電子技術者が電子機器の逆設計や修理作業を行う場合、まず未知の部品間の接続関係を理解する必要があります。 プリント回路基板 （PCB）なので、PCBのコンポーネントピン間の接続関係を測定して記録する必要があります。

最も簡単な方法は、マルチメータを「短絡ブザー」ファイルに切り替え、20つのテストリードを使用してピン間の接続をXNUMXつずつ測定し、「ピンペア」間のオン/オフステータスを手動で記録することです。 すべての「ピンペア」間の接続関係の完全なセットを取得するには、テストされた「ピンペア」を組み合わせの原則に従って編成する必要があります。 PCB上のコンポーネントとピンの数が多い場合、測定する必要のある「ピンペア」の数は膨大になります。 明らかに、この作業に手動の方法を使用すると、測定、記録、校正の作業負荷が非常に大きくなります。 また、測定精度が低い。 ご存知のように、一般的なマルチメータのXNUMXつのメータペン間の抵抗インピーダンスが約XNUMXオームと高い場合でも、ブザーが鳴り、パスとして示されます。

測定効率を向上させるためには、部品「ピンペア」の自動測定、記録、校正の実現を試みる必要があります。 この目的のために、著者は、フロントエンド検出デバイスとしてマイクロコントローラーによって制御されるパス検出器を設計し、コンポーネントピン間のパス関係の自動測定と記録を共同で実現するバックエンド処理用の強力な測定ナビゲーションソフトウェアを設計しましたPCB上。 。 この記事では、主に経路検出回路による自動測定の設計思想と技術について説明します。

自動測定の前提条件は、被試験部品のピンを検出回路に接続することです。 このため、検出装置にはいくつかの測定ヘッドが装備されており、それらはケーブルを通して引き出されます。 測定ヘッドをさまざまなテストフィクスチャに接続して、コンポーネントピンとの接続を確立できます。 測定ヘッドピンの数は、同じバッチで検出回路に接続されているピンの数を決定します。 次に、プログラムの制御下で、検出器は、組み合わせの原理に従って、テストされた「ピンペア」をXNUMXつずつ測定パスに組み込みます。 測定経路では、「ピンペア」間のオン/オフ状態がピン間に抵抗があるかどうかとして表示され、測定パスがそれを電圧に変換して、ピン間のオン/オフ関係を判断して記録します。

検出回路が、組み合わせの原理に従って、測定用のコンポーネントピンに接続された多数の測定ヘッドから異なるピンを順番に選択できるようにするために、対応するスイッチアレイを設定し、異なるスイッチを開閉することができます。コンポーネントピンを切り替えるプログラム。 測定パスを入力して、オン/オフの関係を取得します。 測定されるのはアナログ電圧量であるため、スイッチアレイを形成するにはアナログマルチプレクサを使用する必要があります。 図1は、アナログスイッチアレイを使用してテスト済みのピンを切り替えるアイデアを示しています。

検出回路の設計原理を図2に示します。図の1つのボックスIとIIにある1セットのアナログスイッチは、I-2とII-2、I-1とII-1のペアで構成されています。 。 ..。 。、Ⅰ-NおよびⅡ-N。 アナログ複数スイッチが閉じるかどうかは、図2に示すデコード回路を介してプログラムによって制御されます。1つのアナログスイッチIおよびIIでは、同時に閉じることができるスイッチは2つだけです。 たとえば、測定ヘッド1と測定ヘッド2の間に経路関係があるかどうかを検出するには、スイッチI-0とII-0を閉じ、測定ヘッド1と2を介してポイントAとアースの間に測定経路を形成します。はパスです。次に、ポイントAの電圧VA = XNUMX; 開いている場合は、VA> XNUMXです。 VAの値は、測定ヘッドXNUMXとXNUMXの間に経路関係があるかどうかを判断するための基礎となります。このようにして、測定ヘッドに接続されたすべてのピン間のオン/オフ関係を、組み合わせの原則。 この測定プロセスは、テストフィクスチャによってクランプされたコンポーネントのピン間で実行されるため、著者はこれをクランプ内測定と呼びます。

