CN111736057A - 一种集成电路板的在线检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成电路板的在线检测装置,包括:上位机;下位机;集成电路板包括处理芯片及其外围的至少一个输入通道和输出通道;下位机向各输入通道和各输入引脚输入信号,且采集各输入通道的输出接口、各输出引脚及各输出通道的输出接口输出的信号,并反馈至上位机;上位机对比所接收到的信号及所推测的应接收到的理论信号,判断各输入通道及各输出通道是否故障;下位机选择向至少一个输入引脚中多个输入信号,且采集对应输出引脚输出的信号并反馈至上位机,上位机根据处理芯片的内部逻辑、检测信号以及所接收到的信号,判断各输入引脚和各输出引脚是否故障。本发明用于实现检测地铁车辆上集成电路板是否故障并定位故障点,提高检修效率。
Description
技术领域
本发明涉及轨道车辆技术领域,具体地说,涉及一种集成电路板的在线检测装置。
背景技术
城市轨道交通地铁车辆作为便捷、舒适的交通运输系统,其运行的可靠性十分重要,地铁车辆运行可靠的关键技术在于车辆的控制管理技术,而地铁车辆控制器(其表现为集成电路板)是地铁车辆牵引系统、制动系统、网络系统等关键系统的控制核心。
随着车辆运营里程的增长,车辆电子器件的老化日益凸显,当车辆在正线或检修过程中发生集成电路板故障时,其检测非常困难和繁琐。
在集成电路板故障时,无法确定是处理芯片(即单片机芯片/ARM/DSP芯片)本身故障,还是其外围附件(例如接入外围输入通道或输出通道上的光耦、电阻、三极管和板载继电器等)发生故障,一般需要对处理芯片及其外围附件进行故障排查,无法有效且迅速地定位故障,检修效率低;有时采用盲目换件方式,检修效率虽高,但维修成本高,且浪费物力资源。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集成电路板的在线检测装置,实现检测地铁车辆上集成电路板是否故障并定位故障点,提高检修效率。
为实现上述发明目的,本发明采用下述技术方案予以实现:
一种集成电路板的在线检测装置,其特征在于,包括:
上位机;
下位机,其受控于所述上位机且与所述上位机双向通信,所述下位机与所述集成电路板通信;
所述集成电路板包括处理芯片及其外围的至少一个输入通道和至少一个输出通道,所述处理芯片具有至少一个输入引脚和至少一个输出引脚;
所述下位机分别向各输入通道的输入接口和各输入引脚输入检测信号,且分别采集各输入通道的输出接口、各输出引脚和各输出通道的输出接口输出的信号,并反馈至所述上位机;
所述上位机对比所接收到的信号以及所推测的应接收到的理论信号,判断各输入通道和各输出通道是否故障;
所述下位机选择向至少一个输入引脚中多个输入检测信号,且采集对应输出引脚输出的信号,并反馈至所述上位机,所述上位机根据所述处理芯片的内部逻辑、检测信号以及所接收到的信号,判断各输入引脚和各输出引脚是否故障。
如上所述的集成电路板的在线检测装置,所述上位机为工控机或笔记本、平板或个人计算机,且所述下位机为利用FPGA形成的集成电控板,所述上位机和所述下位机通过RS232通信接口通信。
如上所述的集成电路板的在线检测装置,还包括为所述下位机提供电能的外部电源,在所述外部电源和所述下位机的电源输入口之间连接有隔离电源模块。
如上所述的集成电路板的在线检测装置,所述上位机上设置有人机交互界面,且设置有用于检测各输入通道、各输入引脚、各输出引脚以及各输出通道的故障的预设程序。
如上所述的集成电路板的在线检测装置,所述输入通道包括数字量输入通道、模拟量输入通道和脉冲量输入通道,所述输入引脚包括数字量输入引脚、模拟量输入引脚和脉冲输入引脚,所述输出引脚包括数字量输出引脚、模拟量输出引脚和脉冲输出引脚,所述输出通道包括数字量输出通道、模拟量输出通道和脉冲量输出通道,且数字量输入通道和数字量输入引脚对应,数字量输出引脚和数字量输出通道对应,模拟量输入通道和模拟量输入引脚对应,模拟量输出引脚和模拟量输出通道对应,脉冲量输入通道和脉冲输入引脚对应,脉冲输出引脚和脉冲量输出通道对应。
