JP2004108991A - Failure diagnosis method and its system, and circuit board - Google Patents

Failure diagnosis method and its system, and circuit board Download PDF

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Eigo Nakagawa
中川 英悟
Koji Adachi
足立 康二
Kaoru Yasukawa
安川 薫
Koki Uetoko
上床 弘毅
Tetsukazu Satonaga
里永 哲一
Kiichi Yamada
山田 紀一
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a system for diagnosing a failure of a circuit board with a convenient and inexpensive mechanism. <P>SOLUTION: A plurality of patterns 30 are formed on the circuit board 10 ranging from individual pins 22a of ICs 22 to an input/output part of the circuit board 10. A capacity component 40 consisting of metal members 40a, 40b is arranged crossing the plurality of patterns 30. A failure diagnosis part 90 is connected to the opening end of the two metal members 40a, 40b. The failure diagnosis part 90 detects an electric signal corresponding to a signal change induced in the capacity component 40 by electrostatic joint between the pattern 30 and the capacity component 40 as a result of the supply of power to the circuit board 10 followed by the operation of a circuit member 20. Whether the whole board is in failure or not is diagnosed by comparing the electric signal with a previously measured electric signal in a normal condition. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路部材を搭載した回路基板を備えた装置、たとえばプリンタ装置、ファクシミリ装置、あるいはそれらの機能を有する複合機などの装置における、回路部材の動作、性能の異常、あるいは故障を予測したり検出したり(以下纏めて故障診断という)する方法、この故障診断方法を実施する故障診断システム、並びに、この故障診断システムに使用する回路基板に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
特開平11−211800号公報
【特許文献2】
特開平2000−74998号公報
【非特許文献1】
藤城久・山田外史・岩原正吉、“渦電流探傷技術によるプリント配線の欠陥検出”、[online]、[平成14年9月1日検索]、インターネット<URL:http://magmac1.ec.t.kanazawa−u.ac.jp/magcap−j/research−j/ecta−j.html>
【0003】
パーソナルコンピュータや複写機などの電子機器は、近年、性能、機能の向上に伴い、益々、それらを実現するための様々な用途のアナログおよびデジタルの電子回路がプリント基板の形で格納されてきている。
【0004】
また、自動車や航空、ロボットや半導体設計装置など、他の産業機器においても動作制御などの手段として、信頼性が高く、高速・高精度での動作が可能な電子回路基板が数多く搭載されている。これらの電子回路基板は一連の機能を実現するために、様々な形でケーブルを介して接続されることにより、所望のスペックが実現されている。
【0005】
このような基板が搭載される機器が使用される環境は、通常はオフィス内であったり、家屋内であったりするが、それ以外の過酷な環境下で使用される場合もあり、非常に多岐にわたっている。特に使用環境が劣悪である場合には、通常の方法で使用していたとしても、検出が困難な様々な異常や故障が発生し、その修復には多大な労力を要することになる。
【0006】
また、通常の使用環境下で使用している場合でも、電子回路の異常や故障が発生し、その頻度は必ずしも低いとは言えず、検出箇所を特定できないこともしばしば生じていた。さらに、電子回路基板に異常が発生した場合には、安全性やコストなどの面から早急な対応が必要でもあった。
【0007】
故障診断の一般的手法としては、テスターなどの測定装置を用いて主要な個所の電圧や信号波形を監視(モニタ)しながら故障個所の特定する。しかし、このような診断方法では様々な個所の測定を行なわなければならず、故障診断に手間がかかってしまい、作業効率が悪いという問題があった。
【0008】
そこで、効率のよい診断手法として、装置の起動時などに装置自身が各基板の診断を行なうようにした自己診断システム(Diagnostics system)がある。この自己診断システムでは、たとえば、装置が動作しているときの信号パターンを回路モジュールごとあるいは基板ごとにモニタして予め記憶してある期待値と比較し、故障発生の有無を診断し、故障箇所を特定するようにしている。
【0009】
たとえば、複写機やプリンタなどの異常や故障情報の連絡がサービスセンタに入った場合、修理担当者が現地に駆けつけて機器に記録されている故障個所情報や故障履歴の情報などをもとに故障部位の特定を行ない、交換する、あるいは修復作業を行なう、などの措置手段を講ずることがある。あるいは、これらの機器がネットワークに接続されており、自動的にこれらの情報を管理する部署へ、状態の管理や故障情報などを伝送する場合には、これらの情報をあらかじめ解析した上で、修理担当者により、同様の措置が取られることもある。
【0010】
しかし、上述のような異常や故障が発生した場合には、通常、機器は使用不可能となり、ダウンタイムが生じてしまう、というユーザ側にとってのデメリットが発生する。また、メーカ側にとっても、故障部位の特定に手間取ったり、故障部位が必ずしも正確に特定できるとは限らず、故障と考えられる部分を全て交換するなどの措置により、多大なコストが発生したり、あるいは修理そのものに時間がかかってしまう、マンパワー的な対応が追いつかない、といったような状況が発生している。したがって、ユーザ側およびメーカ側双方にとって、多大な損失を被る状況が多発しているという事実がある。
【0011】
そこで、故障部位を特定したり発生自体を予測したりする場合、特定する精度を上げたり、特定するまでの時間的なロスを削減したりするなど、様々な異常状態や故障状態を漏れなく把握する、これらの構成を簡単かつ低コストで実現する、といった方法について様々な試みがなされている。
【0012】
電子回路基板の検査としては、従来より画像による手法が知られているが、今日では、新たなアプローチとして、静電的結合や電磁的結合あるいは電気光学効果を用いた検査手法が提案されている。
【0013】
たとえば、非特許文献1には、渦電流探傷技術を使ってプリント配線の欠陥を検出する手法が提案されている。この手法は、図14に示すような、ターゲット(故障診断の対象部位)とする配線を流れる電流から発生する磁界を検出するための超小型でかつ独自の形状を有する磁界検出プローブを使用して、非接触方法により、基板の配線を非接触スキャンする方式によって、ICの故障なども含めた基板で発生する異常を検出する手法である。この方式によれば、現状の高密度配線プリント基板における配線の断線や線幅異常を、高速かつ機械的なストレスのない状態で実現することができる。
【0014】
また、特許文献1には、図15に示すように、近年のICパッケージピンの高密度化に対応したICの動作チェックや故障解析に使用するICパッケージ用プロービング装置が開示されている。この特許文献1に記載の故障検出手法では、ICパッケージのリード端子と同じ配列を有する近磁界プローブ群を構成することによって、効率的な故障検出を実現しようとしている。
【0015】
また、特許文献2には、図16に示すように、各基板ごとの電流値を電流センサなどを使用して読み取り、メモリに記憶してある正常値と比較することにより故障箇所の特定と早期発見を実現する仕組みが提案されている。
【0016】
上述した非特許文献1および特許文献1,2の何れの手法も、回路基板の配線や搭載部品内部を流れる電流から発生する磁束を磁界センシング部としての機能をなすコイルの巻線に通過させることで、磁界センシング部に発生する誘導起電力を読み取り、この読み取った誘導起電力と予め測定しておいた正常状態の誘導起電力とを比較することにより、故障の有無を診断するという手法である点で共通する。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、非特許文献1および特許文献1,2の何れのものも、磁界をセンシングする手段として高価な専用プローブ(センシング用プローブ)を使用する必要があるため、故障検出コストが掛かる。
【0018】
また、センシング用プローブは任意の配線や端子の状態を見るため、その近傍にプローブを近づけて観察する必要がある。これは、1つのプローブで検知できる範囲が狭く精度良く診断するには診断部位に近接させることが必要とされていたからである。したがって、たとえば図17に示すように、プローブを対象部位に近づけるための手段として人の手を介在する手法を採用するか、もしくは、メカニカルな手段を利用してプローブを移動させる必要がある。一方、このような移動の手法を採用しない場合には、固定されたプローブ位置近傍の範囲しか検出できず、検出範囲が非常に狭くなる。
【0019】
このように、従来の故障診断の手法では、コスト面および故障診断の対象部位の設定の自由度という点では、必ずしも使い勝手のよいものとなっていない。
【0020】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、使い勝手のよい故障診断の仕組みを低コストで実現することのできる故障診断方法を提供することを目的とする。
【0021】
また、本発明は、本発明の故障診断方法を実施する故障診断システム、並びに、この故障診断システムに使用する回路基板を提供することを目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係る故障診断方法は、電子回路システムにおける信号ライン上に現れる電子回路システムの故障の有無を診断する故障診断方法であって、故障診断の対象の信号ラインの近傍にリアクタンス成分を信号ラインに対して非接触かつ固定的に配置し、信号ラインとリアクタンス成分との間での静電的結合または電磁的結合によりリアクタンス成分に誘起される信号ラインの信号変化に対応した電気信号を検出し、この検出した電気信号と、予め取得しておいた電子回路システムの正常時における信号変化に対応した電気信号とを比較することで、電子回路システムの故障の有無を診断することとした。
【0023】
ここで、「故障診断の対象の信号ライン」としての具体的な態様としては、たとえば、回路基板上の回路部材の信号入出力端子や複数の回路基板間のインタフェース部分の伝送ラインなどがある。複数の回路基板間のインタフェース部分の伝送ラインとしては、複数の回路基板間の信号インタフェースを取るための入出力コネクタへの入出力信号ラインやワイヤハーネスの信号ケーブルなどがある。
【0024】
「固定的に配置」するとは、リアクタンス成分と故障診断対象の信号ラインとの間の物理的な位置関係が一定の状態に維持されるようにという意味である。たとえば回路基板とリアクタンス成分とが物理的に固定される状態、あるいは複数の基板を有してなる装置に適用する場合には、複数の回路基板間の信号インタフェースを取るための信号ケーブルとリアクタンス成分とが物理的に一体化される状態などである。
【0025】
本発明に係る故障診断システムは、上記本発明に係る故障診断方法を実施するシステムであって、故障診断の対象の信号ラインの近傍に信号ラインに対して非接触かつ固定的に配置されたリアクタンス成分と、信号ラインとリアクタンス成分との間での静電的結合または電磁的結合によりリアクタンス成分に誘起される信号ラインの信号変化に対応した電気信号を検出し、この検出した電気信号と、予め取得しておいた電子回路システムの正常時における信号変化に対応した電気信号とを比較することにより、電子回路システムの故障の有無を診断する故障診断部とを備えるものとした。
【0026】
また従属項に記載された発明は、本発明に係る故障診断システムのさらなる有利な具体例を規定する。
【0027】
本発明に係る回路基板は、上記本発明に係る故障診断システムに使用される回路基板であって、故障診断の対象の信号ラインの近傍に信号ラインに対して非接触かつ固定的に配置された、信号ラインとの間での静電的結合または電磁的結合により誘起される信号ラインの信号変化に対応した電気信号を検出するためのリアクタンス成分を備えているものとした。
【0028】
【作用】
本発明に係る上記構成においては、先ず、故障診断の対象部位である信号ラインに対して非接触かつ固定的に配置する。そして、信号ラインとリアクタンス成分との間での静電的結合または電磁的結合によりリアクタンス成分に誘起される信号ラインの信号変化に対応した電気信号を読み取り、この読み取った電気信号と予め測定しておいた正常状態の電気信号とを比較することにより、回路基板の配線や搭載部品の故障の有無を診断する。
【0029】
従来の検知プローブの設計は、ミクロな視点で故障部位を特定するために高度な技術を必要とする専用のものを必要としていたのに対して、検知プローブとしての機能をなす本願のリアクタンス成分は、マクロな視点で故障の有無を判断しようとすることで、簡易な構造のリアクタンス成分の使用を可能とし、このリアクタンス成分を故障診断対象部位に応じて固定配置するだけの簡易な構造で足りるようにした点に特徴を有する。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0031】
図1は、本発明を実現するための基本的な構成の第1例を説明する図である。ここで図1(A)は、基板レイアウトと故障診断システムの概要を示す。また図1(B)は、図1(A)に示す回路基板10の等価回路を示している。
【0032】
図1(A)に示すように、故障診断システム1を構成する回路基板(電子回路システムの一例)10には、図示しないプリント配線パターン(以下単にパターンという)30が形成され、所定の対応位置に回路部材20が搭載されている。この回路部材20としては、抵抗素子、誘導素子、あるいは容量素子などの受動部品であってもよいし、トランジスタやIC(Integrated Circuit)などの能動部品であってもよい。以下、回路部材20として、IC22が搭載されている事例で説明する。
【0033】
回路基板10上のIC22の個々のピン22aから回路基板10の入出力部へ向けて複数のパターン30が形成されている。この複数のパターン30に対して交差するようにリアクタンス成分の一例である容量成分(容量性リアクタンス成分)40が配置されている。容量成分40としては、2枚の長尺状の薄い金属部材40a,40bがパターン30上において所定の空隙40cを隔てて一列となり、また、複数のパターン30の長手方向に対して近接かつ非接触の状態でほぼ直交するように交差して固定的に配置されている。固定的に配置するには、テーピング部材や、接着部材などを利用するのがよい。
【0034】
