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擅長于發(fā)現(xiàn)短路和反向工程PCB的案例分析

電子設(shè)計 ? 來源:EDN ? 作者: GLEN CHENIER ? 2021-05-19 07:10 ? 次閱讀

蜂鳴連續(xù)性測試儀已經(jīng)存在很長時間了,但是出于PCB逆向工程的目的,他們還有很多不足之處。他們對幾歐姆的“短路”做出反應(yīng),而人們則更愿意區(qū)分PCB跡線和測試探針電阻小于1Ω,以避免誤報。

然后,人們會希望蜂鳴音調(diào)音調(diào)指示幾毫歐的ΔR,以確定閉合的繼電器觸點,變壓器繞組,保險絲或低電阻電流檢測電阻器的哪一側(cè)實際上已連接到目標網(wǎng)絡(luò),尤其是當銅跡線隱藏在組件下方。

當您快速掃過金屬板上的掃帚以找到公共的凈點時,就不能容忍任何時間延遲。嗶嗶聲必須立即響起,并延長到明顯的持續(xù)時間。次要要求是低電流消耗以延長電池壽命,降低測試電壓,避免偏置半導(dǎo)體結(jié),具有50-60Hz的抗干擾能力,對ESD和充電電容器的耐受性以及耳機操作以避免在實驗室或辦公室環(huán)境中引起同事的煩惱(真的,這聽起來像是燙傷的貓)。

鐵絲掃帚?

找到一個連接了夾子的單一網(wǎng)絡(luò)的所有點的最快方法是在掃帚的同時掃帚掃過PCB的其余部分。探頭(圖1a)使用非常細(3密耳)的磷青銅硬毛,以避免對小型表面安裝組件造成物理損壞。一旦將普通區(qū)域放在掃帚上,Pogo插針便會在特定設(shè)備的插針上歸零,這對于它們的鍍金和尖頭很有用,可最大程度地降低接觸電阻。它們的伸縮部分焊接在一起,以避免在測量中增加不必要的ΔR移動。使用多點彈簧針;與單點手相比,您不大可能意外地彎曲手,同時仍保持良好的低電阻接觸。如果需要,可以將單點Pogo引腳用于平坦放置在工作臺上的單獨探針附件上,以實現(xiàn)極細間距的表面安裝IC引腳,但請注意-這些引腳非常尖銳。

圖1a掃帚和放射狀彈簧針

圖1b 相對端的軸向彈簧針

為了使探頭在掃動時易于操作,您可以使用螺旋線–在這種情況下,線中的四根AWG26導(dǎo)線應(yīng)平行,以最大程度地減小電阻。固定式探頭可以使用香蕉插頭連接到各種尺寸和類型的抓取夾。定期進行酒精清潔將最小化香蕉插頭連接引起的ΔR變化。

典型的逆向工程設(shè)置如下所示(圖2)。

圖2藍框Milliohm Squawker很好地適合人體工學(xué)的微型工作臺,該工作臺將BUT(被測板)提升到放大的放大鏡視線水平,并在同一視平面上顯示了原理圖捕獲軟件。

o4YBAGCkjPOAWpOaAAZELMRN-AI066.png


圖3 Milliohm Squawker原理圖(TinyCAD圖)

對于低電平模擬電路,將9V電池調(diào)節(jié)至5V。R4將探頭測試電流設(shè)置為1mA,R3將測試電壓限制為10mV。R2增加了測試引線電阻,以確保U2的正偏移電壓,該電壓由微調(diào)電阻R8補償。這是必需的,因為U2使用單個電源。它的偏移量可能為負,測試引線電阻隨后會通過其他電路進行補償。

C3消除了50-60Hz交流雜散拾波器,但立即放電到測試探頭的短路處,以實現(xiàn)快速響應(yīng)。R5,D1,D2和D4鉗位ESD以及來自已充電BUT電容器的任何電壓。U2是為低電流消耗和低輸入失調(diào)電壓而選擇的低電平比較器,但其速度足以響應(yīng)1ms的掃帚掃描脈沖。它僅在表面貼裝中可用,因此,如果使用帶引線的組件來構(gòu)建它,則需要一塊轉(zhuǎn)接板。您可以嘗試使用其他快速的低功耗,低失調(diào)運算放大器。我之所以選擇LTC6240,僅僅是因為它在LTspice仿真中具有足夠快的響應(yīng)速度。

