應用于數(shù)字電路在線測試中的后驅動技術的研究分析

1、器件故障形式和傳統(tǒng)測試維修方法

在設備的測試維修中，電路板上的故障因素比較多。實踐統(tǒng)計表明，器件故障占94％，時序故障占3％，焊點虛焊占2％，其他占1％。因此，快速、準確地查找出故障器件，是設備維修中的關鍵。

器件故障一般表現(xiàn)為功能故障和參數(shù)故障。功能故障是指器件不能實現(xiàn)其基本功能，例如，反相器不能反相，放大器不能放大等。參數(shù)故障是指器件不能很好地完成功能，例如，反相器能反相，但是扇出能力下降，放大器可以放大，但是精度下降等。

一般情況下，器件故障會反映在器件的輸入、輸出端口上，如果對故障電路板上的器件進行功能測試，找出故障器件，就能修復電路板。傳統(tǒng)的測試方法是利用示波器和萬用表對器件進行人工測試。這種方法有很多缺點：測試過程慢，修復時間長；要求測試人員熟知電路板原理，且具有豐富的測試維修經驗；測試人員的水平不同，測試結果也會不同，誤判的情況較多。

隨著電路板的日益復雜化，器件的高度集成化，傳統(tǒng)的測試方法遇到很多的困難，表現(xiàn)在：

（1）設備在出廠時，只配備了使用說明書，缺乏電氣部分的原理圖和PCB圖，給測試維修人員帶來一定的困難。

（2）現(xiàn)代設備的集成化程度較高，傳統(tǒng)的分立元件電路知識和檢測手段效率較低，效果不明顯，不再適用。

（3）器件功能測試需要進行在線測試，如何解決加電情況下與其他器件的隔離而不破壞器件，是一項技術難題。

為了提高現(xiàn)代電子測試的效率，縮減測試周期和費用，降低對測試人員的專業(yè)要求，一種新型的在線測試技術得以很快的發(fā)展和應用。

2、 后驅動技術

2．1 后驅動技術的原理

1968年，美國施倫伯格公司的Fractron首次提出“后驅動技術”的概念，該技術主要用于數(shù)字電路的在線測試。文獻對后驅動技術在軍用設備維修中使用的安全性進行了論述，并制訂了嚴格的技術規(guī)范。該軍標對后驅動的定義如下：

“后驅動情況的產生，是對節(jié)點強驅動（node focing）的直接結果。節(jié)點強驅動，是指在進行某一步測試時，將待測器件（DUT）的輸入引腳強行置為特定的邏輯狀態(tài)，而不管與之相連的其他器件引腳處于何種邏輯狀態(tài)。這種技術稱之為后驅動”。

后驅動技術的核心是利用半導體器件允許瞬間過載的特性，向被測器件的前級驅動芯片的輸出級灌入瞬間大電流，強迫其按測試要求變高或變低，以達到邏輯隔離前級器件對被測器件的影響的目的。

在數(shù)字電路中，決定電路節(jié)點電位的是前級驅動器的輸出而不是被驅動器件的輸入。根據后驅動技術的原理，通過改變節(jié)點輸出電流的大小就可以改變輸出電壓的大小。圖l顯示了一般情況下，輸出為高電平時電流由輸出端流出的情況和當輸出為低電平時電流由外部流入的情況。

后驅動技術可在線實現(xiàn)對數(shù)字IC器件的電隔離，而無須破壞性的物理性隔離，使得逐個在線測試數(shù)字IC器件功能好壞成為可能。

2．2 后驅動技術的應用分析

圖2是典型的TTL輸出級電路結構。在T4截止、T3深度飽和時輸出為低電平，輸出的低電平是T3的飽和壓降，約為0．2～O．3 V。T3飽和時，β3*Ib3》Ic3，此時若從輸出端給T3灌入足夠大的電流，T3就脫離飽和，使輸出電平提升。即：在線灌入瞬態(tài)后驅動大電流，可迫使結點由低電平置為高電平。反之，可迫使結點由高電平置為低電平。

2．3 后驅動技術對器件的影響及安全容限分析

后驅動分2種情況：將邏輯高電平強置為低電平和將邏輯低電平強置為高電平。這2種情況都會因后驅動電流的產生而使器件輸出部分PN結的溫度升高。過高的溫度會使PN結損壞或是熔斷基線。由于器件構造的原因，前一種情況中流經輸出部分的后驅動電流會受到限制。后一種情況由于不受限，流過電流較大，對器件的危害性也較大。但電流并不是造成升溫的充分條件，還要看它作用的時間，即后驅動脈沖信號周期。在充分小的周期內，后驅動電流是不會造成較大的升溫的，也不會對器件造成破壞。

為了滿足TTL和CMOS電路的測試閾值要求。閾值是對測試時高電平和低電平的規(guī)定，分為“緊”和“松”兩類。緊閾值是器件嚴格測試時遵循的標準，松閾值是對器件測試要求不高時遵循的標準。如表1所示。

文獻給出了關于TTL電路進行后驅動典型電流一電壓關系特性曲線，如圖3所示。

文獻對電路在線測試采用后驅動技術時的電流及測試時間也做了嚴格的規(guī)定。規(guī)定管腳驅動器的吸收／輸出電流不大于750 mA，作用時間不超過65 ms。

目前，國內外基于后驅動技術的在線測試儀的電流設定在500 mA以內，測試時間在16 ms以內，確保在線測試時儀器的安全。

3、 后驅動技術的應用

后驅動技術的發(fā)展，促進了測試技術和儀器的發(fā)展，開辟了現(xiàn)代電子測試維修的新途徑，改變了傳統(tǒng)的裝備測試維修方法。后驅動技術的具體應用就是電路在線測試儀。其原理如圖4所示，測試儀以測試程序庫為基礎，瞬間強制性地在被測器件的輸入端施加驅動信號，測試其實際輸出信號，并與標準代碼進行比較，結果一致時，則認為被測器件功能正常，結果不一致時，則認為被測器件功能異常。

基于后驅動技術的測試儀具有強大的測試庫，能夠測試多種器件。包括TTL75／54，CMOS40／45，各種驅動器、俄羅斯器件庫、各種 RAM／EPPROM、PLD、集成運放、比較器、穩(wěn)壓器件等。利用在線測試儀不僅可以實現(xiàn)器件的功能測試，還可以進行器件的VI特性曲線測試、型號識別，存儲器測試，電路板網絡圖提取等工作。

4、 結 語

實踐證明，基于后驅動技術的在線電路測試儀在民用和軍事領域中具有廣闊的應用前景?？梢源蟠罂s短裝備故障測試和維修的時問、快速恢復武器裝備的戰(zhàn)斗力、提高工作效率、節(jié)省維修開支。若要對電子器件進行更深層次的測試，需要在現(xiàn)有的技術基礎上，完善測試儀的測試庫，提高測試速度和精度，增加多電壓輸出以支持更多器件的測試。這也是在線測試儀的下一步發(fā)展方向。

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