一、ASA測試應用特點

Analog Signature Analysis(模擬特征分析)是一種廣泛應用于電子電路板的故障檢測技術。具有以下特點：

1．不涉及電路原理，無需電路處于工作狀態，所以可用于沒有圖紙資料，脫離設備（無需聯機檢測）的電路板的故障檢測；

2．測試時不需給電路板加電，相對更安全；

3．不涉及電路板上器件的功能，所以無論電路由什么類型的器件組成，包括數字的、模擬的、數模混合的、功能已知的、未知的（如專用、可編程）等等，均可測試；

4．它是逐電路結點（器件管腳）進行測試的，基本上不受電路板上元器件封裝的限制。

由于單個器件可以看成最簡單的電路板電路，所以ASA技術也能夠用于檢測電子元器件的好壞。尤其是它不涉及器件功能，不受器件封裝限制，成為許多用戶檢測大規模、復雜或功能未知集成器件好壞的唯一手段。

ASA用于檢測分立元件功能好壞時，還有方便、直觀等特點。

二、ASA基本原理

就基本檢測原理而言，ASA測試可以看成萬用表檢測法的自然延伸。

對于無電路原理圖紙、脫離了設備的電路板，最常用的萬用表故障檢測法是這樣的：先測出好板上器件管腳（實際是電路結點）的對地電阻；然后與故障板上相應器件管腳的對地電阻進行比較，根據差異大小來判斷該結點上有無故障。由結點到具體元器件需要人工確定。許多人都用這種辦法修好過復雜、昂貴的電路板。

這種辦法除了對使用者要求較高，效率低之外，影響其故障檢出率的主要原因是,萬用表只能檢測在1.5V（萬用表電池電壓）下的阻抗值，而半導體器件引腳的阻抗是隨測試電壓的變化而變化的——不同測試電壓下的阻抗未必相同。比如，某TTL器件管腳在2.5V有軟擊穿,產生較大漏流。這樣的故障就檢測不出來。

ASA測試是在一個電壓區間內、而不只是一個電壓點下進行測試比較。可以這樣理解ASA測試——設想你有幾十、或上百塊萬用表，每塊表的電池電壓都不一樣——電壓范圍包括了被測器件的工作電壓。對每一個管腳，都用這些表全部測試、對照一遍，上面所說的故障就會被檢測出來了。

除了故障檢出率相當高之外，ASA測試在維修檢測中廣受歡迎的另兩個原因是：

1．測試效率很高。以匯能測試儀為例。對一個40腳器件，在每個引腳上測128個電壓點，測試時間不到1秒；

2．從好板上提取的測試數據可存入計算機中（即建立板庫），作為以后進行檢測的參照標準，反復使用。

三、基本ASA測試的實現方法

用測試儀產生一個變化的電壓信號加在被測試對象上，同時記錄不同電壓下的電流。把隨電壓變化的電流在電壓-電流座標系上表示出來，得到一條（阻抗）曲線。使用者通過比較好、壞電路板相應結點的曲線的形狀差異，進行故障判斷。

理論和實踐都表明，使用以正弦規律變化的電壓信號（正弦波）的測試效果最好。所以無論進口的、還是國產的此類測試儀，都用正弦波作為主要測試信號。

鑒于微機的普及，為了降低開發難度和產品成本，目前的此類測試儀產品多數都和微機配合使用。測試儀產生正弦波測試信號；微機在專用測試軟件控制下，接受用戶指令、實現測試算法、按用戶的要求控制測試儀施加測試信號、顯示測試結果、存儲測試數據。

下面從實際使用要求出發，對如何得到高效、實用的ASA測試功能，進行一些討論。

四、關于配接微機

從當前微機技術以及發展來看，測試儀的軟硬件應該：

1．測試軟件應支持主流操作系統版本

自Win98后，Windows操作系統對外部設備的管理機制作了很大改動。在Win98上運行的測試程序，不能自動升級到其后的系統版本上運行。鑒于Win98及以下的操作系統很快會完全退出使用，如果測試軟件不能支持主流的操作系統版本，比如Windows XP,將會給用戶以后使用帶來麻煩。