Trimpot R8設(shè)置蜂鳴閾值電阻:基于典型PCB長而細的走線,1Ω是一個不錯的選擇。忽略U2的輸入失調(diào)電壓,在U2的負輸入端設(shè)置1mV即可設(shè)置1Ω探頭+ R2 + PCB走線電阻下1mA測試電流的閾值。如果需要,可以將R8設(shè)置為不同的閾值。

低于1mV的探針電壓會使U2觸發(fā)100ms單穩(wěn)態(tài)U3A。這有助于延長嗶嗶聲,因此在快速掃帚掃除時會被察覺。U3A啟用U3B VCO,該驅(qū)動器以4%的占空比驅(qū)動揚聲器。在空閑(無蜂鳴)期間,U3B使揚聲器驅(qū)動器晶體管Q1截止;低占空比確保Q1大部分處于關(guān)閉狀態(tài),從而最大程度地減少了電池電流消耗。R14將揚聲器電流脈沖與電池隔離開,以防止揚聲器電流與低電平模擬電路之間發(fā)生任何相互作用。C6提供將揚聲器驅(qū)動到適當響度所需的電流峰值。

如果僅使用耳機,則不需要Q1。U3B可以直接驅(qū)動耳機(此揚聲器電路的缺點是,即使使用耳機,音量控制也會浪費電流。由于Squawker大部分時間都是安靜的,因此我忽略了此電池浪費問題。)

最終版本是使用SMT在具有堅固接地層的PCB??上構(gòu)建的,因此我不希望通過該平面發(fā)送揚聲器返回電流。但是,如果在矢量板上構(gòu)建揚聲器,則應(yīng)使揚聲器的返回電流與低電平模擬接地系統(tǒng)分開,并通過其自己的返回路徑直接將其連接至電池。最初的無焊面包板版本存在與此相關(guān)的各種問題。

U4A和U4B提供了音調(diào)與ΔR的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)在PCB版本中不需要電容器C7和C8,此處顯示為“僅在出現(xiàn)故障時”,即CYA動作。探頭兩端的0-1mV被U4A放大,其增益由微調(diào)電位器R16設(shè)置。通常,R16完全沿順時針方向保持,以實現(xiàn)最小增益。我發(fā)現(xiàn)這足以輕松區(qū)分低至5mΩΔR的音調(diào)變化。如果有必要增加ΔR分辨率,可以將Trimpot R16設(shè)置為更高的增益。到目前為止,我還沒有發(fā)現(xiàn)這是必要的。請勿過度使用-如果增益設(shè)置過高,U4A可能會在輸入失調(diào)時達到飽和。

U4B和前面板調(diào)整R20讓用戶“放大”到感興趣的ΔR范圍。U4B驅(qū)動VCO U3B控制輸入以設(shè)置提示音。R20設(shè)置ΔR測量窗口,并調(diào)整測試探針,香蕉插頭附件和BUT走線電阻的電阻。首先將探頭短接在一起,并調(diào)諧R20,直到蜂鳴聲剛好從最低音調(diào)開始上升。探針之間的幾毫歐將導(dǎo)致蜂鳴音高進一步增加。如果您的電路嗅探發(fā)現(xiàn)較長的BUT走線,請重新調(diào)整R20以適應(yīng)增加的走線電阻,并將蜂鳴音調(diào)降低到其線性測量范圍。

最終,您的興趣點可能會以閉合的繼電器觸點或變壓器繞組結(jié)束。這些線的兩面都會發(fā)出蜂鳴聲,但是音高較低(電阻最低)的那一面是被測網(wǎng)的連接位置。

您必須將pogo針牢固地固定在測試點上,以使接觸電阻最小。請注意,pogo針的溫度變化也會導(dǎo)致螺距變化,因此,如果您剛剛焊接了BUT或在探頭組件上安裝了新的pogo針,請給它們一些時間使其穩(wěn)定到室溫。另外,在使用過程中請勿觸摸彈簧針。手指的溫暖會改變蜂鳴音的音高。

編輯:hfy

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