如上所述的集成电路板的在线检测装置,所述上位机还包括模式切换按钮,用于切换自动检测模式和手动检测模式。
如上所述的集成电路板的在线检测装置,所述上位机还包括存储器,其用于存储所述集成电路板的检测结果。
如上所述的集成电路板的在线检测装置,还包括:探针夹,其具有多个导电接口,各导电接口分别与所述处理芯片的各引脚电连接,且各导电接口分别引出连接导线,各连接导线用于连接所述下位机向所述处理芯片的各输入引脚输入信号的端口以及采集所述处理芯片的各输出引脚输出信号的端口。
与现有技术相比,本发明的优点和积极效果是:
(1)通过上位机对下位机发送控制指令,且控制下位机向被测的集成电路板的各输入通道的输入接口输入信号并采集输入通道的输出接口处的信号,下位机将该采集到的信号再反馈至上位机,该上位机根据向输入通道的输入接口发送的信号推测理论上所接收到的理论信号,该理论信号和所采集的信号做对比,判断各输入通道是否存在故障并定位具体存在故障的输入通道;能够快速定位集成电路板的输入通道是否出现故障;
(2)控制下位机向被测的集成电路板的各输入引脚输入信号,并采集输出引脚处的信号以及输出通道的输出接口处的信号,下位机将该采集到的信号再反馈至上位机,该上位机根据所采集的输出引脚处的信号推测理论上所接收到的理论信号,将该理论信号和所采集的输出通道的输出接口的信号做对比,判断各输出通道是否存在故障并定位具体存在故障的输出通道;能够快速定位集成电路板的输出通道是否出现故障;
(3)控制下位机选择性地向被测的处理芯片的多个输入引脚输入信号,并采集对应输出引脚处的信号,下位机将该采集到的信号再反馈至上位机,该上位机根据处理芯片的内部逻辑,将输入引脚输入的信号和所采集的输出引脚的信号做对比,判断各输入引脚以及各输出引脚是否存在故障,并定位具体存在故障的输入引脚或输出引脚;能够快速定位处理芯片的输入引脚或输出引脚是否出现故障;
通过定位发生故障的位置,有针对性的进行维修,提升检修效率,且节省人力物力成本。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后,本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提出的集成电路板的在线检测装置一种实施例的架构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下将结合附图和实施例,对本发明作进一步详细说明。
为了在集成电路板故障时,定位集成电路板内部的处理芯片故障还是外围附件故障,以便于维修人员维修,本实施例涉及一种集成电路板的在线检测装置。
参见图1,其示出了集成电路板3的在线检测装置的架构图。
集成电路板3主要包括构成控制系统的处理芯片31(例如单片机芯片/ARM/DSP芯片)和位于处理芯片31外围的外围附件,这些外围附件形成了处理芯片31外围的输入通道和输出通道,外围附件例如光耦、电阻、三极管和板载继电器等。
为了精准地定位是处理芯片31本身故障还是其外围的输入通道和输出通道故障,本实施例分别针对输入通道、输出通道及处理芯片31的输入引脚和输出引脚进行检测。
处理芯片31的输入引脚包括三类:数字量输入引脚、模拟量输入引脚和脉冲输入引脚,来自模拟量输入引脚的模拟信号会经过处理芯片31本身内部的模数转换单元转换成处理芯片31能够处理的数字信号。
对应于处理芯片31的输入引脚,处理芯片31外围的输入通道也有三类:数字量输入通道、模拟量输入通道和脉冲量输入通道,数字量输入通道对应数字量输入引脚,模拟量输入通道对应模拟量输入引脚,脉冲量输入通道对应脉冲输入引脚。
处理芯片31的输出引脚也包括三类:数字量输出引脚、模拟量输出引脚和脉冲输出引脚,经过处理芯片31内部处理的数字信号从模拟量输出引脚向外输出模拟量。