容量成分40を構成する2枚の金属部材40a,40bの開放端側(外側)には、回路基板10における故障の有無を検出するための故障診断部90が接続されるようになっている。故障診断部90は、回路基板10に電源が供給され回路部材20(本例ではIC22)が動作することで個々のパターン30の信号の変化に際して、クロストークによって容量成分40の開放端を構成する金属部材40a,40bつまり容量成分40の両端にパターン30との間での静電的な結合(静電カップリング)により誘起される電圧(カップリング電圧)Voを測定する。そして、予め測定しておいた正常状態の誘起電圧(つまり期待値)と比較することにより、電子回路システムの一例である回路基板10における故障の有無を診断する。なお、故障診断部90を回路基板10上に設けることで、装置の起動時などに装置自身が基板の診断を行なう自己診断システムを構築するようにしてもよい。
【0035】
このような構成の故障診断システム1の容量成分40部分の等価回路は、図1(B)に示すように、IC22の個々のピン22aに接続された各パターン30に直交するように容量成分40を構成する金属部材40a,40bが配置された状態となる。容量成分40を構成する2つの金属部材40a,40b(ライン)と各パターン30との間にはクロストークを生じる原因となる浮遊容量成分48が形成される。
【0036】
そして、診断対象部分のパターン30群に対して2つの金属部材40a,40bがほぼ2分するように配され、この容量成分40を構成する2つの金属部材40a,40bのそれぞれに浮遊容量成分48を介して誘起される電圧を差動電圧として故障診断部90が読み取る構成となっている。
【0037】
図2は、図1に示した故障診断システム1の回路基板10に電源を投入した状態における容量成分40の両端の誘起電圧Voの波形の模式図であって、図2(A)はIC22もしくはパターン30が正常状態にある時の例、図2(B)はIC22もしくはパターン30が異常状態にあって信号変化が正常でない場合(異常時)の例である。
【0038】
たとえば、回路基板10が正常動作している場合には、図2(A)に示すような静特性が得られる。すなわち、正常状態においては、t11の周期内にピークA、ピークB、ピークC、ピークDの4種類のピークを特徴的に有する波形が観測されている。ピークが出ていない時間には±Vsの微小振幅波形が観測されている。
【0039】
ここで、図1のパターン30の一部に亀裂などが生じて断線した状況の場合、パターン30の一部が開放状態になるため信号が流れない配線が生じる。そのため信号変動に起因するクロストーク現象による電圧Voの時間変化にも影響を及ぼす。
【0040】
したがって、その変動に伴う電圧Voも変化するので、たとえば、図2(B)に示すような静特性が得られる。図2(B)では、図2(A)において観測されていたt11の周期内における4種類の各ピークは、ピークAの変化は観測されていないものの、ピークB、ピークC、ピークDはそれぞれピークb、ピークc、ピークdのように振幅が非常に小さくなってしまっている。また、ピークが発生していない時間における±Vsの微小振幅波形の振幅についても振幅が非常に小さくなってしまっている。
【0041】
故障診断部90は、ピーク電位の差分を読み取ることにより、回路基板10上のパターン30に異常が発生しているかどうかを特定する。つまり、この第1例では、個々のパターン30の信号変化の状態を1つの容量成分40でまとめて測定し、正常状態の電圧波形と比較することで、回路基板10が正常状態にあるかどうかを確認する。
【0042】
前述の例ではパターン30のオープン状態を異常時の一例として説明したが、パターン30のショートや回路部材20(本例ではIC22)の内部が故障して動作しない状態(以下、故障して動作しない状態にある回路部材を故障部材という)が発生している場合、電圧Voの波形状態は上述した図2(B)の例とは異なるであろうが、少なからず、正常時の波形と異なるものとなる。よって、前述と同様に、正常時の電圧Voの波形状態と、実働状態の電圧Voの波形状態とを比較することで、パターン30のショートや回路部材20の内部故障の有無を判断することができる。
【0043】
また、回路基板10上の他の入出力部へも前述と同様に適用し、基板入出力部の信号が正常状態にあるかどうかを観測することにより、回路基板10が正常状態にあるかどうかを確認することができる。
【0044】
このように、第1例の基本構成によれば、回路基板の信号ラインの近傍にリアクタンス成分の一例である容量成分をテーピング部材や接着部材などを利用して固定的に設け、信号ラインとの間での静電的結合によりこの容量成分に生じる誘起電圧を検知し、予め取得しておいた正常時の誘起電圧と稼働時の誘起電圧とを比較することで、故障の有無を調べることができる。
【0045】
容量成分を構成する電極部材を基板上の診断対象部位近傍にテーピング部材などで固定するという簡単な構成で、センシング部として機能する容量成分40と回路基板10の物理的な位置関係を固定することができる。そしてこれにより、故障診断中の誘起電圧の状態を確実に安定化させることができる。つまり、故障診断の判断指標となる誘起電圧を精度よく取得することができ、診断性能も向上する。
【0046】
また、容量成分40を固定配置しているので、当然に、診断箇所にプローブを近づけて観察したり、プローブを対象部位に近づけたりするためのメカニカルな手段を必要としない。従来の検知プローブの設計は、ミクロな視点で故障部位を特定しようとしていたのに対して、検知プローブとしての機能をなす上記容量成分40は、マクロな視点(前例では複数のパターン30を纏めて)で故障の有無を判断しようとすることで、検知プローブの機能をなす容量成分40を基板上の所望位置(診断対象部位近傍)に固定的に設けるだけの簡易かつ低コストな構造で足りるようにした点に特徴を有する。
【0047】
基板間のインタフェース部分に容量成分40を配置して、回路基板の各入出力信号の状態を読み取って予め記憶しておいた正常状態と比較することにより、故障している回路基板を特定することができる。また、個別の部品の入出力端子部分に容量成分40を配置すれば、個々の部品の故障を診断することもできる。
【0048】
なお、このように、静電的結合を利用した検知手法は、本来の信号ラインに対して負荷容量を常に形成することとなり、周波数特性を劣化させる要因となる。したがって、専ら高周波成分が伝送され、波形鈍りなどが許容されない信号ラインに適用する際には、注意を要する。たとえば、検査時以外は容量成分40に近いところで、容量成分40と故障診断部90との間を切断し、容量成分40をフローティング状態にする仕組みを設けるのがよい。
【0049】
図3は、図1に示した第1例の変形例(以下第1a例ともいう)を示す図である。ここで図3(A)は、基板レイアウトと故障診断システムの概要を示す。また図3(B)は、図3(A)に示す回路基板10の等価回路を示している。
【0050】
図3(A)に示すように、この第1a例の構成では、容量成分40を構成する電極材として、1枚の長尺状の金属部材40aが、回路基板10上のIC22の個々のピン22aに形成されている複数のパターン30に対して交差するようにかつ診断対象部分のパターン30群の全てに交差するように配置されている。この金属部材40aは、パターン30上において所定の空隙40cを隔ててまた、各パターン30に対して近接かつ非接触となるように配置されている。
【0051】
容量成分40を構成する1枚の金属部材40aの一方の端部には、回路基板10における故障の有無を検出するための故障診断部90が接続されるようになっている。そして、金属部材40aの他方の端部の近傍の回路の接地部分が同じく故障診断部90に接続されるようになっている。
【0052】
この第1a例の故障診断システム1の容量成分40部分の等価回路は、図3(B)に示すように、IC22の個々のピン22aに接続された各パターン30の全てに直交するように容量成分40を構成する金属部材40aが配置された状態となる。容量成分40を構成する金属部材40(ライン)と各パターン30との間にはクロストークを生じる原因となる浮遊容量成分48が形成される。
【0053】
そして、診断対象部分の全てのパターン30群に対して設けられた1つの金属部材40aに浮遊容量成分48を介して誘起される電圧を、回路の接地電位を基準として故障診断部90が読み取る構成となっている。第1例の基本構成では、図1(B)に示した等価回路からも分かるように、容量成分40を構成する2つの金属部材40a,40bのそれぞれに誘起される電圧を差動電圧として故障診断部90が読み取る構成となっているのと異なる。
【0054】
このように、第1例の基本構成とその変形例である第1a例とでは、クロストークにより電極板に誘起される電圧を検知する仕組みが異なるものの、故障診断部90が、検知した電圧に基づいて回路基板10の故障の有無を検知する仕組み自体には相違がなく、正常時の電圧の波形状態と、実働状態の電圧の波形状態とを比較することで、パターン30のショートや回路部材20の内部故障の有無を判断することができる。
【0055】
なお、この第1a例のさらなる変形例(以下第1b例ともいう)として、故障診断部90に接続されている金属部材40aの他方の端部の近傍から取り出した回路の接地部分に代えて、金属部材40aの他方の端部そのものと接続する構成を採ってもよい。この場合、故障診断部90は、金属部材40aに誘起された電圧を、この金属部材40aの内部インピーダンスを利用して取り込む形態となる。金属部材40aの内部抵抗がゼロであれば、金属部材40aに誘起された電圧をその両端で読み取るということは不可能である。しかし、実際には、金属部材40aの内部抵抗はゼロではなく、少なからず抵抗成分を持つので、この第1b例のような接続形態でも金属部材40aに誘起された電圧をその両端から読み取ることは可能である。
【0056】
また、この第1b例の発展形態として、図1(A)の基本形や図3(A)の変形例(第1a例)において点線で示すように、故障診断部90に導く接続線の間に適当な抵抗値を持つ抵抗素子49を挿入してもよい(以下このような構成を纏めて第1c例ともいう)。この第1c例の構成によれば、抵抗値を調整することで、検知感度を調整することができるようになるというメリットが得られる。
【0057】
図4は、本発明を実現するための基本的な構成の第2例を説明する図である。回路基板10の入出力部へ接続される単線(以下マイクロストリップラインという)32および回路基板10の表面および裏面に対して容量成分44を垂直に配置する。ここで、「回路基板10の表面および裏面に対して容量成分44を垂直に」とは、容量成分44にて取り出す信号(誘起電圧)の入出力端子が基板面に対して直交するようにという意味である。
【0058】
容量成分44としては、2枚の平板状の金属部材44a,44bが所定の空隙44cを隔ててマイクロストリップライン32に近接かつ非接触でさらに対向して配置されている。金属部材44a,44bは、回路基板10の内層面を利用するなどして回路基板10の回路パターンとは異なる面に、プリント配線パターンにより形成する。回路基板10の回路パターンの配線設計に影響を与えないようにするためである。また、プリント配線パターンにより容量成分44を構成するための電極材を回路基板の製造と同時に形成することができトータルの製造コストを低減することができる。
【0059】
容量成分44を構成する2枚の金属部材44a,44bの開放端側には、回路基板10における故障の有無を検出するための故障診断部90が接続されるようになっている。故障診断部90は、第1例と同様に、回路基板10に電源が供給されマイクロストリップライン32に接続されている回路部材20が動作することでマイクロストリップライン32の信号の変化に際して、静電的なクロストークによって容量成分40の開放端を構成する金属部材44a,44bつまり容量成分44の両端に誘起される電圧Voを測定する。そして、予め測定しておいた正常状態の誘起電圧(つまり期待値)と比較することにより、回路基板10における故障の有無を診断する。
【0060】
この第2例では、個々のマイクロストリップライン32ごとに、対応するマイクロストリップライン32により信号変化の状態を測定し、それぞれ正常状態の電圧波形と比較することで、回路基板10が正常状態にあるかどうかを確認する点が第1例と異なる。
【0061】
図5は、図1や図4に示した仕組みを利用した故障診断システムの具体例の第1例(以下第1具体例という)を示す図である。この第1具体例の故障診断システム1は、基板異常を検知するための容量成分を、回路基板10のパターン30が形成されている面とは異なる面に配する場合における故障診断への適用事例を示している。
【0062】
たとえば、誘起電圧の検知形態として上述した第1b例を採用する場合であれば、診断対象部位であるパターン30が回路基板10の表面に配されている場合、容量成分40を構成する電極部材40aを表面とは異なる裏面に配するのがよい。すなわち、裏面70には、リアクタンス成分の一例である容量成分40を構成する電極部材40aを所定位置に配置する。そして、その電極部材40aの両端から故障診断部90に接続可能なように配線を設けておく。なお、誘起電圧の検知形態としては、第1b例に限らず、基本形である第1例やその変形例である第1a例、あるいは第1c例を採用してもよい。
【0063】
容量成分40を構成する電極部材40aの設置位置は、回路基板10における故障診断対象部位と対向する位置とする。たとえば、回路部材の一例である信号入出力用のコネクタ24(図では2箇所)の配置場所と対向する位置とする。
【0064】
容量成分40の両端に、クロストーク現象によって生じる波形から、回路基板10の状態(故障の有無)を知る手順は、前述の基本構成における第1例や第2例と同様である。
【0065】
図6は、図1や図4に示した仕組みを利用した故障診断システムの具体例の第2例(以下第2具体例という)を示す図である。この第2具体例の故障診断システム1は、基板入出力部のコネクタ24の内部へリアクタンス成分の一例である容量成分40を埋め込む構成のものである。
【0066】
回路基板10上のパターン30の外部とのインタフェース部分にコネクタ24が配置されている。容量成分40は、コネクタ24部分に設けられる複数本の信号ケーブル26や引出パターン30の長手方向とほぼ直交するように設置される。コネクタ24には、容量成分40にクロストークにより誘起される故障検知用の電圧Voを故障診断部90に導くためのケーブル28a,28bが、信号ケーブル26とともに設けられる。なお、誘起電圧の検知形態としては、上述した第1例およびその変形例である第1a例、第1b例あるいは第1c例の何れを採用してもよく、採用した形態に応じて電極部材を配置すればよい。
【0067】
容量成分40の両端にクロストークにより誘起される故障検知用の電圧Voは、コネクタ24に用意されているケーブル28a,28bを利用して、外部に設けられている故障診断部90へ取り出すようにする。
【0068】
この第2具体例の構成によれば、基板間のインタフェース部分に極めて近いところで信号線の故障状況を検知することができる。したがって、基板間を接続するワイヤハーネスなどの断線あるいはショートをより確実に検知することができるようになる。
【0069】
図7は、図1や図4に示した仕組みを利用した故障診断システムの具体例の第3例(以下第3具体例という)を示す図である。この第3具体例の故障診断システム1は、電子回路システムの一例である複数(図では3つ)の回路基板をワイヤハーネス(フレキシブル基板を含む、以下同様)などで接続した場合における故障診断への適用事例を示している。ここで、図7(A)はシステム構成図であり、図7(B)は、図7(A)で示した構成における回路基板間の信号処理の流れを説明する図である。
【0070】
図6(A)に示すように、各回路基板10,12,14には、それぞれ入出力コネクタ50,52,54が設けられており、この入出力コネクタ50,52,54を利用して、2つの回路基板12,14が、回路基板10に対してワイヤハーネス56を介して並列に接続されている。
【0071】
回路基板10上の図中斜線で示した領域10a,10b、および回路基板12上の図中斜線で示した領域12aには、回路部材が搭載されている。以下、領域10a,10bにはそれぞれIC82,84が配され、領域12aにはIC86が配されている例で説明する。
【0072】
各回路基板10,12,14の入出力コネクタ50,52,54近傍には、それぞれのコネクタへと接続されるパターン30に直交するように容量成分40,42,44が配置され、その両端の電位V40,V42,V44を故障診断部90が観測するようになっている。
【0073】
信号処理の流れは、図6(B)に示すようになっている。すなわち、回路基板10上のIC82に入力した信号がIC82内で処理され(S100)、ワイヤハーネス56の信号ライン56aを介して回路基板12上のIC86に入力される(S102)。そしてIC86で処理された信号はワイヤハーネス56の信号ライン56bを介して、回路基板10上に搭載されているIC84へ入力されて処理される(S104)。IC84で処理された信号は、その後、ワイヤハーネス56の信号ライン56cを介して今度は回路基板14へと転送される(S106)。
