非向量测试技术在航空电子产品测试中的应用探讨_王志强.pdf

2023 年 3 月下143Agricultural Machinery and Equipment农业机械与装备非向量测试技术在航空电子产品测试中的应用探讨王志强（长沙航空职业技术学院，湖南 长沙 410124）摘要：航空电子产品具有精密性高、种类多等特点，航空电子的质量决定着航空的安全。笔者以航空电子产品的测试为主要研究对象，针对其小批量、种类多的特点，采用了非向量测试技术，概述了非向量测试技术的原理必要性，阐述了非向量测试技术在航空电子产品测试中的实际应用。应用结果表明，通过非向量测试，航空电子产品的返修率得到了控制，产品质量得到了保证，将非向量测试技术与向量测试技术相结合更能够缩减测试时间，提升测试效率。关键词：非向量测试技术；航空电子产品；测试应用中图分类号：TP311.5 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-3872.2023.06.0421 非向量测试技术的原理与必要性非向量测试技术是一种测试编程技术，主要应用于数字电路、模拟电路等测试中，非向量测试技术具有一定的优点，即无需元件模型、无需器件内部结构、无需真值表，在实际的测量过程中既速度快又便于操作。在当前我国基于技术进步而产生的复杂集成电路测试上有着较为明显的优势1。非向量测试技术是一种模拟测试手段，在测试过程中，由于较低的激励功率，不会对航空电子产品的器件造成损害；同时非向量测试技术还能够对金板中较大的集成电路、专用电路等出现的焊接问题、电路短路问题等进行第一时间的检测。通过对市场中部分航空电子产品的测试调研，发现航空电子产品中短路、安装错误等问题层出不穷，甚至占比达到85%左右。基于此，不论是向量测试还是非向量测试都能够一定程度地降低故障概率，而将两种测试方法对比，发现非向量测试技术能够作为向量测试技术的补充技术，并且能够更大程度地提升测试效率与测试质量。依照非向量测试技术的测试原理可以分为三种测量法，分别是节点等效参数法、二极管法与电容耦合法，比较具有代表性的技术分别为 Fonde 测试技术、AUTIC测试技术与OpenFix测试技术。2 航空电子产品应用非向量测试技术的具体方式2.1 Fonde测试Fonde测试也被称为等效参数测试，测试对象是PCBA上的网络节点。在测试时，可以将被测试的电路板上所有的网络节点与信号地进行等效两端电路的转化，电路板上的网络节点与信号地是通过电阻、二极管等多项组件构成的器件网，其中一个电路节点接收到正弦电压信号，相应的信号地就会接收到同等的正弦电压信号，但是信号地的接收程度取决于二者之间的连接状态。Fonde测试的原理可以通过公式（1）（2）（3）来直观地理解。VI=Z=R+jX=R+j(XL-XC)=R+j(2fL-12fC)（1）Z2=R2+X2 （2）=arctanXR （3）分析公式（1），可以看出，当频率升高时，感抗也会提升，但容抗会降低，进而影响到电抗，使其增加；反之，则阻抗会增加，容抗会升高，进而影响到电抗，使其减小。Fonde测试能够将金板上网络节点的特征频率以及受到影响的波形参数进行记录学习，并以此为标准测试依据，以便进行后续对比2。由于网络节点中只存在唯一的特征频率，所以当网络节点与信号地之间的器件出现了故障问题，会导致两端等效电路的电阻电抗出现变化，进而影响特征频率的结果，相应的波形参数也会发生变化。而这种唯一性极大程度地提升了Fonde测试技术的测试准确性。Fonde测试技术比之传统的向量测试技术存在较大的优点，首先，缩短测试时间，并且能够控制下针的次数，使之最小化。其次，由于器件的数量高于网络节点的个数，因此在进行PCBA板测试时，测量节点能够比测量器件的时间少很多。再次，Fonde测试在自学习的阶段，只需要学习一次即可，不用多次调整，这一行为也减少了测试时间和测试次数。最后，作者简介：王志强（1995），男，山西朔州人，本科，助理实验师，研究方向为航空电子技术。