对应于处理芯片31的输出引脚,处理芯片31外围的输出通道也有三类:数字量输出通道、模拟量输出通道和脉冲量输出通道,数字量输出通道对应数字量输出引脚,模拟量输出通道对应模拟量输出引脚,脉冲量输出通道对应脉冲输出引脚。
在本实施例中,输入通道的数量和输入引脚的数量相同且彼此一一对应,输出引脚的数量和输出通道的数量相同且彼此一一对应,即一路输入通道对应一个输入引脚,一个输出引脚对应一路输出通道。
上位机1与下位机2例如通过RS232进行双向通信,下位机2与集成电路板3通信。
上位机1能够向下位机2发送控制指令,控制下位机2能够向各输入通道及处理芯片31的各输入引脚发送输入检测信号,且下位机2能够采集对应输入检测信号输出的信号,并反馈至上位机1进行检测分析。具体检测分析将在如下进行描述。
在本实施例中,上位机1为工控机,且其设置有人机交互界面,且存储有用于检测处理芯片31及外围的输入通道和输出通道的预设程序。
下位机2采用FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)芯片开发形成。
上位机1上可以设置手动检测模式和自动检测模式。
在自动检测模式下,操作用户点击上位机1的人机交互界面上的“自动检测”按钮后,上位机1按照预设程序向下位机2自动发送控制指令,进而控制下位机2自动发出输出信号至输入通道的输入接口以及处理芯片31的输入引脚,自动执行对输入通道、输出通道、输入引脚和输出引脚的故障检测。
在手动检测模式下,操作用户在上位机1的人机交互界面上选择需要控制发出的信号,上位机1通过RS232通信接口发送至下位机2以控制下位机2发出对应输出信号至集成电路板3,上位机1每次向下位机2发送信号都需要手动操作,以及下位机2每次的采集数据也都需要手动操作从上位机1向下位机2发送采集指令。
自动检测模式和手动检测模式在检测过程上并没有不同,根据用户不同使用需要进行选择。
为了清楚表示对集成电路板3的故障检测过程,在本实施例中,在手动检测模式下对集成电路板3的检测进行说明。
参见图1,如下描述检测输入通道的过程。
输入通道的数量不止一个,但是每一条输入通道的检测过程都是一样的,因此,本实施例中以检测一条输入通道Lin(可以为数字量输入通道、模拟量输入通道或脉冲量输入通道)为例进行说明。
上位机1手动控制发送控制指令至下位机2,下位机2接收到控制指令后向输入通道Lin的输入接口发送输入信号Ⅰ;上位机1再手动控制下位机2,使下位机2采集该输入通道Lin的输出接口输出的信号Ⅰ',即对应该输入通道Lin的输入引脚上的信号,并将下位机2所采集的信号Ⅰ'上传至上位机2。
上位机1根据向输入通道Lin的输入接口发送的输入信号Ⅰ,推测理论上该输入信号Ⅰ经过正常时的该输入通道Lin后输出的理论信号Ⅰ理论,并根据下位机2向上位机1上传的信号Ⅰ'进行对比,若该信号Ⅰ理论与Ⅰ'一致,则表示该输入通道Lin无故障,若该信号Ⅰ理论与Ⅰ'不一致,则表示该输入通道Lin存在故障。
为了提高检测可靠性,可以多次改变输入信号Ⅰ对该输入通道Lin进行判定。
依此,可以对其他输入通道进行检测以定位其他输入通道是否存在故障,以检测各输入通道是否存在故障、以及定位存在故障的具体输入通道。
如下描述检测输出通道的过程。
类似地,输出通道的数量也不止一个,但是每一条输出通道的检测过程都是一样的,因此,本实施例中以检测一条输出通道Lout(可以为数字量输出通道、模拟量输出通道或脉冲量输出通道)为例进行说明。
要想测量输出通道L2是否正常需要在处理芯片31的输入引脚Pin处输入信号Ⅲ,并采集对应输入引脚Pin的输出引脚Pout处的信号作为输出通道L2的输入信号Ⅱ。
上位机1手动控制发送控制指令至下位机2,下位机2接收到控制指令后向输入引脚Pin发送输入信号Ⅲ;上位机1再手动控制下位机2,使下位机2采集该输出引脚Pout输出的信号Ⅱ,与此同时,上位机1控制下位机2采集该输出通道Lout的输出接口输出的信号Ⅱ',并将下位机2所采集的信号Ⅱ和Ⅱ'均上传至上位机2。