【0074】
図8は、図7に示した構成において、容量成分40の両端の誘起電圧V40の波形の模式図であって、図8(A)は正常時の例、図8(B)は異常時の例である。故障診断部90による測定誤差を±1mVとする。なお、この例での異常時とは、回路基板10上のIC84に故障88が発生し信号処理機能が全損した場合とする。
【0075】
図8(A)に示すように、通常状態における容量成分40の両端の誘起電圧V40の静特性として、それぞれ1μsの周期で、−90mV〜+100mV、±60mV、−30mV〜+35mVの振幅で表れる3種類のピークが±5mV程度の微小変動上に観測されている。
【0076】
ここで、回路基板10上のIC84に故障88が発生した場合、3つの回路基板10,12,14は、図6(B)に示したような系統で信号処理を行なうようになっているので、故障88の影響を受ける。このため、入出力コネクタ50,52,54近傍に配されている容量成分40,42,44がクロストークにより検知する誘起電圧V40,V42,V44は、正常時と異なるようになる(波形が変わる)可能性がある。
【0077】
たとえば、図8(B)に示すように、容量成分40の両端の誘起電圧V40では、正常状態において観測されていた3種類のピーク波形のうち、±60mVの振幅を有していた波形が観測されなくなっている。したがって、故障診断部90は、容量成分40の両端の誘起電圧V40を監視し、正常時の電圧V40の波形状態と、実働状態の電圧V40の波形状態とを比較することで、3つの回路基板10,12,14からなる装置における故障の有無を判断することができる。
【0078】
図9は、図7に示した構成において、容量成分42の両端の誘起電圧V42の波形の模式図であって、図9(A)は正常時の例、図9(B)は異常時の例である。この例での異常時も、図8(B)と同様に、回路基板10上のIC84に故障88が発生し信号処理機能が全損した場合とする。
【0079】
図9(A)に示すように、通常状態における容量成分42の両端の誘起電圧V42の静特性として、2種類のピークが500nsの周期で観測され、それぞれ−70mV〜+75mV、および±65mVの振幅が±5mV程度の微小変動上に表れている。
【0080】
図9(B)に示すように、異常状態における容量成分42の両端の誘起電圧V42では、正常状態と比較して差異は観測されない。したがって、故障診断部90は、容量成分42の両端の誘起電圧V42を監視し、正常時の電圧V42の波形状態と、実働状態の電圧V42の波形状態とを比較しても、3つの回路基板10,12,14からなる装置における故障の有無を判断することはできない。
【0081】
図10は、図7に示した構成において、容量成分44の両端の誘起電圧V44の波形の模式図であって、図10(A)は正常時の例、図10(B)は異常時の例である。この例での異常時も、図8(B)と同様に、回路基板10上のIC84に故障88が発生し信号処理機能が全損した場合とする。
【0082】
図10(A)に示すように、通常状態における容量成分44の両端の誘起電圧V44の静特性として、それぞれ800nsの周期で、±40mV、−25mV〜+30mV、±10mVの振幅で表れる3種類のピークが±5mV程度の微小変動上に観測されている。
【0083】
図10(B)に示すように、異常状態における容量成分44の両端の誘起電圧V44では、容量成分40の誘起電圧V40と同様に、正常時に観測されていた3種類のピーク波形のうち正常状態において最小振幅±10mVのピーク波形を除く2種類のピーク波形の振幅が減少していることが観測されている。したがって、故障診断部90は、容量成分44の両端の誘起電圧V44を監視し、正常時の電圧V44の波形状態と、実働状態の電圧V44の波形状態とを比較することで、3つの回路基板10,12,14からなる装置における故障の有無を判断することができる。
【0084】
このように、図7に示したような信号処理系統の構成例では、誘起電圧V40,V42,V44のうちV40およびV44の波形が正常でないことが観測され、装置に何らかの異常が存在することを判断することができる。ただし、このままでは、3つの回路基板10,12,14の何れに故障原因があるのかの特定は難しい。
【0085】
ここで、図7(B)で示した信号処理フローとの比較で細かく検討してみる。誘起電圧V42に異常が見られないということは、回路基板10上のIC82で処理された信号が正常に回路基板12のIC86に伝達され回路基板12上で処理されるプロセスが正常で、また回路基板12のIC86で処理された信号が正常に回路基板10に伝達されているものの、回路基板10上のIC84で処理された信号が回路基板14へ転送されて回路基板14上で処理されるプロセスに異常が見られるということになる。
【0086】
ここで、回路基板14の入力に異常がないものとすると、回路基板14の上流部である回路基板10に異常が発生していると考えることが可能となる。つまり、本例の故障モードである、回路基板10上のIC84に故障88が発生し信号処理機能が全損した状態を的確に表している。
【0087】
このように、複数の回路基板により構成されている装置において、基板間のインタフェース部分での誘起電圧を基板ごとに検知する場合には、装置における信号処理シーケンスとリンクさせて判断することで、異常箇所(前例では故障の生じている基板)を的確に特定することができる。
【0088】
図11は、図1や図4に示した仕組みを利用した故障診断システムの具体例の第4例(以下第4具体例という)を示す図である。ここで、図11(A)はシステム構成図であり、図11(B)および図11(C)は、電極部材の固定方法を説明する図である。
【0089】
この第4具体例の故障診断システム1は、複数(図では3つ)の回路基板をワイヤハーネス(フレキシブル基板を含む、以下同様)などで接続した場合における故障診断への適用事例である図7の構成の変形例を示している。
【0090】
図7の構成では、リアクタンス成分の一例である容量成分を構成する電極部材を各回路基板の基板間インタフェース部のパターン部分に配置していたが、この変形例は、基板間を接続するワイヤハーネスと一体的に設けるようにしている点が異なる。
【0091】
図10(A)に示すように、この故障診断システム1は、3つの回路基板10,12,14が、基板上のコネクタ24とワイヤハーネス52とを介して縦続されている。ここで、たとえば、誘起電圧の検知形態として上述した第1b例を採用する場合であれば、容量成分40を構成する電極部材40aを、ワイヤハーネス52の通常の信号線用の個々の信号ケーブル57の長手方向に対してほぼ直交するように交差して配置する。個々の信号ケーブル57は被覆材で覆われているので、特段の手段を講じなくても、信号ケーブル57の芯線と電極部材40aとがショートする虞れはない。
【0092】
電極部材40aの両端は、図11(B)および図11(C)に示すように、回路基板10,12,14における故障の有無を検出するための故障診断部90が接続されるようになっている。なお、誘起電圧の検知形態としては、第1b例に限らず、基本形である第1例やその変形例である第1a例、あるいは第1c例を採用してもよい。
【0093】
電極部材40aとワイヤハーネス52とは、通常の信号線用の信号ケーブル57と電極部材40aとの物理的な位置関係が安定するように、両者を所定の方法で固定することが好ましい。
【0094】
たとえば、図11(B)に示すように、通常の信号線用の信号ケーブル57と電極部材40aとを一体的に被覆材52aで覆う手法を採るとよい。電極部材40aと故障診断部90とを接続する誘起電圧検知用のケーブルもこの被覆材52aで覆ってもよい。
【0095】
こうすることで、リアクタンス成分の一例である容量成分を、基板入出力部インターフェイスを構成するコネクタと接続されるワイヤハーネス(ケーブル)内部に収容させて一体化させることができ、故障診断中の誘起電圧の状態を確実に安定化させることができるので、診断性能が向上する。加えて、電極部材40aと装置内の他の部材とがショートする虞れを回避することもできる。
【0096】
また、図11(C)に示すように、通常の信号線用の信号ケーブル57と電極部材40aとをテーピング部材52bや結束バンドなどの締結部材で共締めすることで一体化させる手法を採ってもよい。この場合、電極部材40aと装置内の他の部材とがショートする虞れを回避するため、電極部材40aの全体をテーピング部材52bで覆うようにすることが好ましい。
【0097】
図12は、リアクタンス成分の一例である容量成分を構成する電極部材の配置方法の変形例を説明する図である。
【0098】
上述した各例においては、図12(A)にも示すように、容量成分を構成する電極部材40aを、故障診断の対象部材であるパターン30やワイヤハーネスの信号ケーブル57の長手方向に対して、近接かつ非接触の状態でほぼ直交するように交差させて配置していた。こうすることで、複数本のパターン30や信号ケーブル57との間で同時に静電的結合させることができ、それによる誘起電圧を1つの容量成分40で同時に検知することができるメリットが得られる。
【0099】
しかしながら、図4にも示したように、個々のパターン30や信号ケーブル57(すなわち信号ライン)ごとに容量成分を配してもよく、電極部材40aの配置形態は、必ずしも、このような形態に限らない。たとえば、図12(B)に示すように、容量成分を構成する電極部材40aを、故障診断の対象部材であるパターン30や信号ケーブル57の長手方向に対して、近接かつ非接触の状態で並行に配置してもよい。完全に平行に配置する形態では、個々の信号ラインごとに容量成分を構成する電極部材40aを設ける必要があるが、それぞれの信号ラインごとに異常の有無を切り分けて検知できるメリットが得られる。
【0100】
また、図12(C)に示すように、信号ラインと電極部材40aとが斜めに交差するように配置してもよい。この場合、図12(A)に示す直交配置の形態と同様に、複数本のパターン30や信号ケーブル57との間で同時に静電的結合させることができ、それによる誘起電圧を1つの容量成分40で同時に検知することができるメリットが得られる。
【0101】
また、図12(C)に示す形態では、その傾き角Δによって信号ラインと電極部材40aとの間での対向する面積が変わるので、故障診断部90が検知する誘起電圧Voも変わり得る。したがって、その傾き角Δを変えることで、カップリングの強さを調整することも可能となる。この場合、全体としての検知電圧か大きくなる状態にその傾き角を設定してもよいし、特に注目しなければならないピーク部分が最大となるように設定してもよい。
【0102】
図13は、本発明を実現するための基本的な構成の第3例を説明する図である。上述した各事例(第1例および第2例の基本構成とそれらの具体例)は、リアクタンス成分の一例である容量成分(容量性リアクタンス成分)を構成する電極部材と信号ライン(プリント配線パターンや信号ケーブル)との間での静電的結合により、容量成分を構成する電極部材に誘起される電圧を検知することで、故障の有無を判断する仕組みであったが、この第3例は電磁的結合を利用する点で異なる。
【0103】
たとえば、図13に示すように、回路基板10上のある特定の搭載パーツとしての入出力インタフェースコネクタ24に注目して、入出力インタフェースコネクタ24の周囲を包囲するように、リアクタンス成分の一例であるインダクタンス成分(誘導性リアクタンス成分)41を配置する。図示した例では、1ターンコイルとしてプリント配線パターンを形成しているが、これに限らず、複数回巻きとなるようにパターンコイルを形成してもよい。インダクタンス成分41の開放端は、故障診断部90が接続されるようになっている。
【0104】
この第3例の形態では、入出力インタフェースコネクタ24における入出力インタフェース信号が発生する磁界(の総和)とインダクタンス成分41との間で電磁的(Magnetic )な結合が生じ、これにより、インダクタンス成分41の両端(開放端)に検知信号が得られる。故障診断部90は、このインダクタンス成分41に誘起される誘導起電力を検出することで、そのインタフェースピン(信号ライン)における信号故障の有無を診断する。
【0105】
なお、図示した例では、複数のピンを纏めて検出するようにコイル(インダクタンス成分41)を形成したが、個々のピンに対して形成し、それぞれ独立に検出するようにしてもよい。
【0106】
また、インダクタンス成分41と信号ラインとの向きの関係、あるいは故障診断部に導く接続線の間に適当な抵抗値を持つ抵抗素子を挿入するなど、静電的結合を利用した各実施形態で述べてきた事項は、この電磁的結合を利用する形態でも、電磁的結合に応じた変更を加えつつ、略同様に適用可能である。
【0107】
静電的結合を利用するのか電磁的結合を利用するのかは、信号ラインの電圧変動の周波数成分との関係で、次のような観点で決めるとよい。容量結合を利用する形態では、周波数が高くなるほどインピーダンスが低くなり検知感度が低下する傾向にあると考えられる。一方、電磁的結合を利用する形態では、周波数が低くなるほどインピーダンスが低くなり検知感度が低下する傾向にあると考えられる。したがって、精度のよい検知を行なうには、信号ラインの電圧変動の周波数成分が主に低周波の場合には静電的結合、主に高周波の場合には電磁的結合とすればよい。だだし、実際には、必ずしもこのように言い切れるものではなく、カットアンドトライ(試行錯誤)で決めるのがよい。
【0108】
以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【0109】
また、上記の実施形態は、クレーム(請求項)にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【0110】
たとえば、上記実施形態では、ピーク波形の振幅における波形形状の差異(正常状態との差)を検知することで故障の有無を判断すること言及するに留めたが、これに限らず、変動周期やパルス幅、あるいはピークのない波形の場合にはその絶対値の変動などに基づいて、故障の有無を判断することもできる。
【0111】
また、上記実施形態では、生データとしての波形そのものを取り扱ったが、高周波信号などのようにそのままでは波形の高精度な観測が非常に困難な場合には、波形の整流や増幅などの加工によって差異を見出すこともできる。
【0112】
さらに、生データを加工する他の手段としてフーリエ変換などの周波数情報として差異を求めたり、あるいはMTS(Maharanobis−Taguchi−System)法などを用いた統計学的な手法から差異を求めたりすることもできる。
【0113】
また、上記説明から明らかなように、故障診断システムに使用される基板として、以下の構成を発明として提案することができる。以下列記する。
【0114】
<付記1>上記実施形態で説明した故障診断システムに使用される回路基板であって、故障診断の対象の前記信号ラインの近傍に前記信号ラインに対して非接触かつ固定的に配置された、前記信号ラインとの間での静電的結合または電磁的結合により誘起される前記信号ラインの信号変化に対応した電気信号を検出するためのリアクタンス成分を備えていることを特徴とする回路基板。
【0115】
<付記2>前記リアクタンス成分は、前記信号ラインとの間で前記静電的結合をなす容量性リアクタンス成分であることを特徴とする付記1に記載の回路基板。
【0116】
<付記3>前記リアクタンス成分は、前記信号ラインとの間で前記電磁的結合をなす誘導性リアクタンス成分であることを特徴とする付記1に記載の回路基板。
【0117】
<付記4>前記リアクタンス成分と前記故障診断部との間の、前記リアクタンス成分により検出された電気信号のための伝送ラインに、抵抗成分が挿入されていることを特徴とする付記1から3のうちの何れか1つに記載の回路基板。
【0118】
<付記5>前記リアクタンス成分は、前記信号ラインに対して対向するように配置された平板状の電極部材を備えることを特徴とする付記1から4のうちの何れか1つに記載の回路基板。
【0119】
<付記6>前記電極部材は、回路基板上にプリント配線パターンにより形成されていることを特徴とする付記5に記載の回路基板。
【0120】
<付記7>前記回路基板は基板を複数積層してなる多層基板であって、
前記電極部材をなす前記プリント配線パターンは、前記多層基板の内層面であって前記信号ライン用のプリント配線パターンの配されている層とは異なる層に形成されていることを特徴とする付記6に記載の回路基板。
【0121】
