作者簡介：張發林，從事嵌入式系統軟硬件研發工作超過20年，目前在上海未來伙伴機器人有限公司擔任電子總工程師。深入理解從產品需求分析、方案論證設計、技術研發、產品化、測試認證、批量量產等各環節的難點、痛點，解決過大量研發、產品化和生產難題，參與或領導開發的多款工業自動化設備、通信設備、監控系統、物聯網及機器人產品等均已投入大規模量產銷售。

一塊新設計的電路板經過SMT、波峰焊或手工焊接后變成了PCBA，算是萬里長征第一步。然而從PCBA到最后定型交付工廠量產，中間還需要經過一系列的測試和驗證工作。很多年輕的電子工程師對于PCBA和電子產品系統調試步驟和各階段具體要求不清楚，常常導致開發調試效率低下，甚至損毀待測電路板。更可怕的是將有功能或性能缺陷的設計轉到量產階段，給公司造成巨額損失。筆者根據多年親身實踐，總結出從PCBA到產品定型的九個步驟，高效完成了多款電子產品的研發工作。

第一步 目視檢查

剛剛貼裝好交付到電子工程師手上的PCBA如圖一所示，有經驗的工程師通過目視檢查就能快速發現很多設計、物料和工藝問題，可節省大量后續調試時間。

1.1. 仔細對照電路圖，檢查確認原理圖、PCB圖和BOM的版本和拿到手的實物是否吻合，確認PCBA實際焊接的重要元器件和電路圖是否吻合等。

1.2 檢查板子上是否有錫珠錫渣，連焊虛焊，是否有明顯的掉件漏焊；輕輕拔一拔個頭比較大的元器件，特別是電解電容、大功率電感以及手插件，仔細觀察還接位置是否居中準確，焊點是否牢固。

1.3 注意檢查電源線排列，重要IC貼裝方向、二極管AK方向、極性電容的極性，接插件的缺口方向。

圖1 PCBA實物圖

第二步 阻抗測試

本步驟相對簡單，但是卻極其重要，很多嚴重問題都是忽略了本步導致的。請務必反復核實所需要加載的的電源極性和電壓，通過萬用表檢查各路輸入輸出電源與地之間是否有短路，是否有明顯的阻抗異常，如有任何異常務必排除之，萬不可心存僥幸。

圖二 數字式萬用表

第三步 上電檢查

懷著惴惴不安的心情，估計你已經迫不及待的想給你的電路板通電工作了。好吧，可以上電，但要抱著隨時壯烈犧牲的準備正確加電。將電源線負極接到實驗電源的負極，確認實驗電源的輸出電壓無誤后，將電源線正極輕輕搭接在實驗電源接線端子的正極，不要急于用儀器觀測波形和數據，只關心PCBA通電瞬間是否有異常現象，如冒煙、起火、電火花、異常氣味、器件爆裂等，具體慘象如圖三所示。如果有異常立即移開電源線，返回到第一步排查問題，待問題查明處理后方可重新進行本步驟。確認無異常后方可正式上電，觀察一段時間未發現異常或存在明顯發燙的IC后即可進入下一步。

圖三 冒煙的電路板

第四步 靜態測試

PCBA正式上電后，對照硬件設計說明書，按照以下步驟進行靜態測試。

4.1 工作電壓和工作電流測量

直流電壓的測試非常方便，可直接測量。而電流的測量就不太方便，通常采用兩種方法來測量。若電路在印制電路板上留有測試點，可串入電流表直接測量出電流的數值，然后再用焊錫連接好。若沒有測試孔，則可測量直流電壓，再根據電阻值大小計算出直流電流。對于存在多種電源的電路，還要測試各路電源的上電時序，如圖四所示。