1442023 年 3 月下Agricultural Machinery and Equipment农业机械与装备由于Fonde测试是针对网络节点进行的测试，只需要对各个节点进行一次下针即可，减少探针与器件之间的接触次数，同时减少痕迹的数量3。在航空电子产品的测试中，Fonde测试要先调试金板，这一行为的作用是探查网络节点与信号地组成的等效两端电路的频率特征，当找到频率特征并对其进行调试时还能够学习记录在频率影响下的波形参数4。若航空电子测试中某个网络节点的偏离时段产生的频率波形与常规模式下产生的频率波形明显不同，则说明测试结果符合Fonde测试原理。在对航空电子产品进行了Fonde测试后，还应当测试其他所需测试项，以便找出其中的不稳定因素，再进行调整。若在测试环节出现了报错现象，要先检查下针点的位置是否合理，之后结合实际情况调整下针点的位置，必要时进行更换。之后重新学习该测试项，当所有的报错项调整完毕后，要复测Fonde测试的内容，经由多次的反复测试判定Fonde测试的结果稳定，这也可以说明Fonde测试的调试取得成功。2.2 AUTIC测试在非向量技术还没有应用到航空电子产品的测试前，通常会使用编写真值表的方式来进行测试，非向量测试中仅有28根测试针，数量较少，难以满足数字器件引脚过多的测试。此外，在测试中还需要加设辅助针，保证通电，但是加设的辅助针与原有器件之间的连接不够紧密，且部分器件中并没有安装辅助针的位置，实际测试困难重重5-7。针对此情况，AUTIC测试技术能够进行结构模拟，模拟电路与数模混合电路，以此进行测试。AUTIC测试能够利用器件产生的静电放电来防护二极管，利用器件与信号地之间产生的电压以及器件中通过的电流，对其进行测量，以此得出器件管脚的连接状态。这种测量方式要先经由自学调试金板，记录金板上各个器件的参数，并为参数设立一个区间范围，以此范围作为后续的测量标准，由于在AUTIC测试下，除了器件本身，各管脚也都参与了测试，对测试结果进行综合分析能够得到精准的故障结论。在航空电子产品的测试中，AUTIC测试利用了二极管效应，正因如此，这种测试方式与二极管测试法有着异曲同工之处。利用AUTIC测试先对金板上的IC封装类器件进行测试，若发现测试结果中存在故障问题，则应当分析问题，并进行针对性的处理。首先是测量值偏小的问题，当这一问题出现后，易引起误报，针对这项问题，可以通过调整电流参数来进行改良，先将电流参数上调，基本标准在 50 mA，电流参数上调后提升探针之间的压降，直到压降在300 mV700 mV区间内。其次是测量值偏大的问题，若测量值持续上升超出了阈值上限，则不必调试，直接自行学习即可。最后是测量值超出量程的问题，当测量值为6 V、10 V、100 000 mV时，结果已经严重超出了量程，这时要先检查下针点位置是否合理，如果下针点位置出现偏差则调整下针点位置，或者换一个测试点测试。如果下针点的位置正确，则此时应当考虑是否是二极管出现了问题。这时可以调整一下探针的位置，将两个探针进行互换，若在互换后仍然测试失败，则可以判定该测试点不具有信号地。这时可以判定AUTIC测试不再适用，可以使用OpenFix测试。在调试后，利用AUTIC测试进行自主学习，从对某型号航空电子产品进行 AUTIC 测试后的结果来看，显示 AUTIC：123 的测量值偏小，甚至在最小限值之下，针对这一点，应当调节电流。而AUTIC：231的测量值也超出了量程，显示Missing Component，这时要先检查探针的接触点，避免接触不良的问题，之后对探针进行位置和连接度的调整。若不是探针出现问题则可能是二极管导致的，要交换两个探针的位置。最后AUTIC：435显示超出规定值的上限，但是并没有超出量程，这时需要进行自主学习。2.3 OpenFix测试OpenFix测试也被称为电容耦合测试，是最早出现的一种非向量测试技术，OpenFix测试以电容耦合原理为基础，能够对金板上各种IC封装器件的问题进行探测。