<付記8>前記電極部材は、複数の信号ラインと前記電極部材との間での前記静電的結合または前記電磁的結合により前記電極部材に誘起される前記複数の信号ラインの信号変化に対応したそれぞれの電気信号を同時に検出することが可能なように、前記複数の前記信号ラインに対して交差するように配置されていることを特徴とする付記5から7のうち何れか1つに記載の回路基板。
【0122】
<付記9>前記リアクタンス成分は、複数の回路基板間のインタフェース部分の前記信号ラインに対して設けられていることを特徴とする付記1から8のうちの何れか1つに記載の回路基板。
【0123】
<付記10>前記リアクタンス成分は、前記インタフェース部分のために設けられたコネクタの内部に配置されていることを特徴とする付記9に記載の回路基板。
【0124】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、基板上のプリント配線パターンやワイヤハーネスの信号ケーブルなどの信号ラインの近傍に、リアクタンス成分の一例である容量成分やインダクタンス成分を、テーピング部材や接着部材あるいはプリント配線パターンなどを利用して固定的に設け、信号ラインとの間での静電的結合や電磁的結合によりリアクタンス成分に生じる信号を検知し、予め取得しておいた正常時の信号と稼働時の検知信号とを比較することで、電子回路システムの故障の有無を調べるようにした。
【0125】
リアクタンス成分の一例である容量成分やインダクタンス成分をテーピング部材や接着部材あるいはプリント配線パターンなどを利用して固定的に設けるという簡単かつ低コストな構成で、センシング部として機能するリアクタンス成分と回路基板やケーブルの物理的な位置関係を固定することができる。そしてこれにより、故障診断中の検知信号の状態を確実に安定化させることができる。つまり、故障診断の判断指標となるリアクタンス成分に誘起される信号を精度よく取得することができ、診断性能も向上する。
【0126】
また、リアクタンス成分を固定的に配置しているので、診断箇所にプローブを近づけて観察したり、プローブを対象部位に近づけたりするためのメカニカルな手段を必要としない。平板電極などで構成された簡易な構造のリアクタンス成分を診断対象部位に応じて、それぞれの場所に設けても、コストアップはさほど生じない。
【0127】
これらのことにより、コスト面と故障診断の対象部位の設定の自由度という点で、利用者にとって、使い勝手のよい故障診断の仕組みを提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実現するための基本的な構成の第1例を説明する図である。
【図2】図1に示した故障診断システムの回路基板に電源を投入した状態における容量成分の誘起電圧Voの波形の模式図である。
【図3】図1に示した第1例の変形例を示す図である。
【図4】本発明を実現するための基本的な構成の第2例を説明する図である。
【図5】図1や図4に示した仕組みを利用した故障診断システムの第1の具体例を示す図である。
【図6】図1や図4に示した仕組みを利用した故障診断システムの第2の具体例を示す図である。
【図7】図1や図4に示した仕組みを利用した故障診断システムの第3の具体例を示す図である。
【図8】図7に示した構成において、容量成分40の両端の誘起電圧V40の波形の模式図である。
【図9】図7に示した構成において、容量成分42の両端の誘起電圧V42の波形の模式図である。
【図10】図7に示した構成において、容量成分44の両端の誘起電圧V44の波形の模式図である。
【図11】図1や図4に示した仕組みを利用した故障診断システムの具体例の第4例を示す図である。
【図12】リアクタンス成分の一例である容量成分を構成する電極部材の配置方法の変形例を説明する図である。
【図13】本発明を実現するための基本的な構成の第3例を説明する図である。
【図14】従来の故障診断の仕組みに使用されているプローブの一例を示す図である(非特許文献1より引用)。
【図15】従来の故障診断の仕組みに使用されているプローブの他の一例を示す図である(特許文献1より引用)。
【図16】従来の故障診断の仕組みに使用されているプローブの他の一例を示す図である(特許文献2より引用)。
【図17】人の手を介在することで、プローブを対象部位に近づけるための仕組みの概要を示す図である。
【符号の説明】
1…故障診断システム、10…回路基板、14…回路基板、20…回路部材、24…コネクタ、30…パターン、32…マイクロストリップライン、40,44…容量成分、40a,40b…金属部材、41…インダクタンス成分、48…浮遊容量成分、56…ワイヤハーネス、90…故障診断部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention predicts the operation, performance abnormality, or failure of a circuit member in a device having a circuit board on which a circuit member is mounted, for example, a printer device, a facsimile device, or a device such as a multifunction peripheral having those functions. The present invention relates to a method of detecting and detecting (hereinafter collectively referred to as a failure diagnosis), a failure diagnosis system for implementing the failure diagnosis method, and a circuit board used in the failure diagnosis system.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-211800
[Patent Document 2]
JP-A-2000-74998
[Non-patent document 1]
Hisashi Fujishiro, Toshifumi Yamada, Masayoshi Iwahara, "Detection of Printed Wiring Defects by Eddy Current Testing", [online], [Searched September 1, 2002], Internet <URL: http: // magmac1. ec. t. kanazawa-u. ac. jp / magcap-j / research-j / ecta-j. html>
[0003]
2. Description of the Related Art In recent years, as electronic devices such as personal computers and copiers have been improved in performance and functions, analog and digital electronic circuits for various applications for realizing them have been increasingly stored in the form of printed circuit boards. .
[0004]
In addition, a number of electronic circuit boards with high reliability and high-speed and high-precision operation are mounted as means for operation control in other industrial devices such as automobiles, aviation, robots and semiconductor design devices. . These electronic circuit boards are connected via various cables in order to realize a series of functions, thereby achieving desired specifications.
[0005]
The environment in which the device on which such a board is mounted is used is usually in an office or a house, but it may be used in other harsh environments, and it is very diverse. Over. In particular, when the use environment is poor, various abnormalities and failures that are difficult to detect occur even if the device is used in a normal manner, and a great deal of labor is required to repair the abnormalities and failures.
[0006]
In addition, even when the electronic circuit is used in a normal use environment, an abnormality or a failure of the electronic circuit occurs, the frequency of the abnormality is not always low, and the detection location cannot often be specified. Further, when an abnormality occurs in the electronic circuit board, it is necessary to take an urgent action in terms of safety and cost.
[0007]
As a general method of fault diagnosis, a fault location is identified while monitoring (monitoring) the voltage and signal waveform of a main location using a measuring device such as a tester. However, in such a diagnostic method, it is necessary to perform measurement at various points, and trouble is required for trouble diagnosis, and there is a problem that work efficiency is poor.
[0008]
Therefore, as an efficient diagnosis method, there is a self-diagnosis system (Diagnostics system) in which the apparatus itself diagnoses each board when the apparatus is started. In this self-diagnosis system, for example, a signal pattern when the apparatus is operating is monitored for each circuit module or each board, and is compared with an expected value stored in advance to determine whether or not a failure has occurred. Is to be identified.
[0009]
For example, when a service center is notified of an error or failure information about a copier or printer, a repair person rushes to the site to repair the failure based on the failure location information and failure history information recorded on the equipment. Measures such as specifying the part, replacing it, or performing repair work may be taken. Alternatively, if these devices are connected to a network and automatically transmit status management, failure information, etc. to the department that manages these information, the information must be analyzed in advance and repaired. Similar actions may be taken by the person in charge.
[0010]
However, when the above-described abnormality or failure occurs, there is a disadvantage on the user side that the device is normally unusable and downtime occurs. Also, for the maker side, it takes much time to specify the faulty part, and the faulty part cannot always be specified accurately, and measures such as replacing all the parts considered to be faulty cause a great cost, Or there are situations in which repair itself takes time, and manpower-like responses cannot keep up. Therefore, there is a fact that both the user side and the maker side frequently suffer a great loss.
[0011]
Therefore, when identifying a failure part or predicting the occurrence itself, various abnormal states and failure states are fully understood, such as increasing the accuracy of identification and reducing the time loss until identification. Various attempts have been made on a method of implementing these configurations simply and at low cost.
[0012]
As a method for inspecting an electronic circuit board, a method using an image has been conventionally known, but today, as a new approach, an inspection method using an electrostatic coupling, an electromagnetic coupling, or an electro-optic effect has been proposed. .