圖四 電源上電時序圖

4.2 處理器最小系統缺省狀態測試

需要確認處理器復位電平的極性和波形、晶振電路的頻率、輸入配置引腳的狀態、輸出控制引腳的初始狀態。單片機晶振電路波形圖如圖五所示。

圖五 單片機晶振電路波形圖

4.3 邏輯電路初始狀態測試

重點關注芯片的片選信號、使能信號以及配置管腳的缺省狀態是否滿足要求。如圖六所示的DIR_485引腳的缺省狀態為低。

圖六 RS-485總線驅動電路圖

4.4 模擬電路工作點測試

需要測試并優化放大器、三極管、MOS管等直流靜態工作點。如圖七中R1和R2的阻值需要根據MOS管的參數進行計算并根據實測結果調整。

圖七： MOS管工作點調試示意圖

第五步 功能調試

本階段通常需要軟件驅動配合，需要用到各種專業儀器設備如信號發生器、邏輯分析儀、示波器、頻譜分析儀、電子模擬負載等。

5.1 打通處理器調試接口，實現軟件程序下載運行和狀態輸出；如圖八所示。

圖八 Jtag仿真器調試示意圖

5.2 驗證人機交互功能，信息指示功能正常；

5.3 通過程序控制，驅動數字電路，觀測輸出信號波形、幅值、脈沖寬度、相位及動態邏輯關系是否符合要求。驗證邏輯控制和通信接口功能，輸入狀態正確和輸出狀態可控；

5.4 調整模擬電路的交流通路元件，如電容、電感等，使交流信號的波形、幅度、頻率等參數達到設計要求；

5.5 輸入單階躍信號測試電路狀態變化的邏輯關系是否滿足要求；

5.6 驗證驅動電路在空載或輕負載條件下工作是否正常。

5.7 所有功能調試完成后應提交功能調試報告如表一所示

表一 功能調試驗證報告

第六步 性能測試

電路經動態調試正常之后，便可對要求的技術指標進行測量。如傳輸速度、誤碼率、無線傳輸距離、信噪比等進行測試并記錄測試數據，對測試數據進行分析，最后作出測試結論，以確定電路的技術指標是否符合設計要求。如有不符，則應仔細檢查問題所在，一般是對某些元件參數或軟件配置加以調整和改變。若仍達不到要求，則應對某部分電路或配置進行修改，甚至要對整個電路重新加以修改。因此，要求在設計的全過程中，要認真、細致，考慮問題要更周全。具體測試結果如表二所示。

表二 性能測試分析表

第七步 一致性測試

經過性能測試并確認滿足設計要求后，根據實際情況至少需要進行3塊以上的功能和性能一致性測評，對于電壓、電流、延時、信號波形等進行對比測試，如有明顯偏差務必不能掉以輕心，要認真分析可能存在設計、物料、加工工藝或調試測試方案的缺陷不足。如表三所示即可分析存在的是偶發問題還是批次性問題。

表三 47套產品工作電流一致性測試

第八步 系統聯調

經過一致性測試通過的PCBA需要安裝固定到整機系統中進行系統聯調，原則上也要進行系統級別的一致性測試。

系統聯調的過程中最常見的問題是PCBA和結構的干涉；無線通信天線位置對通信性能的影響；散熱條件惡化導致的性能下降，通信誤碼率導致的功能或性能下降，音視頻部分受箱體的影響；負載能力不足導致的電機堵轉或過熱保護，系統電源供電能力不足導致的各種異常等。由于電子產品的種類繁多，需要結合系統框圖進行仔細排查。某產品的系統框圖如圖九所示。

圖九 某產品系統框圖

第九步 型式試驗

型式試驗是電子產品研發階段的重要環節，是產品從研發轉向生產的關鍵性節點，也是產品能否定型的重要依據。具體測試的內容和要求根據產品的類型和要求不盡相同。但大致范圍和測試項目相差不大，如某產品的型式試驗大綱如圖十所示。

圖十 某產品型式定型試驗大綱

結束語

當前電子產品包羅萬象，集成芯片和功能電路也層出不窮，再加上嵌入式系統機械、電子和軟件的高度相關，PCBA到系統聯調難度都在逐漸加大。另外由于市場競爭激烈，電子產品研發周期不斷壓縮，這就對電子工程師的從PCBA到產品定型全過程調試能力和能力提出較高要求。電子產品的形態和具體應用的電子技術雖有不同，但調試的基本流程、步驟和注意事項高度相通，九步調試法對于各行業的電子工程師都具有一定的參考和借鑒作用。