上位机1根据输出引脚Pout输出的信号Ⅱ,推测理论上该信号Ⅱ经过正常时的该输出通道Lout后输出的理论信号Ⅱ理论,并根据下位机2向上位机1上传的信号Ⅱ'进行对比,若该信号Ⅱ理论与Ⅱ'一致,则表示该输出通道Lout无故障,若该信号Ⅱ理论与Ⅱ'不一致,则表示该输出通道Lout存在故障。
为了提高检测可靠性,可以多次改变输入信号Ⅲ并采集信号Ⅱ和Ⅱ',以对该输出通道Lout进行判定。
依此,可以对其他输出通道进行检测以定位其他输出通道是否存在故障,以检测各输出通道是否存在故障、以及定位存在故障的具体输出通道。
上述对输出通道Lout的检测过程中,需要输出通道Lout的输入接口的信号,即与输出通道Lout对应的输出引脚输出的输出信号Ⅱ,这个输出信号Ⅱ是上位机1控制下位机2向输入引脚Pin输入信号Ⅲ而产生的。
一般地,处理芯片31在某个输出引脚上产生信号时对应所需要输入信号的输入引脚Pin都不是一个,因此,在上述检测过程中,即使,存在输入引脚Pin处输入信号Ⅲ以及对应输出引脚Pout的输出信号Ⅱ的参与,但检测不出处理芯片31的输入引脚和输出引脚是否存在故障。因此,需要对输入引脚Pin和输出引脚Pout再进行单独检测。
如下描述检测处理芯片31的输入引脚Pin和输出引脚Pout的过程。
一般地,处理芯片31存在多个输入引脚Pin和多个输出引脚Pout,且多数情况下某个输出引脚Pout上输出的信号是与多个输入引脚Pin上的信号有关。
且根据处理芯片31的内部逻辑,只要在输入引脚Pin处上信号,其就会反映在输出引脚Pout上。
因此,在本实施例中,需要根据处理芯片31内部的逻辑,通过输入引脚Pin上多种不同组合的输入信号对各输入引脚Pin和各输出引脚Pout进行检测。
不同的集成电路板3,根据其型号即可知道其内部逻辑以及工作过程,据此,针对输入引脚Pin和输出引脚Pout可以预先编写测试程序,以便对每个输入引脚Pin和输出引脚Pout均能实现检测。
以检测数字量输入引脚为例进行说明如下。
若输入引脚1至6均正常且在输入引脚1、3、5为低电平且输入引脚2、4、6为高电平时,根据处理芯片31的内部逻辑,正常应在输出引脚2上输出高电平,如果在输出引脚2上输出低电平,则表示输入引脚1至6中任一个或输出引脚2均有可能出现故障,此时应在输入引脚处选择与输出引脚2在内部逻辑上有关系的其他不同输入引脚进行验证,若此时输出引脚2输出正常,则表示输出引脚2没有问题,说明输入引脚1至6中任一个可能出现问题。
此后再根据不同的输入引脚处的信号组合以及对应输出引脚上的信号去验证输入引脚1至6中任一个是否有问题。
也可以采取统一将输出引脚Pout验证完之后,再验证与输出引脚Pout在内部逻辑上有关系的输入引脚Pin。
利用如上所述的在线检测装置,能够在集成电路板3疑似故障或已故障时,能够准确、快速地定位是处理芯片31本身故障还是其外围的输入通道和输出通道故障,以进行有针对性的维修,提高维修效率。且利用此种检测装置,一个操作人员即可完成对集成电路板3的检测,节省人力及物力。
在本实施例中,利用外接电源(未示出)对下位机2进行供电,外接电源可以通过隔离电源模块(未示出)对下位机2进行供电。
隔离电源模块将外部电源与下位机2的供电端进行隔离(例如安全隔离、噪声隔离和接地环路消除等),用于保护下位机2;且隔离电源模块还具有短路、过压、欠压、过流、过温等各种保护及稳压降噪的作用。
外接电源经过隔离电源模块处理后向下位机2中各个电子元器件供电。
在本实施例中,上位机1还包括存储器(未示出),其用于记录对集成电路板3的检测结果,便于存档及后期查阅。且在整个的检测过程中,每一步的检测都可以在上位机1的人机交互界面上显示其检测结果。
传统上,在对集成电路板3进行故障检测时首先将处理芯片31从集成电路板3上熔焊并拆下,再进行检测,费时费力,且由于处理芯片31外围很多附件,在熔焊的过程中可能会损坏外围附件或者处理芯片31的引脚,导致处理芯片31发生损坏。
为克服上述问题,在本申请中,在线检测装置还包括探针夹(未示出),其用于连接处理芯片31的各引脚和下位机2的端口。