[0013]
For example, Non-Patent Document 1 proposes a method of detecting a defect in a printed wiring using an eddy current flaw detection technique. This method uses an ultra-small and uniquely shaped magnetic field detection probe for detecting a magnetic field generated from a current flowing through a wiring serving as a target (a target part for failure diagnosis) as shown in FIG. This is a method of detecting an abnormality occurring in a substrate including a failure of an IC by a method of non-contact scanning of wiring of the substrate by a non-contact method. According to this method, disconnection or abnormal line width of the current high-density printed circuit board can be realized at high speed without mechanical stress.
[0014]
Further, as shown in FIG. 15, Patent Document 1 discloses an IC package probing device used for IC operation check and failure analysis corresponding to the recent increase in the density of IC package pins. In the failure detection method described in Patent Document 1, an attempt is made to realize efficient failure detection by forming a near-magnetic field probe group having the same arrangement as the lead terminals of the IC package.
[0015]
In addition, as shown in FIG. 16, in Patent Document 2, the current value of each board is read using a current sensor or the like, and is compared with a normal value stored in a memory to specify a failure portion and to quickly determine the location of a failure. A mechanism for realizing discovery has been proposed.
[0016]
In each of the methods described in Non-patent Document 1 and Patent Documents 1 and 2, the magnetic flux generated from the current flowing through the wiring of the circuit board and the inside of the mounted component is passed through the coil winding serving as a magnetic field sensing unit. Then, by reading the induced electromotive force generated in the magnetic field sensing unit, and comparing the read induced electromotive force with a previously measured induced electromotive force in a normal state, a method of diagnosing the presence or absence of a failure is described. In common.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
However, in each of Non-Patent Document 1 and Patent Documents 1 and 2, it is necessary to use an expensive dedicated probe (sensing probe) as a means for sensing a magnetic field, so that a failure detection cost is required.
[0018]
Further, in order to check the state of an arbitrary wiring or terminal of the sensing probe, it is necessary to bring the probe close to the vicinity and observe the state. This is because the range that can be detected by one probe is narrow, and it is necessary to bring the probe close to the diagnostic site for accurate diagnosis. Therefore, for example, as shown in FIG. 17, it is necessary to adopt a method of interposing a human hand as a means for bringing the probe closer to the target portion, or to move the probe using mechanical means. On the other hand, when such a moving method is not adopted, only the range near the fixed probe position can be detected, and the detection range becomes very narrow.
[0019]
As described above, the conventional failure diagnosis method is not always easy to use in terms of cost and the degree of freedom in setting the target part of the failure diagnosis.
[0020]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a failure diagnosis method capable of realizing an easy-to-use failure diagnosis mechanism at low cost.
[0021]
Another object of the present invention is to provide a failure diagnosis system for implementing the failure diagnosis method of the present invention, and a circuit board used for the failure diagnosis system.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
That is, the failure diagnosis method according to the present invention is a failure diagnosis method for diagnosing the presence / absence of a failure of an electronic circuit system appearing on a signal line in an electronic circuit system, wherein a reactance component is provided near a signal line to be subjected to failure diagnosis. An electric signal corresponding to the signal change of the signal line induced in the reactance component by the electrostatic or electromagnetic coupling between the signal line and the reactance component is disposed non-contact and fixed to the signal line. By detecting and comparing the detected electric signal with an electric signal corresponding to a signal change in a normal state of the electronic circuit system obtained in advance, it was decided to diagnose the failure of the electronic circuit system. .
[0023]
Here, specific examples of the “signal line to be diagnosed” include a signal input / output terminal of a circuit member on a circuit board and a transmission line at an interface between a plurality of circuit boards. The transmission line at the interface between the plurality of circuit boards includes an input / output signal line to an input / output connector for providing a signal interface between the plurality of circuit boards, a signal cable of a wire harness, and the like.
[0024]
"Fixed arrangement" means that the physical positional relationship between the reactance component and the signal line to be diagnosed is maintained in a constant state. For example, in the case where a circuit board and a reactance component are physically fixed, or when applied to an apparatus having a plurality of boards, a signal cable and a reactance component for providing a signal interface between a plurality of circuit boards. Are physically integrated with each other.
[0025]
A failure diagnosis system according to the present invention is a system for performing the above-described failure diagnosis method according to the present invention, and includes a reactance non-contact and fixedly disposed with respect to a signal line near a signal line to be subjected to failure diagnosis. Component, and an electrical signal corresponding to a signal change of the signal line induced in the reactance component due to electrostatic or electromagnetic coupling between the signal line and the reactance component. A failure diagnostic unit for diagnosing the presence or absence of a failure in the electronic circuit system by comparing the acquired electronic signal with a signal corresponding to a signal change in a normal state of the electronic circuit system is provided.
[0026]
The dependent claims define further advantageous specific examples of the fault diagnosis system according to the present invention.
[0027]
The circuit board according to the present invention is a circuit board used in the failure diagnosis system according to the present invention, and is arranged in a non-contact and fixed manner with respect to the signal line in the vicinity of the signal line to be subjected to the failure diagnosis. And a reactance component for detecting an electric signal corresponding to a signal change of the signal line induced by electrostatic coupling or electromagnetic coupling with the signal line.
[0028]
[Action]
In the above configuration according to the present invention, first, the signal line, which is the target part of the failure diagnosis, is arranged in a non-contact and fixed manner. Then, an electric signal corresponding to the signal change of the signal line induced in the reactance component by the electrostatic or electromagnetic coupling between the signal line and the reactance component is read, and the read electric signal is measured in advance. By comparing the set electrical signal with a normal signal, it is diagnosed whether the wiring of the circuit board or the mounted component has a failure.
[0029]
While the design of the conventional detection probe required a dedicated one that required advanced technology to identify the failure site from a micro viewpoint, the reactance component of the present application that functions as a detection probe is By trying to determine the presence or absence of a failure from a macro perspective, it is possible to use a reactance component with a simple structure, and a simple structure in which this reactance component is fixedly arranged according to the failure diagnosis target site is sufficient. It is characterized by the following points.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0031]
FIG. 1 is a diagram illustrating a first example of a basic configuration for realizing the present invention. Here, FIG. 1A shows an outline of a board layout and a failure diagnosis system. FIG. 1B shows an equivalent circuit of the circuit board 10 shown in FIG.
[0032]
As shown in FIG. 1A, a printed wiring pattern (hereinafter simply referred to as a pattern) 30 (not shown) is formed on a circuit board (an example of an electronic circuit system) 10 that constitutes the failure diagnosis system 1 at a predetermined corresponding position. , A circuit member 20 is mounted. The circuit member 20 may be a passive component such as a resistive element, an inductive element, or a capacitive element, or may be an active component such as a transistor or an IC (Integrated Circuit). Hereinafter, an example in which an IC 22 is mounted as the circuit member 20 will be described.
[0033]
A plurality of patterns 30 are formed from the individual pins 22a of the IC 22 on the circuit board 10 to the input / output unit of the circuit board 10. A capacitive component (capacitive reactance component) 40, which is an example of a reactance component, is arranged so as to intersect the plurality of patterns 30. As the capacitance component 40, two long thin metal members 40 a and 40 b are arranged in a line on the pattern 30 with a predetermined gap 40 c therebetween, and are close to and non-contact with the longitudinal direction of the plurality of patterns 30. And are fixedly arranged so as to intersect substantially orthogonally. It is preferable to use a taping member, an adhesive member, or the like for the fixed arrangement.
[0034]
A failure diagnostic unit 90 for detecting the presence or absence of a failure in the circuit board 10 is connected to the open ends (outside) of the two metal members 40a and 40b constituting the capacitance component 40. The failure diagnosis unit 90 configures the open end of the capacitance component 40 by crosstalk when the signal of each pattern 30 changes due to the power being supplied to the circuit board 10 and the operation of the circuit member 20 (the IC 22 in this example). A voltage (coupling voltage) Vo induced by electrostatic coupling (electrostatic coupling) between the metal members 40a and 40b, that is, the ends of the capacitance component 40 and the pattern 30 is measured. Then, the presence or absence of a failure in the circuit board 10, which is an example of the electronic circuit system, is diagnosed by comparing with a previously measured induced voltage in a normal state (that is, an expected value). By providing the failure diagnosis unit 90 on the circuit board 10, a self-diagnosis system in which the apparatus itself diagnoses the board at the time of starting the apparatus may be constructed.
[0035]
As shown in FIG. 1B, the equivalent circuit of the capacitance component 40 of the fault diagnosis system 1 having such a configuration is such that the capacitance component 40 is orthogonal to the respective patterns 30 connected to the individual pins 22a of the IC 22. Are placed in a state in which the metal members 40a and 40b constituting the above are arranged. A stray capacitance component 48 that causes crosstalk is formed between the two metal members 40 a and 40 b (lines) constituting the capacitance component 40 and each pattern 30.
[0036]
The two metal members 40a and 40b are arranged so as to be substantially divided into two with respect to the pattern 30 group of the diagnosis target portion, and the stray capacitance component 48 is added to each of the two metal members 40a and 40b constituting the capacitance component 40. The failure diagnostic unit 90 reads a voltage induced via the differential diagnosis unit as a differential voltage.
[0037]
FIG. 2 is a schematic diagram of the waveform of the induced voltage Vo across the capacitance component 40 in a state where power is supplied to the circuit board 10 of the failure diagnosis system 1 shown in FIG. 1. FIG. FIG. 2B is an example when the pattern 30 is in a normal state, and FIG. 2B is an example when the IC 22 or the pattern 30 is in an abnormal state and the signal change is not normal (abnormal).
[0038]
For example, when the circuit board 10 is operating normally, static characteristics as shown in FIG. That is, in the normal state, a waveform having four types of peaks, peak A, peak B, peak C, and peak D, is observed within the period of t11. A minute amplitude waveform of ± Vs is observed during the time when no peak appears.
[0039]
Here, in a situation where a part of the pattern 30 in FIG. 1 is broken due to a crack or the like, a part of the pattern 30 is in an open state, so that a wiring in which a signal does not flow occurs. Therefore, it also affects the time change of the voltage Vo due to the crosstalk phenomenon caused by the signal fluctuation.
[0040]
Therefore, since the voltage Vo changes with the fluctuation, a static characteristic as shown in FIG. 2B is obtained, for example. In FIG. 2B, four types of peaks within the period of t11 observed in FIG. 2A have no change in peak A, but peak B, peak C, and peak D are respectively The amplitude is very small like peak b, peak c, and peak d. Also, the amplitude of the minute amplitude waveform of ± Vs during the time when no peak occurs is very small.
[0041]
The failure diagnosis unit 90 determines whether an abnormality has occurred in the pattern 30 on the circuit board 10 by reading the difference between the peak potentials. That is, in the first example, the state of signal change of each pattern 30 is collectively measured by one capacitance component 40 and compared with a voltage waveform in a normal state to determine whether the circuit board 10 is in a normal state. Check.
[0042]
In the above-described example, the open state of the pattern 30 is described as an example of an abnormal state. However, a state in which the pattern 30 is short-circuited or the inside of the circuit member 20 (the IC 22 in this example) fails and does not operate (hereinafter, fails and does not operate). If a circuit member in a state is called a faulty member), the waveform state of the voltage Vo will be different from the above-described example of FIG. It becomes. Therefore, as described above, by comparing the waveform state of the voltage Vo in the normal state with the waveform state of the voltage Vo in the working state, it is possible to determine whether there is a short circuit of the pattern 30 or an internal failure of the circuit member 20. it can.
[0043]
The same applies to the other input / output units on the circuit board 10 in the same manner as described above, and by observing whether the signal of the board input / output unit is in the normal state, whether the circuit board 10 is in the normal state Can be confirmed.
[0044]
As described above, according to the basic configuration of the first example, a capacitance component, which is an example of a reactance component, is fixedly provided near the signal line of the circuit board by using a taping member or an adhesive member, and is connected to the signal line. By detecting the induced voltage generated in this capacitance component due to the electrostatic coupling between the two, it is possible to check for a fault by comparing the induced voltage during normal operation with the induced voltage during normal operation, which is obtained in advance. it can.
[0045]
A simple configuration in which an electrode member constituting a capacitance component is fixed near a diagnosis target portion on a substrate with a taping member or the like, and a physical positional relationship between the capacitance component 40 functioning as a sensing unit and the circuit board 10 is fixed. Can be. Thus, it is possible to reliably stabilize the state of the induced voltage during the failure diagnosis. That is, the induced voltage serving as a judgment index for failure diagnosis can be obtained with high accuracy, and the diagnostic performance is also improved.
[0046]
In addition, since the capacitance component 40 is fixedly arranged, it is needless to say that there is no need for a mechanical means for bringing the probe closer to the diagnosis location for observation or for bringing the probe closer to the target portion. Whereas the design of a conventional detection probe has attempted to identify a failure site from a microscopic viewpoint, the capacitance component 40 serving as a detection probe has a macroscopic viewpoint (in the previous example, a plurality of patterns 30 are grouped together). In order to determine the presence / absence of a failure in (1), a simple and low-cost structure in which the capacitance component 40 functioning as a detection probe is fixedly provided at a desired position on the substrate (in the vicinity of the diagnosis target site) is sufficient. It is characterized by the following points.
