，因此绝大多数芯片烧毁后其内部的电源对地为短路状态，电源与地间阻值近似为0Ω，在为其供给电源后，其电流消耗极大。本发明利用直流CT技术，即使用根据霍尔效应制造的直流电流互感器，也称为霍尔电流传感器来对电流进行检测。使用装置中的探头，接触各芯片的电源供电管脚，测量出电路板中各个芯片电流的消耗量，其值远远超过正常工作状态时的芯片即为短路芯片。本发明使用的感应式霍尔效应器的工作原理如图3所示，由于通电导线周围存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，故利用霍尔元件测量出磁场大小，即可确定导线电流大小。图3中，Ip表示流过导线的电流；B表示感应磁场。

以上实施例仅是对本发明基于直流CT技术的短路芯片查找装置的具体应用例子，并不、限制本申请权利要求。凡是在本申请权利要求技术方案上进行的修改和非本质改进的，均在本申请权利要求保护范围之内。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (9)

1.一种基于直流CT技术的短路芯片查找装置，其特征在于它包括传感器供电单元、可调程控恒流源、探头、放大调理电路单元、运算控制单元和显示屏；其中，所述放大调理电路将探头反馈的电压信号发送给运算控制单元；所述探头的一端由传感器供电单元供电，另一端与待测短路芯片接触连接；所述可调程控恒流源为基于直流CT技术的短路芯片查找装置提供电源；所述显示屏的输入端与运算控制单元的输出端连接。

2.根据权利要求1所述一种基于直流CT技术的短路芯片查找装置，其特征在于所述探头是带电压采集电路的直流霍尔传感器探头；所述直流霍尔传感器输出端与运算控制单元之间有放大调理电路单元。

3.根据权利要求2所述一种基于直流CT技术的短路芯片查找装置，其特征在于所述放大调理电路单元是运算放大电路，其中的运算放大器是ADI公司生产的OP4177运算放大器。

4.根据权利要求2所述一种基于直流CT技术的短路芯片查找装置，其特征在于所述直流霍尔传感器是LEM生产的感应式电流传感器FHS 40-P SP600系列传感器。

5.根据权利要求1所述一种基于直流CT技术的短路芯片查找装置，其特征在于所述显示屏是带LVDS接口的液晶屏数据显示单元。

6.根据权利要求1所述一种基于直流CT技术的短路芯片查找装置，其特征在于所述运算控制单元的核心处理器是带LVDS接口的高速FPGA芯片和AD采集芯片构成；所述高速FPGA芯片是Xilinx公司生产的Kintex-7系列FPGA芯片XC7K325T-3，其最高速率可达741MHz；所述FPGA芯片的LVDS接口与液晶屏数据显示单元的LVDS接口连接；所述AD采集芯片是采样精度为18bit的AD采集芯片ADS1626。

7.根据权利要求1所述一种基于直流CT技术的短路芯片查找装置，其特征在于所述可调程控恒流源是睿登公司生产的DP50V5A可调恒流电源输出模块。

8.根据权利要求1所述一种基于直流CT技术的短路芯片查找装置，其特征在于所述传感器供电单元是金升阳公司生产的URB1D_LMD-20WR3 20W电源块。

9.一种基于直流CT技术的短路芯片查找方法，其特征在于它包括以下步骤：

（1）首先设置设备的电源输出为恒流输出模式，并将其电流输出值设置为1A，输出电压0.8V；

（2）将设备输出电源连接到短路电路板的电源引脚，即为短路电路板供电；

（3）使用设备中的探头贴近短路电路板中每个芯片的电源管脚，读取设备显示屏中的测量得到的电流值，若测量得到的电流值接近1A，那么既可以判断当前检测的芯片即为短路芯片。