用OpenFix测试进行航空电子产品的测试时，是在被测的器件上向管脚施加交流鼓励，此外利用电容耦合探头接收感应电压的信号。一般情况下，IC封装引线耦合到检测板的信号呈现了连通与开路 101 的情况，也正是因为这种比值，使得OpenFix测试能够更加准确清晰地检测管脚问题。需要注意的是，OpenFix测试是以电容探头与器件引线之间形成的电容耦合为基础原理开展的，因此OpenFix测试具有一定的测试局限。例如芯片中，对2023 年 3 月下145Agricultural Machinery and Equipment农业机械与装备于软包装封板装芯片、倒装芯片不适用，同时，存在接地平面的BGA封装技术或是带有接地散热器的器件也不能进行OpenFix测试。在航空电子产品的测试中，OpenFix测试并不是首要选择，优先选择的测试技术往往是AUTIC测试技术，只有AUTIC测试技术无法满足时，才会使用OpenFix测试。利用OpenFix测试进行测试时，要先确定PCB板的高度，以此判断电容耦合探头下降时的速度，避免下降速度过快对器件造成损伤8-9。此外，OpenFix测试还能够自主学习所有的测试项目，在学习完成后，测试针调整其中的报错点，首先确定下针点的位置，在调整后进行复测，直到最终的测试结果满足规范。2.4 测试改进在常规的非向量测试技术在航空电子产品中的测量中，被测的电路板出现问题的概率并不高，因此，不需要全面系统地测试所有的电路板，依照非向量测试技术的特点，特别是Fnode测试技术，提出了一种针对非向量测试技术的改进方式，即以非向量测试为主、以向量测试为辅的工作流程。在这种新型的以非向量测试为主、以向量测试为辅的工作流程中，编程的过程与常规的测试流程是趋于一致的，也需要进行一个个测试项的调试。但是这种改进测试不同于常规非向量测试技术的环节是：当其对PCBA电路板利用Fnode测试技术进行测试时，对于发现的测量故障，可以采用针对性的向量测试技术来进行，以此更加精准地探查出器件中存在的故障问题。若在测试中，所有的测试项都没有出现问题，则不必使用向量测试，可以进入下一步的AUTIC测试与OpenFix测试。这两种互补型的非向量测试技术会首先选用AUTIC测试技术，这是因为这种测试技术不需要额外附加硬件，检测故障的效率更高，检测覆盖面更广，当出现部分芯片信号缺失的问题时，才会使用OpenFix测试技术，这种方式将非向量测试技术的质量与速度进行了最佳结合，提升了解决故障定位的效率10。经由对比实验，改进后的测试方法比之常规模式下的非向量测试技术，测试时间由原本的45 min变成了20 min，极大程度地缩短了测试时间。而Fnode测试的改进能够优化绝缘测试的结果，针对密度较高的电路板，在进行测试时，由于绝缘测试的内容较多，因此要使用较长的时间进行测试，而使用Fnode测试技术优化后，对于该测试中所包含的绝缘点项目不再进行单独测试，只对没有涉及的网络节点以及报错节点进行测试，利用这种方式能够将Fnode测试的数量进行缩减，进而提升测试效率。例如对某个航空电子产品进行Fnode绝缘测试后，将原有的测试数量降低了7 000多条，测试时间缩减了20多分钟。并且改进后还能够测试模拟器件、定位出现故障的器件，在常规测试完毕后，进一步测试封装类器件，判断封装类器件的正常与否。到这一步，整体的测试圆满完成。3 结论 综上所述，将非向量测试技术应用到航空电子产品的测试中，能够实现更加全面具体的测试，并且测试覆盖面极广，有助于更全面地探测器件中存在的故障问题，也便于后续的维修与更换。通过非向量测试，航空电子产品的返修率得到了控制，产品质量得到了保证，而经由文中最后提到的改进方式，将非向量测试技术与向量测试技术相结合更能够缩减测试时间，提升测试效率。参考文献：1 于颖超，陈左宁，甘水滔，等.嵌入式设备固件安全分析技术研究J.计算机学报，2021，44(5)：859-881.2 王品，于莹，苗政民，等.多核DSP软件调试环境研究与设计J.计