[0047]
Identify a faulty circuit board by arranging a capacitive component 40 at the interface between the boards and reading the state of each input / output signal of the circuit board and comparing it with a previously stored normal state. Can be. In addition, if the capacitance component 40 is arranged at the input / output terminal portion of each component, it is possible to diagnose the failure of each component.
[0048]
As described above, in the detection method using the electrostatic coupling, a load capacitance is always formed for an original signal line, which is a factor of deteriorating frequency characteristics. Therefore, care must be taken when applying the present invention to a signal line in which high-frequency components are exclusively transmitted and waveform dulling is not allowed. For example, it is preferable to provide a mechanism that disconnects the capacitance component 40 and the failure diagnosis unit 90 near the capacitance component 40 except for the time of the inspection, and brings the capacitance component 40 into a floating state.
[0049]
FIG. 3 is a diagram showing a modified example (hereinafter also referred to as a 1a example) of the first example shown in FIG. Here, FIG. 3A shows an outline of a board layout and a failure diagnosis system. FIG. 3B shows an equivalent circuit of the circuit board 10 shown in FIG.
[0050]
As shown in FIG. 3A, in the configuration of the first example, one long metal member 40 a is used as an electrode material forming the capacitance component 40, and the individual pins of the IC 22 on the circuit board 10 are provided. The pattern 30 is arranged so as to intersect with the plurality of patterns 30 formed in the pattern 22a and so as to intersect all of the patterns 30 in the portion to be diagnosed. The metal member 40a is arranged on the pattern 30 with a predetermined gap 40c therebetween and in close proximity to and non-contact with each pattern 30.
[0051]
A failure diagnosis unit 90 for detecting the presence or absence of a failure in the circuit board 10 is connected to one end of one metal member 40a constituting the capacitance component 40. The grounding portion of the circuit near the other end of the metal member 40a is connected to the failure diagnosis unit 90 in the same manner.
[0052]
As shown in FIG. 3B, the equivalent circuit of the capacitance component 40 of the failure diagnosis system 1 of the first example has a capacitance so as to be orthogonal to all the patterns 30 connected to the individual pins 22a of the IC 22. The state is such that the metal member 40a constituting the component 40 is arranged. A stray capacitance component 48 that causes crosstalk is formed between the metal member 40 (line) constituting the capacitance component 40 and each pattern 30.
[0053]
The failure diagnostic unit 90 reads a voltage induced via the stray capacitance component 48 in one metal member 40a provided for all the patterns 30 in the diagnosis target portion with reference to the ground potential of the circuit. It has become. In the basic configuration of the first example, as can be seen from the equivalent circuit shown in FIG. 1B, the voltage induced in each of the two metal members 40a and 40b forming the capacitance component 40 is regarded as a differential voltage and a failure occurs. This is different from the configuration in which the diagnosis unit 90 reads.
[0054]
As described above, although the mechanism for detecting the voltage induced on the electrode plate due to the crosstalk differs between the basic configuration of the first example and the first example, which is a modification thereof, the failure diagnosis unit 90 applies the detected voltage to the detected voltage. There is no difference in the mechanism itself for detecting the presence or absence of a failure in the circuit board 10 based on the above. By comparing the voltage waveform state in the normal state and the voltage state in the active state, a short circuit of the pattern 30 or a circuit member 20 can be determined whether there is an internal failure.
[0055]
As a further modification of the first example (hereinafter also referred to as a first example), instead of the ground portion of the circuit taken out from the vicinity of the other end of the metal member 40a connected to the failure diagnosis unit 90, A configuration for connecting to the other end of the metal member 40a itself may be adopted. In this case, the failure diagnosis unit 90 takes in the voltage induced in the metal member 40a using the internal impedance of the metal member 40a. If the internal resistance of the metal member 40a is zero, it is impossible to read the voltage induced in the metal member 40a at both ends. However, actually, since the internal resistance of the metal member 40a is not zero and has a considerable resistance component, it is impossible to read the voltage induced on the metal member 40a from both ends even in the connection mode as in the first example. It is possible.
[0056]
Further, as a development of the first example, as shown by a dotted line in the basic form of FIG. 1A and the modified example (first example) of FIG. A resistance element 49 having an appropriate resistance value may be inserted (hereinafter, such a configuration is collectively referred to as a 1c example). According to the configuration of Example 1c, there is an advantage that the detection sensitivity can be adjusted by adjusting the resistance value.
[0057]
FIG. 4 is a diagram illustrating a second example of a basic configuration for realizing the present invention. The capacitance component 44 is arranged perpendicular to the single line (hereinafter, referred to as microstrip line) 32 connected to the input / output unit of the circuit board 10 and the front and back surfaces of the circuit board 10. Here, "the capacitance component 44 is perpendicular to the front surface and the back surface of the circuit board 10" means that the input / output terminal of the signal (induced voltage) extracted by the capacitance component 44 is orthogonal to the substrate surface. Meaning.
[0058]
As the capacitance component 44, two flat plate-like metal members 44a and 44b are arranged close to the microstrip line 32 in a non-contact manner with a predetermined gap 44c therebetween. The metal members 44a and 44b are formed by a printed wiring pattern on a surface different from the circuit pattern of the circuit board 10 by using an inner layer surface of the circuit board 10, for example. This is to prevent the wiring design of the circuit pattern of the circuit board 10 from being affected. Further, the electrode material for forming the capacitance component 44 by the printed wiring pattern can be formed simultaneously with the manufacture of the circuit board, so that the total manufacturing cost can be reduced.
[0059]
A failure diagnosis unit 90 for detecting the presence or absence of a failure in the circuit board 10 is connected to the open ends of the two metal members 44a and 44b constituting the capacitance component 44. As in the first example, the failure diagnosis unit 90 is configured to supply the power to the circuit board 10 and operate the circuit member 20 connected to the microstrip line 32 to change the signal of the microstrip line 32 when the signal of the microstrip line 32 changes. The voltage Vo induced at the metal members 44a and 44b constituting the open ends of the capacitance component 40, that is, at both ends of the capacitance component 44 due to the typical crosstalk is measured. Then, the presence / absence of a failure in the circuit board 10 is diagnosed by comparing the induced voltage in a normal state (that is, an expected value) measured in advance.
[0060]
In this second example, the circuit board 10 is in a normal state by measuring the state of signal change by the corresponding microstrip line 32 for each microstrip line 32 and comparing the measured signal change with the voltage waveform in a normal state. This is different from the first example in that it is checked whether or not it is.
[0061]
FIG. 5 is a diagram illustrating a first example (hereinafter referred to as a first specific example) of a specific example of the failure diagnosis system using the mechanism illustrated in FIGS. 1 and 4. The failure diagnosis system 1 of the first specific example is applied to failure diagnosis when a capacitance component for detecting a board abnormality is arranged on a surface of the circuit board 10 different from the surface on which the pattern 30 is formed. Is shown.
[0062]
For example, in the case where the first example described above is employed as the detection mode of the induced voltage, when the pattern 30 which is the diagnosis target portion is arranged on the surface of the circuit board 10, the electrode member 40a constituting the capacitance component 40 Is preferably arranged on the back surface different from the front surface. That is, on the back surface 70, the electrode member 40a constituting the capacitance component 40 which is an example of the reactance component is arranged at a predetermined position. Then, wiring is provided so that both ends of the electrode member 40a can be connected to the failure diagnosis unit 90. The mode of detecting the induced voltage is not limited to the first example, and the first example, which is a basic form, the first example, or the first example, which is a modification thereof, may be employed.
[0063]
The installation position of the electrode member 40 a configuring the capacitance component 40 is a position facing the failure diagnosis target site on the circuit board 10. For example, it is set to a position facing a position where a signal input / output connector 24 (two positions in the figure) as an example of a circuit member is disposed.
[0064]
The procedure for knowing the state of the circuit board 10 (presence or absence of a failure) from the waveform generated by the crosstalk phenomenon at both ends of the capacitance component 40 is the same as in the first and second examples in the above-described basic configuration.
[0065]
FIG. 6 is a diagram illustrating a second example (hereinafter, referred to as a second specific example) of a specific example of the failure diagnosis system using the mechanism illustrated in FIGS. 1 and 4. The failure diagnosis system 1 of the second specific example has a configuration in which a capacitance component 40 which is an example of a reactance component is embedded in the connector 24 of the board input / output unit.
[0066]
The connector 24 is arranged on the circuit board 10 at an interface with the outside of the pattern 30. The capacitance component 40 is installed so as to be substantially orthogonal to the longitudinal direction of the plurality of signal cables 26 and the lead pattern 30 provided in the connector 24. The connector 24 is provided with cables 28 a and 28 b for guiding a voltage Vo for failure detection induced by crosstalk to the capacitance component 40 to the failure diagnosis unit 90 together with the signal cable 26. In addition, as a detection form of the induced voltage, any of the above-described first example and the modified examples 1a, 1b, and 1c may be adopted, and the electrode member may be changed according to the adopted form. It should just be arranged.
[0067]
The voltage Vo for failure detection induced by crosstalk at both ends of the capacitance component 40 is extracted to a failure diagnosis unit 90 provided outside using the cables 28a and 28b prepared in the connector 24. I do.
[0068]
According to the configuration of the second specific example, it is possible to detect a failure state of a signal line very close to an interface portion between boards. Therefore, disconnection or short-circuit of the wire harness connecting the substrates can be more reliably detected.
[0069]
FIG. 7 is a diagram showing a third example (hereinafter, referred to as a third specific example) of a specific example of the failure diagnosis system using the mechanism shown in FIGS. 1 and 4. The failure diagnosis system 1 of the third specific example is used for failure diagnosis when a plurality of (three in the figure) circuit boards, which are examples of an electronic circuit system, are connected by a wire harness (including a flexible board, the same applies hereinafter). An example of the application is shown. Here, FIG. 7A is a diagram illustrating a system configuration, and FIG. 7B is a diagram illustrating a flow of signal processing between circuit boards in the configuration illustrated in FIG. 7A.
[0070]
As shown in FIG. 6A, input / output connectors 50, 52, and 54 are provided on the circuit boards 10, 12, and 14, respectively. The two circuit boards 12 and 14 are connected in parallel to the circuit board 10 via a wire harness 56.
[0071]
Circuit members are mounted in the regions 10a and 10b indicated by oblique lines on the circuit board 10 and the regions 12a indicated by oblique lines on the circuit substrate 12. Hereinafter, an example will be described in which ICs 82 and 84 are arranged in the areas 10a and 10b, and an IC 86 is arranged in the area 12a.
[0072]
In the vicinity of the input / output connectors 50, 52, 54 of the circuit boards 10, 12, 14, capacitance components 40, 42, 44 are arranged so as to be orthogonal to the pattern 30 connected to the respective connectors. The failure diagnosis unit 90 monitors the potentials V40, V42, and V44.
[0073]
The flow of signal processing is as shown in FIG. That is, the signal input to the IC 82 on the circuit board 10 is processed in the IC 82 (S100), and is input to the IC 86 on the circuit board 12 via the signal line 56a of the wire harness 56 (S102). The signal processed by the IC 86 is input to the IC 84 mounted on the circuit board 10 via the signal line 56b of the wire harness 56 and processed (S104). The signal processed by the IC 84 is then transferred to the circuit board 14 via the signal line 56c of the wire harness 56 (S106).
[0074]
8 is a schematic diagram of the waveform of the induced voltage V40 at both ends of the capacitance component 40 in the configuration shown in FIG. 7, in which FIG. 8A shows an example in a normal state, and FIG. It is an example. The measurement error by the failure diagnosis unit 90 is ± 1 mV. Note that the abnormal state in this example refers to a case where a failure 88 has occurred in the IC 84 on the circuit board 10 and the signal processing function has been totally lost.
[0075]
As shown in FIG. 8A, the static characteristics of the induced voltage V40 at both ends of the capacitance component 40 in the normal state are represented by amplitudes of −90 mV to +100 mV, ± 60 mV, and −30 mV to +35 mV at a cycle of 1 μs. Kinds of peaks are observed on small fluctuations of about ± 5 mV.
[0076]
Here, when a failure 88 occurs in the IC 84 on the circuit board 10, the three circuit boards 10, 12, and 14 perform signal processing in a system as shown in FIG. 6B. , 88. For this reason, the induced voltages V40, V42, and V44 detected by the crosstalk by the capacitance components 40, 42, and 44 disposed near the input / output connectors 50, 52, and 54 differ from those in the normal state (the waveform changes). )there is a possibility.
[0077]
For example, as shown in FIG. 8B, among the three types of peak waveforms observed in the normal state, the waveform having an amplitude of ± 60 mV is observed in the induced voltage V40 at both ends of the capacitance component 40. Is no longer being done. Therefore, the failure diagnosis unit 90 monitors the induced voltage V40 at both ends of the capacitance component 40, and compares the waveform state of the voltage V40 in the normal state with the waveform state of the voltage V40 in the working state, so that the three circuit boards It is possible to determine the presence or absence of a failure in the device consisting of 10, 12, and 14.
[0078]
9A and 9B are schematic diagrams of the waveform of the induced voltage V42 at both ends of the capacitance component 42 in the configuration shown in FIG. 7. FIG. 9A shows an example in a normal state, and FIG. It is an example. 8B, a failure 88 occurs in the IC 84 on the circuit board 10 and the signal processing function is completely lost.