コンポーネントのピンをクランプできない場合は、テストリードで測定する必要があります。 図2に示すように、一方のテストリードをアナログチャネルに接続し、もう一方をグランドに接続します。 このとき、制御スイッチI-1が閉じている限り測定が可能であり、これをペンペン測定といいます。 図2に示す回路を使用して、測定ヘッドのすべてのクランプ可能なピンと、接地メーターペンが接触するクランプ不可能なピンとの間の測定を瞬時に完了することもできます。 このとき、I番のスイッチの閉路を順番に制御する必要があり、ルートIIのスイッチは常に切断されています。 この測定プロセスは、ペンクランプ測定と呼ぶことができます。 測定電圧は、理論的にはVA = 0の場合は回路、VA> 0の場合は開回路であり、VAの値は0つの測定チャネル間の抵抗値によって変化します。 ただし、アナログマルチプレクサ自体には無視できないオン抵抗RONがあるため、このように、測定パスが形成された後、それがパスである場合、VAはXNUMXに等しくなく、RONの電圧降下に等しくなります。 測定の目的はオン/オフの関係を知ることだけなので、VAの特定の値を測定する必要はありません。 このため、電圧コンパレータを使用して、VAがRONの電圧降下よりも大きいかどうかを比較するだけで済みます。 電圧コンパレータのスレッショルド電圧をRONの電圧降下と等しくなるように設定します。 電圧コンパレータの出力は測定結果であり、マイクロコントローラで直接読み取ることができるデジタル量です。

しきい電圧の決定

実験により、RONには個人差があり、周囲温度にも関係していることがわかっています。 したがって、ロードするスレッショルド電圧は、閉じたアナログスイッチチャネルとは別に設定する必要があります。 これは、D / Aコンバーターをプログラミングすることで実現できます。

図2に示す回路は、しきい値データを簡単に決定するために使用できます。方法は、スイッチペアI-1、II-1をオンにすることです。 I-2、II-2; …; IN、II-N; パスループを形成し、スイッチの各ペアが閉じられた後、D / Aコンバータに番号を送信し、送信された番号が小さいものから大きいものへと増加し、この時点で電圧コンパレータの出力を測定します。 電圧コンパレータの出力が1から0に変化すると、このときのデータはVAに対応します。 このようにして、各チャネルのVA、つまり、スイッチのペアが閉じているときのRONの電圧降下を測定できます。 高精度アナログマルチプレクサの場合、RONの個人差が小さいため、システムによって自動的に測定されるVAの半分は、スイッチのペアのそれぞれのRONの電圧降下の対応するデータとして概算できます。 アナログスイッチのしきい値データ。

しきい値電圧の動的設定

上記で測定したしきい値データを使用して、テーブルを作成します。 クランプで測定するときは、XNUMXつの閉じたスイッチの数に応じて表から対応するデータを取り出し、それらの合計をD / Aコンバータに送信してしきい値電圧を形成します。 ペンクリップ測定およびペンペン測定の場合、測定パスはI番のアナログスイッチのみを通過するため、必要なスイッチしきい値データはXNUMXつだけです。

また、回路自体（D / Aコンバータ、電圧コンパレータなど）に誤差があり、実際の測定時にテストフィクスチャとテストピンの間に接触抵抗があるため、実際に印加されるしきい値電圧はしきい値内である必要があります。上記の方法に従って決定されます。 パスを開回路と誤認しないように、基準に基づいて補正量を追加します。 ただし、しきい値電圧を上げると小さな抵抗抵抗に圧倒されます。つまり、5つのピン間の小さな抵抗がパスと判断されるため、実際の状況に応じてしきい値電圧の補正量を合理的に選択する必要があります。 実験により、検出回路はXNUMXオームを超える抵抗値でXNUMXつのピン間の抵抗を正確に決定でき、その精度はマルチメータの精度よりも大幅に高くなっています。

測定結果のいくつかの特殊なケース

静電容量の影響

テストしたピン間にコンデンサを接続すると、開回路の関係になりますが、スイッチを閉じると測定パスがコンデンサを充電し、5つの測定ポイントはパスのようになります。 このとき、電圧コンパレータから読み取った測定結果はパスです。 静電容量によるこのようなフォールスパス現象の場合、次のXNUMXつの方法で解決できます。測定電流を適切に増やして充電時間を短縮し、測定結果を読み取る前に充電プロセスを終了します。 真と偽のパスの検査を測定ソフトウェアのプログラムセグメントに追加します（セクションXNUMXを参照）。

インダクタンスの影響

テストされたピン間にインダクタが接続されている場合、それは開回路の関係にあるはずですが、インダクタの静的抵抗は非常に小さいため、マルチメータで測定された結果は常にパスです。 静電容量測定の場合とは逆に、アナログスイッチを閉じた瞬間にインダクタンスによる起電力が発生します。 このように、検出回路の高速取得速度の特性を利用して、インダクタンスを正しく判断することができます。 しかし、これは静電容量の測定要件と矛盾しています。

アナログスイッチのジッターの影響

実際の測定では、アナログスイッチは開状態から閉状態まで安定したプロセスを持っていることがわかります。これは電圧VAの変動として現れ、最初のいくつかの測定結果に一貫性がありません。 このため、パスの結果を数回判断し、測定結果が一致するのを待つ必要があります。 後で確認してください。

測定結果の確認と記録

上記のさまざまな状況を考慮して、さまざまなテスト対象に適応するために、図3に示すソフトウェアプログラムのブロック図を使用して、測定結果を確認および記録します。