PCB反规划体系中的勘探电路
1 导言
电子工程师在进行电子设备的反规划或许修理作业时，首要需求了解不知道印刷电路板（PCB）上各元件间的衔接联系，因而需求对PCB上各元件引脚之间的连通联系进行丈量并记载。
最简略的办法是将万用表打到”短路蜂鸣器”档，用两支表笔逐对地丈量引脚间连通联系，然后手艺记载”引脚对”之间的通/断路状况。为了得到一切”引脚对”之间衔接联系的全集，有必要依照组合准则安排被测”引脚对”，当PCB上元件数目及引脚数目较多时，需求丈量的”引脚对”数目将会十分巨大。显着，若选用人工办法进行这项作业，丈量、记载及校正的作业量都将会十分大。并且丈量精度较低，众所周知，一般万用表两表笔间的阻性阻抗值高至20欧姆左右时，其蜂鸣器仍会宣布响声，标明为通路。
为进步丈量功率，有必要设法完结元件”引脚对”的主动丈量、记载和校正。为此笔者规划了一个由微操控器操控的通路勘探仪作为前端勘探设备，规划了一套强壮的丈量导航软件进行后端处理，共同来完结PCB上元件引脚间通路联系的主动丈量和记载。本文首要讨论其间通路勘探电路完结主动丈量的规划思维与技能。
完结主动丈量的条件是将被测元件引脚连入勘探电路中，为此勘探设备设置若干个丈量头，经过电缆引出，丈量头可挂接各种测验夹具与元件引脚树立衔接，丈量头的数量决议了同一批连入勘探电路的引脚数。然后在程序操控下勘探仪按组合准则顺次将被测”引脚对”逐个归入丈量通路。在丈量通路中将”引脚对”之间的通/断路状况呈现为引脚间有无电阻，丈量通路将其转换为一个电压量，由此判别它们之间的通/断路联系并加以记载。
树立在这个思路之上的PCB通路勘探电路首要应完结3个功用：
·主动挑选被测”引脚对”并进行丈量；
·主动判别”引脚对”间的通路联系；
·主动记载丈量成果。
2 被测引脚对的主动挑选和丈量
2.1 被测引脚对的主动切换
为了使勘探电路能从已挂连元件引脚的很多丈量头中按组合准则顺次挑选不同的引脚进行丈量，能够设置相应的开关阵列，由程序敞开/闭合不同的开关，将元件引脚切换入丈量通路中，获取其通/断路联系。因为被丈量是一个模仿电压量，所以应该用模仿多路开关构成开关阵列，图1示出了用模仿开关阵列完结被测引脚切换的思路。
图1 用模仿开关阵列完结被测引脚的切换
2.2 通/断路联系的丈量
勘探电路的规划原理如图2所示。图中Ⅰ和Ⅱ两个方框内的两组模仿开关成对装备：Ⅰ-1与Ⅱ-1，Ⅰ-2与Ⅱ-2，……，Ⅰ-N与Ⅱ-N。模仿多路开关的闭合与否由程序经过图1所示的译码电路操控，在Ⅰ、Ⅱ两路模仿开关中最多一起只能各有一个开封闭合。例如，欲勘探丈量头1与丈量头2之间是否有通路联系，使Ⅰ-1与Ⅱ-2开封闭合，在A点与地之间经过丈量头1、2 构成丈量通路，若为通路，则A点的电压VA=0；若为断路，则VA>0。VA的值便是判别丈量头1、2之间有无通路联系的依据。这样，在瞬间即可依照组合准则将挂连在丈量头上的一切引脚间的通/断路联系丈量完毕。因为这个丈量进程是在测验夹具所夹元件引脚之间进行的，笔者称其为夹内丈量。
假如元件的引脚是不行夹的，则有必要用表笔进行丈量。如图2所示，把一支表笔连到一个模仿通道上，另一支接地，这时只需操控开关Ⅰ-1闭合就能够进行丈量，称之为笔笔丈量。用图2所示的电路也能够在瞬间完结一切挂连丈量头的可夹引脚与接地表笔触及的不行夹引脚之间的丈量，此刻需顺次操控Ⅰ路各开关的闭合，而Ⅱ 路各开关一直断开，这个丈量进程可称为笔夹丈量。
图2 勘探电路原理
3 通路联系的判别
3.1 阈值电压的提出
由图2可见，若以VA作为丈量的电压量，理论受骗VA=0时应为通路，VA>0时应为断路，且VA的值随两丈量通道之间的电阻值的不同而改变。但因为模仿多路开关自身有不行疏忽的导通电阻RON，这样，在丈量通路构成后，若为通路，VA并不等于0，而是等于RON上的电压降。因为丈量的意图仅仅获悉通/断路联系，没有必要去丈量VA的详细值，为此只需用电压比较器比较VA是否大于RON上的电压降即可。设置电压比较器的阈值电压等于RON上的电压降，电压比较器的输出便是丈量成果，该成果为可直接由微操控器读取的数字量。
