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测试仪器基础应用知识总结

3月 2, 2019

电子工程师在平时进行电子设计中离不开测试测量所用的仪器仪表,而如何准确用好这些测试仪表,使电子工程师提高设计效率,缩短产品设计周期,则成为合格电子工程师必备的硬功夫。为给工程师朋友提供较为全面的测量仪表相关应用知识,或学习,或参考,或温故而知新。

一、怎样去调试一个新设计的电路板

对于一个新设计的电路板,调试起来往往会遇到一些困难,特别是当板比较大、元件比较多时,往往无从下手。但如果掌握好一套合理的调试方法,调试起来将会事半功倍。对于刚拿回来的新PCB板,我们首先要大概观察一下,板上是否存在问题,例如是否有明显的裂痕,有无短路、开路等现象。如果有必要的话,可以检查一下电源跟地线之间的电阻是否足够大。

然后就是安装元件了。相互独立的模块,如果您没有把握保证它们工作正常时,最好不要全部都装上,而是一部分一部分的装上(对于比较小的电路,可以一次全部装上),这样容易确定故障范围,免得到时遇到问题时,无从下手。

一般来说,可以把电源部分先装好,然后就上电检测电源输出电压是否正常。如果在上电时您没有太大的把握(即使有很大的把握,也建议您加上一个保险丝,以防万一),可考虑使用带限流功能的可调稳压电源。先预设好过流保护电流,然后将稳压电电源的电压值慢慢往上调,并监测输入电流、输入电压以及输出电压。如果往上调的过程中,没有出现过流保护等问题,且输出电压也达到了正常,则说明电源部分OK。反之,则要断开电源,寻找故障点,并重复上述步骤,直到电源正常为止。

接下来逐渐安装其它模块,每安装好一个模块,就上电测试一下,上电时也是按照上面的步骤,以避免因为设计错误或/和安装错误而导致过流而烧坏元件。
寻找故障的办法一般有下面几种:

①测量电压法。首先要确认的是各芯片电源引脚的电压是否正常,其次检查各种参考电压是否正常,另外还有各点的工作电压是否正常等。例如,一般的硅三极管导通时,BE结电压在0.7V左右,而CE结电压则在0.3V左右或者更小。如果一个三极管的BE结电压大于0.7V(特殊三极管除外,例如达林顿管等),可能就是BE结就开路。

②信号注入法。将信号源加至输入端,然后依次往后测量各点的波形,看是否正常,以找到故障点。有时我们也会用更简单的办法,例如用手握一个镊子,去碰触各级的输入端,看输出端是否有反应,这在音频、视频等放大电路中常使用(但要注意,热底板的电路或者电压高的电路,不能使用此法,否则可能会导致触电)。如果碰前一级没有反应,而碰后一级有反应,则说明问题出在前一级,应重点检查。

③当然,还有很多其它的寻找故障点的方法,例如看、听、闻、摸等。“看”就是看元件有无明显的机械损坏,例如破裂、烧黑、变形等;“听”就是听工作声音是否正常,例如一些不该响的东西在响,该响的地方不响或者声音不正常等;“闻”就是检查是否有异味,例如烧焦的味道、电容电解液的味道等,对于一个有经验的电子维修人员来说,对这些气味是很敏感的;“摸”就是用手去试探器件的温度是否正常,例如太热,或者太凉。

一些功率器件,工作起来时会发热,如果摸上去是凉的,则基本上可以判断它没有工作起来。但如果不该热的地方热了或者该热的地方太热了,那也是不行的。一般的功率三极管、稳压芯片等,工作在70度以下是完全没问题的。70度大概是怎样的一个概念呢?如果你将手压上去,可以坚持三秒钟以上,就说明温度大概在70度以下(注意要先试探性的去摸,千万别把手烫伤了)。

二、选选择电子测试仪器的几个重要指标

以数字示波器为例,很多用户可能都知道示波器的一些传统的指标,比如带宽,采样率,存储深度等等,甚至出现在选型的时候根据指标”比数大小”,以为数大的就比数小的好 —其实不然!要想真正了解数字示波器,就必须深入洞察隐藏在标称的指标背后的产品的真正性能和质量,就像有不少消费者在选购数码相机的时候往往很在意像素数,其实除了这个”数”之外,还有很多(更)重要的指标甚至材质需要考虑的。

在可扩展性、支持的通信标准数量、测试精度、动态范围和解调带宽等方面,这些参数都很重要。未来的基站可能向双模和多模演进,很多手机都已经具备多模功能,如GSM和WCDMA双模手机,如果仪器支持的通信标准多,那么需采购仪器的品种和数量就大大减少。

另外,随着3G、LTE等技术的出现,对仪表提出了更高的要求,高测试精度、大动态范围和大解调带宽的仪器非常受欢迎。移动通信技术发展很快,目前中国还没有大量商用3G,而LTE,作为WCDMA和TD-SCDMA的后续技术,已经快推出原型机了。网络运营商可能会加快新的技术的引入,这对基站和终端生产厂商确实是挑战:他们现在购买的测试仪器必须具备很好的扩展性,能方便地升级到未来技术,这样才能更大限度保护厂商的投资。

另外,示波器的带宽、采样率等都是示波器的常见参数。示波器带宽由于制造与研发技术的发展,使示波器带宽能够得到修正和补偿。但这些修正和补偿未尝都是好事一桩,有些客户并不希望这些技术带入到测试中去,他们更需要原始的测试数据,比如雷达实验。

目前泰克在1G~2G全系列示波器家族中,提供纯硬件的示波器,示波器带宽是最真实的。泰克的前端技术可以保证将示波器的硬件前置放大器做的足够好。采样率是ADC的指标。捕获率参数反映的是一个内存管理的(是否能够在保存的信号中找到所需的信号)的概念。泰克采用的是分段式管理,在信号跳变时保存信息。包括Inspector等方法。

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