该探针夹具有高密度排列的多个导电接口,各导电接口分别与处理芯片31的各输入引脚Pin和各输出引脚Pout电连接,且各导电接口分别引出连接导线,各连接导线用于连接下位机2向处理芯片31的各输入引脚Pin输入信号的端口以及采集处理芯片31的各输出引脚Pin输出信号的端口。
这样,可以在不对拆焊处理芯片31的情况下,对疑似故障的处理芯片31进行直接检测,避免拆卸过程中可能损坏处理芯片31,降低维修成本,节约人力、物力。
此外,该探针夹能够实现对处理芯片31的夹持,使得各导电接口可以与处理芯片31的各个引脚精准地紧密接触,实现信号可靠传递。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其进行限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的普通技术人员来说,依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种集成电路板的在线检测装置,其特征在于,包括:
上位机;
下位机,其受控于所述上位机且与所述上位机双向通信,所述下位机与所述集成电路板通信;
所述集成电路板包括处理芯片及其外围的至少一个输入通道和至少一个输出通道,所述处理芯片具有至少一个输入引脚和至少一个输出引脚;
所述下位机分别向各输入通道的输入接口和各输入引脚输入检测信号,且分别采集各输入通道的输出接口、各输出引脚和各输出通道的输出接口输出的信号,并反馈至所述上位机;
所述上位机对比所接收到的信号以及所推测的应接收到的理论信号,判断各输入通道和各输出通道是否故障;
所述下位机选择向至少一个输入引脚中多个输入检测信号,且采集对应输出引脚输出的信号,并反馈至所述上位机,所述上位机根据所述处理芯片的内部逻辑、检测信号和所接收到的信号,判断各输入引脚和各输出引脚是否故障。
2.根据权利要求1所述的集成电路板的在线检测装置,其特征在于,所述上位机为工控机或笔记本、平板或个人计算机,且所述下位机为利用FPGA形成的集成电控板,所述上位机和所述下位机通过RS232通信接口通信。
3.根据权利要求2所述的集成电路板的在线检测装置,其特征在于,所述在线检测装置还包括为所述下位机提供电能的外部电源,在所述外部电源和所述下位机的电源输入口之间连接有隔离电源模块。
4.根据权利要求1所述的集成电路板的在线检测装置,其特征在于,所述上位机上设置有人机交互界面,且设置有用于检测各输入通道、各输入引脚、各输出引脚以及各输出通道的故障的预设程序。
5.根据权利要求4所述的集成电路板的在线检测装置,其特征在于,所述输入通道包括数字量输入通道、模拟量输入通道和脉冲量输入通道,所述输入引脚包括数字量输入引脚、模拟量输入引脚和脉冲输入引脚,所述输出引脚包括数字量输出引脚、模拟量输出引脚和脉冲输出引脚,所述输出通道包括数字量输出通道、模拟量输出通道和脉冲量输出通道;且数字量输入通道和数字量输入引脚对应,数字量输出引脚和数字量输出通道对应,模拟量输入通道和模拟量输入引脚对应,模拟量输出引脚和模拟量输出通道对应,脉冲量输入通道和脉冲输入引脚对应,脉冲输出引脚和脉冲量输出通道对应。
6.根据权利要求4所述的集成电路板的在线检测装置,其特征在于,所述上位机还包括模式切换按钮,用于切换自动检测模式和手动检测模式。
7.根据权利要求1所述的集成电路板的在线检测装置,其特征在于,所述上位机还包括存储器,其用于存储所述集成电路板的检测结果。
8.根据权利要求1所述的集成电路板的在线检测装置,其特征在于,所述在线检测装置还包括:
探针夹,其具有多个导电接口,各导电接口分别与所述处理芯片的各引脚电连接,且各导电接口分别引出连接导线,各连接导线用于连接所述下位机向所述处理芯片的各输入引脚输入信号的端口以及采集所述处理芯片的各输出引脚输出信号的端口。
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