[0079]
As shown in FIG. 9A, two kinds of peaks are observed at a period of 500 ns as static characteristics of the induced voltage V42 at both ends of the capacitance component 42 in the normal state, and amplitudes of −70 mV to +75 mV and ± 65 mV, respectively. Appear on a small fluctuation of about ± 5 mV.
[0080]
As shown in FIG. 9B, no difference is observed in the induced voltage V42 between both ends of the capacitance component 42 in the abnormal state as compared with the normal state. Therefore, the failure diagnosis unit 90 monitors the induced voltage V42 at both ends of the capacitance component 42, and compares the waveform state of the voltage V42 in the normal state with the waveform state of the voltage V42 in the working state. It is not possible to determine the presence or absence of a failure in the device consisting of 10, 12, and 14.
[0081]
FIG. 10 is a schematic diagram of the waveform of the induced voltage V44 at both ends of the capacitance component 44 in the configuration shown in FIG. 7, in which FIG. 10A shows an example in a normal state, and FIG. It is an example. 8B, a failure 88 occurs in the IC 84 on the circuit board 10 and the signal processing function is completely lost.
[0082]
As shown in FIG. 10A, three types of static characteristics of the induced voltage V44 at both ends of the capacitance component 44 in the normal state, which are represented by ± 40 mV, −25 mV to +30 mV, and amplitudes of ± 10 mV at a cycle of 800 ns, respectively. The peak is observed on a small fluctuation of about ± 5 mV.
[0083]
As shown in FIG. 10B, in the induced voltage V44 at both ends of the capacitance component 44 in the abnormal state, similarly to the induced voltage V40 of the capacitance component 40, of the three types of peak waveforms observed in the normal state, It has been observed that the amplitudes of the two types of peak waveforms except for the peak waveform having a minimum amplitude of ± 10 mV are reduced. Therefore, the failure diagnosis unit 90 monitors the induced voltage V44 at both ends of the capacitance component 44, and compares the waveform state of the voltage V44 in the normal state with the waveform state of the voltage V44 in the working state, thereby obtaining three circuit boards. It is possible to determine the presence or absence of a failure in the device consisting of 10, 12, and 14.
[0084]
As described above, in the configuration example of the signal processing system as shown in FIG. 7, it is observed that the waveforms of V40 and V44 among the induced voltages V40, V42, and V44 are not normal, and it is determined that some abnormality exists in the device. You can judge. However, it is difficult to identify which of the three circuit boards 10, 12, and 14 has the cause of the failure.
[0085]
Here, a detailed examination will be made in comparison with the signal processing flow shown in FIG. The fact that no abnormality is observed in the induced voltage V42 means that the signal processed by the IC 82 on the circuit board 10 is normally transmitted to the IC 86 of the circuit board 12 and is processed on the circuit board 12 in a normal manner. A process in which a signal processed by the IC 86 of the substrate 12 is normally transmitted to the circuit board 10, but a signal processed by the IC 84 on the circuit board 10 is transferred to the circuit board 14 and processed on the circuit board 14. This means that abnormalities are seen.
[0086]
Here, assuming that there is no abnormality in the input of the circuit board 14, it can be considered that an abnormality has occurred in the circuit board 10, which is an upstream part of the circuit board 14. In other words, the failure mode of the present example accurately represents a state in which the failure 88 has occurred in the IC 84 on the circuit board 10 and the signal processing function has been completely lost.
[0087]
As described above, when an induced voltage at an interface portion between boards is detected for each board in an apparatus configured with a plurality of circuit boards, abnormalities can be determined by linking with a signal processing sequence in the apparatus. The location (in the previous example, the board where a failure has occurred) can be accurately specified.
[0088]
FIG. 11 is a diagram illustrating a fourth example (hereinafter, referred to as a fourth specific example) of a specific example of the failure diagnosis system using the mechanism illustrated in FIGS. 1 and 4. Here, FIG. 11A is a system configuration diagram, and FIGS. 11B and 11C are diagrams illustrating a method of fixing an electrode member.
[0089]
The failure diagnosis system 1 of the fourth specific example is an example of application to failure diagnosis when a plurality of (three in the figure) circuit boards are connected by a wire harness (including a flexible board, the same applies hereinafter) or the like. 1 shows a modification of the configuration of FIG.
[0090]
In the configuration of FIG. 7, the electrode members constituting the capacitance component, which is an example of the reactance component, are arranged in the pattern portion of the inter-substrate interface of each circuit board. And that they are provided integrally.
[0091]
As shown in FIG. 10A, in the failure diagnosis system 1, three circuit boards 10, 12, and 14 are cascaded via a connector 24 on the board and a wire harness 52. Here, for example, in the case where the above-described first example is employed as the detection mode of the induced voltage, the electrode member 40a constituting the capacitance component 40 is connected to the individual signal cable 57 for the normal signal line of the wire harness 52. Are arranged so as to intersect so as to be substantially orthogonal to the longitudinal direction. Since each signal cable 57 is covered with the covering material, there is no possibility that the core wire of the signal cable 57 and the electrode member 40a are short-circuited without taking any special measures.
[0092]
As shown in FIGS. 11B and 11C, a failure diagnosis unit 90 for detecting the presence or absence of a failure in the circuit boards 10, 12, and 14 is connected to both ends of the electrode member 40a. ing. The mode of detecting the induced voltage is not limited to the first example, and the first example, which is a basic form, the first example, or the first example, which is a modification thereof, may be employed.
[0093]
It is preferable that the electrode member 40a and the wire harness 52 are fixed by a predetermined method so that the physical positional relationship between the signal cable 57 for a normal signal line and the electrode member 40a is stabilized.
[0094]
For example, as shown in FIG. 11B, a method of integrally covering the signal cable 57 for a normal signal line and the electrode member 40a with the covering material 52a may be adopted. The cable for detecting the induced voltage connecting the electrode member 40a and the failure diagnosis unit 90 may be covered with the covering material 52a.
[0095]
By doing so, the capacitance component, which is an example of the reactance component, can be housed and integrated in the wire harness (cable) connected to the connector constituting the board input / output unit interface, and induced during the failure diagnosis. Since the state of the voltage can be reliably stabilized, the diagnostic performance is improved. In addition, it is possible to avoid a possibility that the electrode member 40a is short-circuited with another member in the device.
[0096]
In addition, as shown in FIG. 11C, a method is adopted in which the signal cable 57 for a normal signal line and the electrode member 40a are united by co-fastening with a fastening member such as a taping member 52b or a binding band. Is also good. In this case, it is preferable that the entirety of the electrode member 40a be covered with the taping member 52b in order to avoid a possibility that the electrode member 40a and other members in the apparatus are short-circuited.
[0097]
FIG. 12 is a diagram illustrating a modification of the method of arranging the electrode members constituting the capacitance component, which is an example of the reactance component.
[0098]
In each of the above-described examples, as shown in FIG. 12A, the electrode member 40a constituting the capacitance component is moved in the longitudinal direction of the pattern 30 or the signal cable 57 of the wire harness, which is a member to be subjected to failure diagnosis. , Are arranged so as to intersect so as to be substantially orthogonal to each other in a close and non-contact state. By doing so, the plurality of patterns 30 and the signal cables 57 can be electrostatically coupled at the same time, so that there is an advantage that the induced voltage due to the electrostatic coupling can be detected by one capacitance component 40 at the same time.
[0099]
However, as shown in FIG. 4, a capacitance component may be arranged for each pattern 30 and each signal cable 57 (that is, signal line), and the arrangement of the electrode member 40a is not necessarily limited to such an arrangement. Not exclusively. For example, as shown in FIG. 12 (B), the electrode members 40a constituting the capacitance component are arranged in parallel with each other in a close and non-contact state with respect to the longitudinal direction of the pattern 30 or the signal cable 57 which is a member for failure diagnosis. May be arranged. In the case where the electrodes are completely arranged in parallel, it is necessary to provide the electrode member 40a constituting the capacitance component for each signal line. However, there is an advantage that the presence or absence of an abnormality can be separately detected for each signal line.
[0100]
Alternatively, as shown in FIG. 12C, the signal line and the electrode member 40a may be arranged so as to obliquely intersect. In this case, as in the case of the orthogonal arrangement shown in FIG. 12A, the plurality of patterns 30 and the signal cables 57 can be electrostatically coupled at the same time, and the induced voltage due to this can be reduced to one capacitance component. The advantage of being able to detect simultaneously at 40 is obtained.
[0101]
Further, in the embodiment shown in FIG. 12C, the area of the signal line and the electrode member 40a facing each other changes depending on the inclination angle Δ, so that the induced voltage Vo detected by the failure diagnosis unit 90 can also change. Therefore, by changing the inclination angle Δ, the coupling strength can be adjusted. In this case, the inclination angle may be set in a state where the detection voltage as a whole becomes large, or may be set so that a peak portion that requires special attention is maximized.
[0102]
FIG. 13 is a diagram illustrating a third example of a basic configuration for realizing the present invention. Each of the above-described cases (basic configurations of the first and second examples and their specific examples) includes an electrode member forming a capacitance component (capacitive reactance component), which is an example of a reactance component, and a signal line (printed wiring pattern and / or the like). This is a mechanism in which the presence or absence of a failure is determined by detecting a voltage induced on an electrode member constituting a capacitance component by electrostatic coupling with the signal cable). The difference is in the use of dynamic coupling.
[0103]
For example, as shown in FIG. 13, focusing on the input / output interface connector 24 as a specific mounting part on the circuit board 10, this is an example of a reactance component so as to surround the input / output interface connector 24. An inductance component (inductive reactance component) 41 is arranged. In the illustrated example, the printed wiring pattern is formed as a one-turn coil. However, the present invention is not limited to this, and the pattern coil may be formed so as to be wound plural times. The open end of the inductance component 41 is connected to the failure diagnosis unit 90.
[0104]
In the third embodiment, electromagnetic coupling is generated between the magnetic field (total) generated by the input / output interface signal in the input / output interface connector 24 and the inductance component 41, thereby generating the inductance component 41. A detection signal is obtained at both ends (open ends) of. The failure diagnosis unit 90 diagnoses the presence or absence of a signal failure at the interface pin (signal line) by detecting the induced electromotive force induced in the inductance component 41.
[0105]
In the illustrated example, the coil (the inductance component 41) is formed so as to collectively detect a plurality of pins. However, the coil may be formed for each pin and detected independently.
[0106]
In addition, in each embodiment using the electrostatic coupling, for example, the relationship between the orientation of the inductance component 41 and the signal line or the insertion of a resistance element having an appropriate resistance value between the connection line leading to the failure diagnosis unit. The items described above can be applied to the form using the electromagnetic coupling in almost the same manner, with a change corresponding to the electromagnetic coupling.
[0107]
Whether to use the electrostatic coupling or the electromagnetic coupling may be determined from the following viewpoint in relation to the frequency component of the voltage fluctuation of the signal line. In the form using the capacitive coupling, it is considered that the higher the frequency, the lower the impedance and the lower the detection sensitivity. On the other hand, in the form using electromagnetic coupling, it is considered that the lower the frequency, the lower the impedance and the lower the detection sensitivity. Therefore, in order to perform accurate detection, electrostatic coupling may be used when the frequency component of the voltage fluctuation of the signal line is mainly low frequency, and electromagnetic coupling may be mainly used when the frequency component is high frequency. In practice, however, this is not always the case, and it is better to decide by cut and try (trial and error).
[0108]
As described above, the present invention has been described using the embodiment. However, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the embodiment. Various changes or improvements can be made to the above-described embodiment without departing from the spirit of the invention, and embodiments with such changes or improvements are also included in the technical scope of the present invention.
[0109]
Further, the above embodiments do not limit the invention according to the claims (claims), and all combinations of the features described in the embodiments are not necessarily essential to the means for solving the invention. Absent. The embodiments described above include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent features. Even if some components are deleted from all the components shown in the embodiment, as long as the effect is obtained, a configuration from which some components are deleted can be extracted as an invention.
[0110]
For example, in the above-described embodiment, it is mentioned that the presence or absence of a failure is determined by detecting a difference in waveform shape (difference from a normal state) in the amplitude of a peak waveform. However, the present invention is not limited to this. It is also possible to determine the presence or absence of a failure based on the pulse width, or in the case of a waveform having no peak, the fluctuation of its absolute value.
[0111]
In the above embodiment, the waveform itself as raw data was handled. However, when it is extremely difficult to observe the waveform with high accuracy as it is, such as a high-frequency signal, processing such as rectification and amplification of the waveform is performed. Differences can also be found.
[0112]
Further, as another means for processing the raw data, a difference may be obtained as frequency information such as Fourier transform, or a difference may be obtained from a statistical method using an MTS (Maharanobis-Taguchi-System) method or the like. it can.
[0113]
Further, as is apparent from the above description, the following configuration can be proposed as an invention as a substrate used in the failure diagnosis system. These are listed below.
