هنگامی که مهندسان الکترونیک کار طراحی معکوس یا تعمیر تجهیزات الکترونیکی را انجام می دهند، ابتدا باید رابطه اتصال بین اجزا را در موارد ناشناخته درک کنند. تخته مدار چاپی (PCB)، بنابراین رابطه اتصال بین پین های جزء روی PCB باید اندازه گیری و ثبت شود.

ساده ترین راه این است که مولتی متر را به فایل “آژور اتصال کوتاه” تغییر دهید، از دو سیم تست برای اندازه گیری اتصال بین پین ها یکی یکی استفاده کنید و سپس وضعیت روشن/خاموش را بین “جفت پین ها” به صورت دستی ثبت کنید. برای به دست آوردن مجموعه کامل روابط اتصال بین تمام “جفت پین ها”، “جفت پین” های آزمایش شده باید طبق اصل ترکیب سازماندهی شوند. وقتی تعداد قطعات و پین‌های PCB زیاد باشد، تعداد «جفت پین‌هایی» که باید اندازه‌گیری شوند، بسیار زیاد خواهد بود. بدیهی است که اگر از روش های دستی برای این کار استفاده شود، حجم کار اندازه گیری، ضبط و تصحیح بسیار زیاد خواهد بود. علاوه بر این، دقت اندازه گیری پایین است. همانطور که همه ما می دانیم، زمانی که امپدانس مقاومتی بین قلم های دو متری یک مولتی متر عمومی به اندازه 20 اهم باشد، زنگ همچنان به صدا در می آید که به عنوان یک مسیر نشان داده می شود.

به منظور بهبود کارایی اندازه گیری، لازم است سعی شود اندازه گیری خودکار، ثبت و کالیبراسیون جزء “جفت پین” انجام شود. برای این منظور، نویسنده یک آشکارساز مسیر را طراحی کرد که توسط یک میکروکنترلر به عنوان یک دستگاه تشخیص جلویی کنترل می‌شود، و یک نرم‌افزار ناوبری اندازه‌گیری قدرتمند برای پردازش back-end طراحی کرد تا به طور مشترک اندازه‌گیری خودکار و ثبت رابطه مسیر بین پین‌های مؤلفه را درک کند. روی PCB . این مقاله عمدتاً ایده های طراحی و فناوری اندازه گیری خودکار توسط مدار تشخیص مسیر را مورد بحث قرار می دهد.

پیش نیاز اندازه گیری خودکار، اتصال پین های قطعه مورد آزمایش به مدار تشخیص است. برای این، دستگاه تشخیص مجهز به چندین سر اندازه گیری است که از طریق کابل ها به بیرون هدایت می شوند. سرهای اندازه گیری را می توان به تجهیزات آزمایشی مختلف وصل کرد تا با پین های قطعه ارتباط برقرار کند. سر اندازه گیری تعداد پین ها تعداد پین های متصل به مدار تشخیص را در همان دسته تعیین می کند. سپس، تحت کنترل برنامه، آشکارساز «جفت‌های پین» آزمایش‌شده را طبق اصل ترکیب، یکی یکی در مسیر اندازه‌گیری قرار می‌دهد. در مسیر اندازه‌گیری، وضعیت روشن/خاموش بین «جفت‌های پین» به‌صورت وجود مقاومت بین پین‌ها نشان داده می‌شود و مسیر اندازه‌گیری آن را به ولتاژ تبدیل می‌کند، در نتیجه رابطه روشن/خاموش بین آنها را قضاوت می‌کند و آن را ثبت می‌کند.

به منظور فعال کردن مدار تشخیص برای انتخاب پین های مختلف به ترتیب از میان سرهای اندازه گیری متعدد متصل به پایه های مؤلفه برای اندازه گیری مطابق با اصل ترکیب، می توان آرایه سوئیچ مربوطه را تنظیم کرد و سوئیچ های مختلف را می توان توسط دستگاه باز و بسته کرد. برنامه تعویض پین های کامپوننت مسیر اندازه گیری را وارد کنید تا رابطه روشن/خاموش را بدست آورید. از آنجایی که مقدار اندازه گیری شده یک کمیت ولتاژ آنالوگ است، باید از مالتی پلکسر آنالوگ برای تشکیل یک آرایه سوئیچ استفاده شود. شکل 1 ایده استفاده از یک آرایه سوئیچ آنالوگ برای تعویض پین آزمایش شده را نشان می دهد.