2．測試儀最好支持USB口

早期的測試儀采用在計算機內插卡的方式實現和計算機的配接。由于這種方式缺點較多，又轉用并口（打印口）配接。但近年來速度快、更安全（允許帶電插拔）的USB口得到了迅速普及，目前市場上帶并口的筆記本電腦已經十分少見，在臺式機上也許會逐漸消失——常用計算機外設，如打印機、掃描儀、數碼產品都是USB口了。如果測試儀不支持USB口，會影響用戶微機的換代更新。

五、關于測試信號

對任何一種電子儀器，測試信號都是構成整個測試功能的基礎。它的質量，基本決定著測試儀的測試質量。

1．關于主測試信號——正弦波：

為了保證測試效果，同時又不至于損傷被測器件，正弦幅度應大于被測器件引腳的實際工作電壓，小于其極限電壓。由于不同元器件所需電壓值不同，這就要求測試儀輸出的正弦波幅度可調。

顯然，可調的范圍越寬、允許調整的步距越小（分檔越多）越好。目前市場上比較低檔的測試儀產品一般有±4V、±8V、±18V、±28V等幾個檔；匯能測試儀的電壓幅度從±1V--±28V，以0.5V步距可調，也就是分成了五十多個檔，能更好地滿足對更多種類的電子電路板、電子元器件的檢測要求。

b． 最大輸出（短路）電流

將正弦波短路后所能流出的最大電流叫做最大輸出電流：

最大輸出電流=等于正弦峰值/輸出電阻

目前多數國產測試儀的最大輸出電流在十幾毫安到二、三十毫安。據我們的經驗，這適用于測試一般集成電路，比如74系列器件。如果考慮到測試功率更大一些的集成器件、大電容（上萬微法）、大功率三極管等，最大輸出電流應該更大一些。匯能測試儀的最大輸出電流可達150mA。

c．頻率范圍

頻率范圍越寬，越能更好地適應對容性、感性結點的測試。比如，用匯能測試儀能測出一、兩萬微法電容的有效ASA曲線——曲線不會蛻化成一條短路線，從曲線上可以明顯看出是否漏電、容量是否夠。

d． 保真度（或失真度）

指實際產生的正弦波與理想正弦波的形狀差異。非直流結點的ASA曲線形狀不僅與頻率相關，也與波形的形狀相關。比如，電容的ASA曲線只在正弦波下是橢圓。

e． 關于正弦波產生中的問題

由于ASA測試通過曲線形狀來判斷故障，所以測試結果的一致性、可重復性十分重要。測試結果的一致性、可重復性由測試信號的穩定性——頻率準確度和波形保真度保證。

比如，可這樣觀察微機運行狀況對測試信號的影響——保持測試儀連續輸出測試信號，用示波器持續觀察，然后打開另一個任務，比如播放音樂，就會看到測試信號的形狀變化；更簡單的辦法是測一個電容。如果電容的ASA曲線在播放音樂前后有所不同，就說明微機的運行狀況對測試信號有影響。這會導致使用者的誤判。

即使沒有打開用戶任務，也會有系統任務在后臺時起時停，同樣會影響測試信號。觀察時間長一點就能發現。

就作者對這種測試儀的了解，導致這種現象的原因是由于硬件過于簡單——測試儀沒有獨立的定時（CPU）電路造成的。

匯能測試儀完全不存在這種問題。最近經軍檢，它的測試信號的頻率準確度、波形失真度均小于2%，不隨外部條件變化。當然，匯能測試儀的硬件也相對更復雜一些。

2．關于輔助測試信號——脈沖：

引入脈沖輔助測試信號，是為了使ASA測試能夠更好地用于三端器件的測試。閘流管、MOS三極管、甚至繼電器、電壓調節器等都可以看成三端器件。

以閘流管為例。僅在它的陽極和陰極之間加ASA測試信號，只能發現兩極之間是否短路、或有漏流，不能發現開路、或導通不良的故障。引入一個脈沖信號加在閘流管的控制極，控制管子在ASA測試期間出現導通、截止兩種狀態，就能對閘流管進行較為全面的檢測。

不同的三端器件需要不同的控制方式——正弦波和脈沖匹配（同步）形式。

有的測試儀產品沒有脈沖輔助測試信號。有的實現的比較簡單。比如某種國產測試儀上的三端測試信號，實際上僅是一個大小可設的直流電平，和ASA測試信號沒有同步關系。

匯能測試儀為了更好地滿足各種三端器件的不同測試要求，共設置了八種脈沖和正弦波的匹配方式。相對于正弦波來說，脈沖的起始、結束位置及寬度、高度均可調整；支持單向觸發、雙向觸發。詳細情況請參閱有關產品說明。