[0114]
<Supplementary Note 1> A circuit board used in the failure diagnosis system described in the above embodiment, which is arranged in a non-contact and fixed manner with respect to the signal line in the vicinity of the signal line to be subjected to failure diagnosis. A circuit board, comprising: a reactance component for detecting an electric signal corresponding to a signal change of the signal line induced by electrostatic or electromagnetic coupling with the signal line.
[0115]
<Supplementary Note 2> The circuit board according to Supplementary Note 1, wherein the reactance component is a capacitive reactance component that forms the electrostatic coupling with the signal line.
[0116]
<Supplementary Note 3> The circuit board according to supplementary note 1, wherein the reactance component is an inductive reactance component that forms the electromagnetic coupling with the signal line.
[0117]
<Supplementary Note 4> The supplementary notes 1 to 3, wherein a resistance component is inserted in a transmission line between the reactance component and the failure diagnosis unit for an electric signal detected by the reactance component. The circuit board according to any one of the above.
[0118]
<Supplementary Note 5> The circuit board according to any one of Supplementary Notes 1 to 4, wherein the reactance component includes a plate-shaped electrode member arranged to face the signal line. .
[0119]
<Supplementary Note 6> The circuit board according to supplementary note 5, wherein the electrode member is formed by a printed wiring pattern on the circuit board.
[0120]
<Supplementary Note 7> The circuit board is a multilayer board formed by stacking a plurality of boards,
The printed wiring pattern forming the electrode member is formed on an inner layer surface of the multilayer substrate and is different from a layer on which the printed wiring pattern for the signal line is arranged. The circuit board according to claim 1.
[0121]
<Supplementary Note 8> The electrode member corresponds to a signal change of the plurality of signal lines induced in the electrode member by the electrostatic coupling or the electromagnetic coupling between the plurality of signal lines and the electrode member. The signal lines are arranged so as to intersect with the plurality of signal lines so that the respective electric signals can be simultaneously detected. Circuit board.
[0122]
<Supplementary note 9> The circuit board according to any one of supplementary notes 1 to 8, wherein the reactance component is provided for the signal line in an interface portion between a plurality of circuit boards.
[0123]
<Supplementary Note 10> The circuit board according to supplementary note 9, wherein the reactance component is disposed inside a connector provided for the interface portion.
[0124]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a capacitance component or an inductance component, which is an example of a reactance component, is placed in the vicinity of a signal line such as a printed wiring pattern on a substrate or a signal cable of a wire harness by using a taping member or an adhesive member. It is provided fixedly using a printed wiring pattern, etc., detects the signal generated in the reactance component due to electrostatic or electromagnetic coupling with the signal line, and operates with the previously acquired normal signal. By comparing the detection signal at that time, the presence or absence of a failure in the electronic circuit system is checked.
[0125]
A simple and low-cost configuration in which a capacitance component and an inductance component, which are examples of a reactance component, are fixedly provided using a taping member, an adhesive member, a printed wiring pattern, or the like. The physical positional relationship of the cables can be fixed. Thus, the state of the detection signal during the failure diagnosis can be reliably stabilized. That is, it is possible to accurately acquire a signal induced in a reactance component serving as a determination index for failure diagnosis, and to improve diagnostic performance.
[0126]
In addition, since the reactance component is fixedly arranged, there is no need for a mechanical means for bringing the probe closer to the diagnostic location for observation or for bringing the probe closer to the target site. Even if a reactance component having a simple structure composed of a flat plate electrode or the like is provided at each location according to the diagnosis target site, the cost does not increase much.
[0127]
As a result, it is possible to provide a user-friendly failure diagnosis mechanism in terms of cost and the degree of freedom in setting a failure diagnosis target portion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a first example of a basic configuration for realizing the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of a waveform of an induced voltage Vo of a capacitance component in a state where power is supplied to a circuit board of the failure diagnosis system shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing a modification of the first example shown in FIG.
FIG. 4 is a diagram illustrating a second example of a basic configuration for realizing the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a first specific example of a failure diagnosis system using the mechanism shown in FIGS. 1 and 4.
FIG. 6 is a diagram showing a second specific example of the failure diagnosis system using the mechanism shown in FIGS. 1 and 4.
FIG. 7 is a diagram showing a third specific example of the failure diagnosis system using the mechanism shown in FIGS. 1 and 4.
8 is a schematic diagram of a waveform of an induced voltage V40 at both ends of a capacitance component 40 in the configuration shown in FIG.
9 is a schematic diagram of a waveform of an induced voltage V42 at both ends of a capacitance component 42 in the configuration shown in FIG.
10 is a schematic diagram of a waveform of an induced voltage V44 at both ends of a capacitance component 44 in the configuration shown in FIG.
FIG. 11 is a diagram showing a fourth example of a specific example of the failure diagnosis system using the mechanism shown in FIGS. 1 and 4.
FIG. 12 is a diagram illustrating a modified example of a method of arranging electrode members constituting a capacitance component which is an example of a reactance component.
FIG. 13 is a diagram illustrating a third example of a basic configuration for realizing the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing an example of a probe used in a conventional failure diagnosis mechanism (cited from Non-Patent Document 1).
FIG. 15 is a diagram showing another example of a probe used in a conventional failure diagnosis mechanism (cited from Patent Document 1).
FIG. 16 is a diagram showing another example of a probe used in a conventional failure diagnosis mechanism (cited from Patent Document 2).
FIG. 17 is a diagram showing an outline of a mechanism for bringing a probe closer to a target site by interposing a human hand.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fault diagnosis system, 10 ... Circuit board, 14 ... Circuit board, 20 ... Circuit member, 24 ... Connector, 30 ... Pattern, 32 ... Microstrip line, 40,44 ... Capacitance component, 40a, 40b ... Metal member, 41 ... Inductance component, 48 ... Stray capacitance component, 56 ... Wire harness, 90 ... Fault diagnosis unit

Claims (14)

電子回路システムにおいて信号ライン上に現れる電子回路システムの故障の有無を診断する故障診断方法であって、
故障診断の対象の前記信号ラインの近傍にリアクタンス成分を前記信号ラインに対して非接触かつ固定的に配置し、前記信号ラインと前記リアクタンス成分との間での静電的結合または電磁的結合により前記リアクタンス成分に誘起される前記信号ラインの信号変化に対応した電気信号を検出し、この検出した電気信号と、予め取得しておいた前記電子回路システムの正常時における前記信号変化に対応した電気信号とを比較することで、前記信号ラインの故障の有無を診断することを特徴とする故障診断方法。
A failure diagnosis method for diagnosing a failure of an electronic circuit system appearing on a signal line in an electronic circuit system,
A reactance component is arranged in a non-contact and fixed manner with respect to the signal line in the vicinity of the signal line to be subjected to the failure diagnosis, and an electrostatic or electromagnetic coupling between the signal line and the reactance component is provided. Detecting an electrical signal corresponding to a signal change of the signal line induced by the reactance component; and detecting the detected electrical signal and an electrical signal corresponding to the previously obtained signal change in a normal state of the electronic circuit system. A failure diagnosis method characterized by diagnosing a failure of the signal line by comparing the signal with a signal.
電子回路システムにおいて信号ライン上に現れる電子回路システムの故障の有無を診断する故障診断システムであって、
故障診断の対象の前記信号ラインの近傍に前記信号ラインに対して非接触かつ固定的に配置されたリアクタンス成分と、
前記信号ラインと前記リアクタンス成分との間での静電的結合または電磁的結合により前記リアクタンス成分に誘起される前記信号ラインの信号変化に対応した電気信号を検出し、この検出した電気信号と、予め取得しておいた前記電子回路システムの正常時における前記信号変化に対応した電気信号とを比較することにより、前記信号ラインの故障の有無を診断する故障診断部と
を備えたことを特徴とする故障診断システム。
A failure diagnosis system for diagnosing the presence or absence of a failure of an electronic circuit system appearing on a signal line in the electronic circuit system,
A reactance component non-contact and fixedly arranged with respect to the signal line in the vicinity of the signal line to be subjected to failure diagnosis;
Detecting an electric signal corresponding to a signal change of the signal line induced in the reactance component by electrostatic coupling or electromagnetic coupling between the signal line and the reactance component, and the detected electric signal; A failure diagnostic unit for diagnosing the presence or absence of a failure in the signal line by comparing a previously acquired electrical signal corresponding to the signal change when the electronic circuit system is normal, Fault diagnosis system.
前記リアクタンス成分は、前記信号ラインとの間で前記静電的結合をなす容量性リアクタンス成分であることを特徴とする請求項2に記載の故障診断システム。The fault diagnosis system according to claim 2, wherein the reactance component is a capacitive reactance component that forms the electrostatic coupling with the signal line. 前記リアクタンス成分は、前記信号ラインとの間で前記電磁的結合をなす誘導性リアクタンス成分であることを特徴とする請求項2に記載の故障診断システム。The fault diagnosis system according to claim 2, wherein the reactance component is an inductive reactance component that forms the electromagnetic coupling with the signal line. 前記リアクタンス成分と前記故障診断部との間の、前記リアクタンス成分により検出された電気信号のための伝送ラインに、抵抗成分が挿入されていることを特徴とする請求項2から4のうちの何れか1項に記載の故障診断システム。The resistance component is inserted in a transmission line between the reactance component and the failure diagnosis section for an electric signal detected by the reactance component. 2. The failure diagnosis system according to claim 1. 前記リアクタンス成分は、前記信号ラインに対して対向するように配置された平板状の電極部材を備えることを特徴とする請求項2から5のうちの何れか1項に記載の故障診断システム。The failure diagnosis system according to any one of claims 2 to 5, wherein the reactance component includes a plate-like electrode member arranged to face the signal line. 前記電極部材は、回路基板上にプリント配線パターンにより形成されていることを特徴とする請求項6に記載の故障診断システム。The failure diagnosis system according to claim 6, wherein the electrode member is formed on a circuit board by a printed wiring pattern. 前記回路基板は基板を複数積層してなる多層基板であって、
前記電極部材をなす前記プリント配線パターンは、前記多層基板の内層面であって前記信号ライン用のプリント配線パターンの配されている層とは異なる層に形成されていることを特徴とする請求項7に記載の故障診断システム。
The circuit board is a multilayer board formed by stacking a plurality of boards,
The said printed wiring pattern which comprises the said electrode member is formed in the layer different from the layer in which the printed wiring pattern for the said signal lines is arrange | positioned at the inner layer surface of the said multilayer substrate. 8. The failure diagnosis system according to 7.
前記電極部材は、複数の前記信号ラインに対して交差するように配置されており、
前記故障診断部は、前記複数の信号ラインと前記電極部材との間での前記静電的結合または前記電磁的結合により前記電極部材に誘起される前記複数の信号ラインの信号変化に対応したそれぞれの電気信号を同時に検出する
ことを特徴とする請求項6から8のうち何れか1項に記載の故障診断システム。
The electrode member is arranged to intersect the plurality of signal lines,
The failure diagnosing unit corresponds to a signal change of the plurality of signal lines induced in the electrode member by the electrostatic coupling or the electromagnetic coupling between the plurality of signal lines and the electrode member. The fault diagnosis system according to any one of claims 6 to 8, wherein the electrical signals are detected simultaneously.
前記リアクタンス成分は、複数の回路基板間のインタフェース部分の前記信号ラインに対して設けられていることを特徴とする請求項2から9のうちの何れか1項に記載の故障診断システム。10. The fault diagnosis system according to claim 2, wherein the reactance component is provided for the signal line at an interface between a plurality of circuit boards. 前記リアクタンス成分は、前記インタフェース部分のために設けられたコネクタの内部に配置されていることを特徴とする請求項10に記載の故障診断システム。The failure diagnosis system according to claim 10, wherein the reactance component is disposed inside a connector provided for the interface portion. 前記リアクタンス成分は、前記インタフェース部分のために設けられたワイヤハーネスと一体的に設けられていることを特徴とする請求項10に記載の故障診断システム。The failure diagnosis system according to claim 10, wherein the reactance component is provided integrally with a wire harness provided for the interface portion. 前記故障診断部は、前記複数の回路基板間における信号処理シーケンスと、検出した前記信号ラインの信号変化に対応した電気信号とに基づいて、前記複数の回路基板のうちの故障の存在している基板を特定することを特徴とする請求項10から12のうちの何れか1項に記載の故障診断システム。The failure diagnosis unit is configured to determine whether there is a failure in the plurality of circuit boards based on a signal processing sequence between the plurality of circuit boards and an electric signal corresponding to the detected signal change of the signal line. The failure diagnosis system according to claim 10, wherein the board is specified. 請求項2に記載された故障診断システムに使用される回路基板であって、
故障診断の対象の前記信号ラインの近傍に前記信号ラインに対して非接触かつ固定的に配置された、前記信号ラインとの間での静電的結合または電磁的結合により誘起される前記信号ラインの信号変化に対応した電気信号を検出するためのリアクタンス成分を備えていることを特徴とする回路基板。
A circuit board used for the failure diagnosis system according to claim 2,
The signal line induced by electrostatic coupling or electromagnetic coupling with the signal line, which is arranged in a non-contact and fixed manner near the signal line to be diagnosed with the signal line in a non-contact manner. A circuit board comprising a reactance component for detecting an electric signal corresponding to a signal change of the circuit board.
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