اصل طراحی مدار تشخیص در شکل 2 نشان داده شده است. دو مجموعه کلیدهای آنالوگ در دو جعبه I و II در شکل به صورت جفت پیکربندی شده اند: I-1 و II-1، I-2 و II-2. . .. .، Ⅰ-N و Ⅱ-N. بسته بودن یا نبودن سوئیچ های متعدد آنالوگ توسط برنامه از طریق مدار رمزگشایی نشان داده شده در شکل 1 کنترل می شود. در دو سوئیچ آنالوگ I و II، تنها یک سوئیچ می تواند به طور همزمان بسته شود. به عنوان مثال، برای تشخیص وجود رابطه مسیر بین هد اندازه گیری 1 و هد اندازه گیری 2، سوئیچ های I-1 و II-2 را ببندید و یک مسیر اندازه گیری بین نقطه A و زمین از طریق سر اندازه گیری 1 و 2 ایجاد کنید. یک مسیر است، سپس ولتاژ در نقطه A VA=0; اگر باز است، VA> 0. مقدار VA مبنایی برای قضاوت در مورد وجود رابطه مسیر بین سرهای اندازه گیری 1 و 2 است. به این ترتیب، رابطه روشن / خاموش بین تمام پایه های متصل به سر اندازه گیری را می توان در یک لحظه با توجه به اصل ترکیب از آنجایی که این فرآیند اندازه‌گیری بین پین‌های قطعه متصل شده توسط فیکسچر آزمایشی انجام می‌شود، نویسنده آن را اندازه‌گیری درون گیره می‌نامد.

اگر پین قطعه را نمی توان بست، باید با سرب تست اندازه گیری شود. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، یک کابل تست را به یک کانال آنالوگ و دیگری را به زمین وصل کنید. در این زمان تا زمانی که کلید کنترل I-1 بسته باشد می توان اندازه گیری را انجام داد که به آن اندازه گیری قلمی می گویند. مدار نشان داده شده در شکل 2 همچنین می تواند برای تکمیل اندازه گیری بین تمام پایه های گیره دار سر اندازه گیری و پین های غیر قابل گیره که توسط قلم ارت سنج در یک لحظه لمس می شوند استفاده شود. در این زمان باید بسته شدن سوئیچ های شماره I را به نوبت کنترل کرد و سوئیچ های Route II همیشه قطع می شوند. این فرآیند اندازه گیری را می توان اندازه گیری گیره قلم نامید. ولتاژ اندازه‌گیری‌شده، از نظر تئوری، زمانی که VA=0 باید یک مدار باشد، و زمانی که VA>0 باشد باید یک مدار باز باشد و مقدار VA با مقدار مقاومت بین دو کانال اندازه‌گیری تغییر می‌کند. اما از آنجایی که خود مالتی پلکسر آنالوگ دارای یک RON مقاومت غیر قابل اغماض است، به این ترتیب پس از تشکیل مسیر اندازه گیری، اگر مسیر باشد، VA برابر 0 نیست، بلکه برابر با افت ولتاژ روی RON است. از آنجایی که هدف اندازه گیری فقط دانستن رابطه روشن/خاموش است، نیازی به اندازه گیری مقدار خاص VA نیست. به همین دلیل، برای مقایسه اینکه آیا VA بیشتر از افت ولتاژ روی RON است، فقط باید از یک مقایسه کننده ولتاژ استفاده کرد. ولتاژ آستانه مقایسه کننده ولتاژ را برابر با افت ولتاژ روی RON قرار دهید. خروجی مقایسه کننده ولتاژ نتیجه اندازه گیری است که یک کمیت دیجیتالی است که می تواند مستقیماً توسط میکروکنترلر خوانده شود.

تعیین ولتاژ آستانه

آزمایش ها نشان داده اند که RON دارای تفاوت های فردی است و همچنین به دمای محیط مربوط می شود. بنابراین، ولتاژ آستانه برای بارگذاری باید به طور جداگانه با کانال سوئیچ آنالوگ بسته تنظیم شود. این را می توان با برنامه ریزی مبدل D/A به دست آورد.

مدار نشان داده شده در شکل 2 را می توان برای تعیین آسان داده های آستانه استفاده کرد، روش این است که جفت سوئیچ I-1، II-1 را روشن کنید. I-2، II-2; … IN، II-N; از حلقه Path پس از بسته شدن هر جفت کلید، عددی را به مبدل D/A ارسال می کنیم و عدد ارسالی از کوچک به بزرگ می شود و خروجی مقایسه کننده ولتاژ را در این زمان اندازه گیری می کنیم. هنگامی که خروجی مقایسه کننده ولتاژ از 1 به 0 تغییر می کند، داده در این زمان با VA مطابقت دارد. به این ترتیب می توان VA هر کانال را اندازه گیری کرد، یعنی افت ولتاژ روی RON هنگام بسته شدن یک جفت کلید. برای مالتی پلکسرهای آنالوگ با دقت بالا، تفاوت فردی در RON کم است، بنابراین نیمی از VA که به طور خودکار توسط سیستم اندازه گیری می شود را می توان به عنوان داده های مربوط به افت ولتاژ روی RON مربوطه جفت سوئیچ تقریب زد. داده آستانه سوئیچ آنالوگ.