六、關于測試通道數

測試信號的好壞決定了測試質量，測試通道的多少主要影響測試效率。使用要求不同，對通道數的多少要求也不同。主要有以下三種：

1．在線測試：目前對多于80個管腳的器件，基本上沒有能配合使用的測試夾，所以80個通道基本滿足使用要求；

2．電路板端口測試：通過轉接板以及板上的相應電路板插座，把測試通道引到電路板各插腳，然后進行單/多端口測試。通常160個通道即可滿足大多數使用要求;

3．超大規模集成電路離線測試：對于各種超大規模器件，除了ASA測試，一般用戶幾乎沒有其它測試手段。這種測試和電路板端口測試相似，只不過轉接板上是器件插座而不是電路板插座。這種情況需要的通道數依器件腳數而定。

需要特別說明的是，這里僅討論測試信號和測試通道數對ASA測試的影響。一般的電路在線維修測試儀都有多種功能，其它功能也會用到這些硬件資源。比如匯能測試上的電路板網絡測試也要求較多的通道數。

七、提高基本ASA測試的故障檢出率

1．單端口測試vs多端口測試

所謂的單端口測試，通常指所有的電路結點（器件管腳）分別與電路板的“地”組成一個個的端口，ASA測試信號總是加在這些端口上進行測試。在單端口的方式下，對一個有N個腳的器件，總共處理N條曲線。

所謂的多端口測試，是指對一個器件的任何兩個管腳組成的端口，都要進行ASA測試。在多端口的方式下，對一個有N個管腳的器件，最多處理N×N條曲線。多端口測試易于檢測兩個管腳分別對地的曲線沒有大的變化，但兩個管腳之間的曲線變化很大的故障。

在匯能測試儀上，對多端口還分了三種情況考慮：

a．多端口對稱：

當處理了2腳對3腳組成的端口后，如果還要處理3腳對2腳組成的端口，就叫做對稱方式。這類似于用萬用表測試時，調轉表棒再測一次。否則稱為非對稱方式。

由于ASA使用正、負對稱的交流測試信號，多數情況下，對同一端口調轉信號后測到的曲線和原曲線是對稱的，也就是說不能提供更多的故障信息。采用對稱方式更多是為了方便故障分析，提高使用效率。不過也存在不對稱情況。

b．非對稱含參考腳：

c．非對稱不含參考腳：

所謂含參考腳指要測試1腳對1腳、2腳對2腳、......N腳對N腳組成的端口。正常情況下，這種端口曲線一定是條短路曲線，否則，可能存在其它問題，所有與該腳組成的端口曲線不可信。就是說，含參考腳有利于提高測試可靠性。

2．自動、手動曲線靈敏度選擇

ASA測試是依據兩條曲線的形狀差異來檢測故障的，但是，測試數據的差異，與把數據以曲線的形式顯示出來后，曲線之間的差異并不成正比。用機械式萬用表打個比方。指針越接近中央位置，同樣比例的阻值變化引起的指針擺幅越大，也就是指針位置關于故障的靈敏度越高。

對于ASA曲線可以證明，在電壓—電流坐標下（VI曲線），曲線的整體走勢越接近45度，對故障的靈敏程度越高；如果測試曲線是一個封閉圖形，如電容，曲線包圍的面積越大，對故障的靈敏度越高。

為了得到較高靈敏度的曲線，可以調整測試信號的輸出電阻。輸出電阻值越接近被測結點的等效電阻值，得到的曲線靈敏度越高。

匯能測試儀允許手動/自動選擇較高靈敏度曲線。手動選擇試利用測試軟件允許按端口設置測試參數的特點，對任意一條曲線可以修改測試參數后重測，由使用者判斷、選擇靈敏度較高的曲線。手動調整的缺點是麻煩，當曲線很多時很難逐一觀察、選擇，另外當曲線形狀不規則時，往往很難直觀判斷什么樣的曲線靈敏度更高一些；自動調整是用算法自動選擇靈敏度較高的曲線。自動選擇所需的測試時間相對較長一些。