3.2 阈值电压值的承认
试验发现RON存在着个体差异，并和环境温度也有联系，所以加载的阈值电压需随闭合的模仿开关通道逐个别离进行设置，为此可经过对D/A转换器编程完结。
运用图2所示的电路可方便地对阈值数据进行承认，办法为顺次闭合开关对Ⅰ-1、Ⅱ-1；Ⅰ-2、Ⅱ-2；……；Ⅰ-N、Ⅱ-N；构成通路回路，每对开封闭合后，向D/A转换器送数，所送的数由小到大递加，并丈量此刻电压比较器的输出，当电压比较器的输出由1变为0时，此刻的数据与VA相对应。这样可测得每个通道通路时的VA，也便是一对开封闭合时RON上的电压降。关于高精度的模仿多路开关而言，其RON的个体差异较小，因而可把体系主动测得的VA的一半近似作为此对开关各自RON上电压降的对应数据，便是在现行温度下各模仿开关的阈值数据。
3.3 阈值电压的动态设置
运用上面丈量到的阈值数据建一个表。在进行夹内丈量时，依据所闭合的两个开关编号从表中取出与之对应的数据，把它们的和送D/A转换器构成阈值电压。关于笔夹丈量和笔笔丈量因为丈量通路仅经过Ⅰ路的模仿开关，所以只需加载一个开关的阈值数据。
别的，因为电路自身（D/A转换器、电压比较器等）具有差错，且实践丈量时测验夹具与被测引脚间具有触摸电阻，因而实践加载的阈值电压应在依照上述办法承认的阈值基础上再加一个批改量，避免把通路错判为断路。但增大的阈值电压会把小阻值电阻吞没，即把两引脚间的小电阻判为通路，因而应依据实践状况合理地挑选阈值电压的批改量。经过试验，本勘探电路可精确判别两引脚间电阻值大于5欧姆的电阻，其精度显着高于万用表。
4 丈量成果的几种特殊状况
1. 电容的影响
当被测引脚间连的是一个电容，其应为断路联系，但开封闭合瞬间丈量通路对该电容充电，两丈量点间就像通路相同，此刻从电压比较器读得的丈量成果为通路。关于这种由电容引起的假通路现象，可选用以下两种办法处理：恰当加大丈量电流以缩短充电时刻，使充电进程在读取丈量成果前完毕；在丈量软件中参加查验真、假通路的程序段（见第5部分）。
2 电感的影响
若被测引脚之间连有电感，其应为断路联系，但因为电感的静态电阻阻抗十分小，用万用表丈量的成果总是通路的。与电容丈量的状况相反，在模仿开封闭合的瞬间，因为电感存在感生电动势，这样运用勘探电路收集速度快的特色反而能够对电感进行正确地判别。可是这与电容的丈量要求是对立的。
3 模仿开关颤动的影响
在实践丈量中发现模仿开关从敞开状况到闭合状况有一个安稳进程，表现为电压VA的动摇，使得开始的几回丈量成果不共同，为此需求对通路的成果多判别几回，待丈量成果共同后再承认。
4 丈量成果的承认与记载
考虑以上各种状况，为习惯不同的被测目标，选用如图3所示的软件程序框图进行丈量成果的承认与记载。
图3 软件程序框图
为了消除电容元件和模仿开关颤动的影响需求延伸丈量时刻，而要消除电感元件的影响，则要运用感生电动势在很短时刻内承认，为此程序中设置了两个计数器：通路次数计数器和断路次数计数器。设置通路次数N是为了消除模仿开封闭合瞬间因为电容充电发生的假通路影响，即当累计读得N次通路成果时，一般对电容的充电已完毕，才承认被丈量点间为通路。设置断路次数n是为了扫除模仿开关颤动所引起的搅扰，一般在接连测得n次断路成果时标明模仿开关的颤动现已完毕，才干承以为断路。但因为电感的感生电动势在模仿开封闭合瞬间最大，随后敏捷下降，所以假如第一次和第2次丈量成果都为断路，则承以为断路。因为几种状况之间互相对立，计数器及延时的值是在权衡三种状况的基础上依据实践状况承认的。
当然，运用上述程序判别时，若被测引脚之间为一小电阻、小电感或许大电容，则还有或许误判为通路，这种问题很简单经过软件在丈量成果中查看出来，若某个两引脚元件的两头在同一网络之中，则或许存在上述判别过错，承认后加以扫除。
结语
本文经过对PCB通路勘探电路的功用及完结原理的剖析，为大规模PCB上元件引脚间通路联系的丈量供给了一种新的思路。试验标明，此勘探电路在丈量导航软件（另文介绍）的支持下能高效、精确、齐备地丈量和记载PCB上各元件引脚之间的通路联系。