تنظیم دینامیکی ولتاژ آستانه

از داده های آستانه اندازه گیری شده در بالا برای ساخت جدول استفاده کنید. هنگام اندازه گیری در گیره، داده های مربوطه را با توجه به اعداد دو کلید بسته از جدول خارج کنید و مجموع آنها را به مبدل D/A ارسال کنید تا یک ولتاژ آستانه تشکیل شود. برای اندازه گیری گیره قلم و اندازه گیری قلم قلم، چون مسیر اندازه گیری فقط از کلید آنالوگ شماره I می گذرد، تنها یک داده آستانه سوئیچ مورد نیاز است.

علاوه بر این، از آنجایی که خود مدار (مبدل D/A، مقایسه کننده ولتاژ و غیره) دارای خطا است و مقاومت تماسی بین فیکسچر آزمایش و پین آزمایش شده در حین اندازه گیری واقعی وجود دارد، ولتاژ آستانه واقعی اعمال شده باید در آستانه باشد. طبق روش فوق تعیین می شود. مقدار اصلاح را بر اساس آن اضافه کنید تا مسیر را به عنوان یک مدار باز اشتباه ارزیابی نکنید. اما افزایش ولتاژ آستانه مقاومت مقاومت کوچک را تحت تأثیر قرار می دهد، یعنی مقاومت کوچک بین دو پایه به عنوان یک مسیر در نظر گرفته می شود، بنابراین مقدار اصلاح ولتاژ آستانه باید به طور معقولی با توجه به وضعیت واقعی انتخاب شود. از طریق آزمایشات، مدار تشخیص می تواند به طور دقیق مقاومت بین دو پایه را با مقدار مقاومت بیشتر از 5 اهم تعیین کند و دقت آن به طور قابل توجهی بالاتر از یک مولتی متر است.

چندین مورد خاص از نتایج اندازه گیری

تاثیر ظرفیت

هنگامی که یک خازن بین پین های آزمایش شده وصل می شود، باید در یک رابطه مدار باز باشد، اما مسیر اندازه گیری زمانی که کلید بسته است، خازن را شارژ می کند و دو نقطه اندازه گیری مانند یک مسیر هستند. در این زمان، نتیجه اندازه گیری خوانده شده از مقایسه کننده ولتاژ مسیر است. برای این نوع پدیده مسیر کاذب ناشی از ظرفیت خازنی، از دو روش زیر می توان برای حل استفاده کرد: جریان اندازه گیری را به طور مناسب افزایش دهید تا زمان شارژ را کوتاه کنید، به طوری که فرآیند شارژ قبل از خواندن نتایج اندازه گیری به پایان برسد. بازرسی مسیرهای درست و نادرست را به نرم افزار اندازه گیری بخش برنامه اضافه کنید (به بخش 5 مراجعه کنید).

تأثیر اندوکتانس

اگر یک سلف بین پین های آزمایش شده وصل شود، باید در یک رابطه مدار باز باشد، اما از آنجایی که مقاومت استاتیکی سلف بسیار کوچک است، نتیجه اندازه گیری شده با مولتی متر همیشه یک مسیر است. بر خلاف حالت اندازه گیری ظرفیت، در لحظه ای که کلید آنالوگ بسته می شود، یک نیروی الکتروموتور القایی ناشی از اندوکتانس وجود دارد. به این ترتیب می توان با استفاده از ویژگی های سرعت اکتساب سریع مدار تشخیص، اندوکتانس را به درستی قضاوت کرد. اما این در تضاد با نیاز اندازه گیری ظرفیت خازن است.

تاثیر لرزش سوئیچ آنالوگ

در اندازه گیری واقعی، مشخص شد که سوئیچ آنالوگ دارای یک فرآیند پایدار از حالت باز به حالت بسته است، که به صورت نوسان ولتاژ VA آشکار می شود، که باعث می شود نتایج چند اندازه گیری اول ناسازگار باشد. به همین دلیل باید چندین بار در مورد نتایج مسیر قضاوت کرد و منتظر ماند تا نتایج اندازه گیری یکسان باشد. بعدا تایید کنید

تایید و ثبت نتایج اندازه گیری

با توجه به شرایط مختلف فوق، به منظور تطبیق با اشیاء مختلف آزمایش شده، از بلوک دیاگرام برنامه نرم افزاری نشان داده شده در شکل 3 برای تایید و ثبت نتایج اندازه گیری استفاده می شود.