3．按端口設置測試參數、重測

并非同一個器件的所有管腳都適用于同樣的測試參數。舉個典型的例子：集電極開路器件的輸出往往耐壓較高，多用于驅動數碼管、繼電器等，而輸入一般是標準電平，所以對于輸出、輸入的測試信號的幅度應該不同，才能達到全面檢測的目的。

匯能測試儀有普通設置和特殊設置兩個設置窗口。普通設置對所有的端口有效，而在特殊設置中可對少數特殊端口進行重設。特殊設置的優先級別高于普通設置。

在完成測試后，如果對測試結果不滿意，還可以利用單曲線處理功能，用鼠標選中不滿意的曲線，打開該曲線的設置窗口，重設后重測該曲線。

八、提高測試可靠性

實際使用中，大致有以下原因導致不能得到真實的節點曲線，從而引起故障誤判。測試可靠性指測試儀能夠識別出不真實的ASA曲線的能力。

1．接觸問題

接觸問題是影響故障判斷的常見問題之一。當測試到開路曲線的時侯，其實很可能是由于接觸問題——器件管腳氧化、防銹涂層未打磨干凈、測試探頭磨損等原因所引起的，所以在實際使用中，一旦發現開路曲線，都要再次確認——檢查、處理，然后重測，以免得到虛假曲線。但當一次測試要處理成百上千條曲線時，依靠人工來找出開路曲線很不現實，因此，匯能測試儀設有自動判斷開路曲線的功能，在所有測到的曲線中，只要存在開路曲線，就給出提示信息，用戶可以根據提示很容易找到它的所在。

2．曲線穩定性問題

由于被測電路本身的原因，導致在同樣的測試條件下，每次測到的曲線都不相同稱之為曲線不穩定。導致不穩定曲線的原因主要有以下三種：

a．自激導致的不穩定

電路結點的電特征千差萬別，ASA測試將一個正弦波注入電路結點，某個結點正好在這個頻率下出現自激是完全可能的。其實這也是ASA測試使用正弦波作為測試信號的原因——正弦波的諧波分量最少，導致自激的可能性最小。

自激曲線的現象是大面積散點，并且沒有最終的穩定狀態。更換測試信號頻率即可消除。

b．過渡過程導致的不穩定

當結點的充、放電常數相差較大時所導致。這種曲線的現象是當反復測試時，曲線逐步向一個穩定狀態靠近，有一個最終的穩定狀態。

c．測試MOS器件時的不穩定

前兩種不穩定主要發生在電路板測試時，而這種不穩定主要發生在測試單獨的MOS器件時。導致這種不穩定的原因是器件中的MOS晶體管隨測試信號上升、下降的開關過程不同。

這種不穩定的現象是曲線上下跳，似乎是兩條穩定曲線輪流出現一樣。測試時只要把器件的電源腳和地腳都接地就可消除。

不穩定曲線容易導致誤判。但當一次測試要處理成百上千條曲線時，依靠人工來發現不穩定曲線很不現實，因此，匯能測試儀設有自動判斷曲線是否穩定的功能，在所有測到的曲線中，只要存在不穩定曲線，就給出提示信息，用戶可以根據提示很容易找到它的所在，然后按上述方式處理、重測即可。

九、改善人機界面和使用效率

1．測試結果索引方式

當一次處理成百上千條曲線的時候，能否快速檢索就會嚴重影響使用效率。使用中主要有以下三種檢索要求：

a．迅速找到異常曲線，比如：開路、不穩定、比較超差曲線；

b．迅速找到某個端口的曲線；

c．迅速找到某個曲線所屬的端口。

匯能測試儀對此作了精心設計，采取了以下措施：

a．將全部曲線分頁。如果是單端口測試，所有曲線安排成一頁；如果是多端口測試，與第一腳組成的端口的曲線為第一頁，與第二腳組成的端口曲線為第二頁等等。支持向上、向下翻頁；

b．設置了總提示和頁提示。如果所有頁的曲線中有一根異常曲線，總提示就會給出有錯的提示信息；如果錯誤在當前頁，則會同時給出當前頁有異常曲線的提示，這樣，用戶可首先根據總體示確定是否存在問題曲線，如果有，再利用上、下翻頁功能，很快找到有錯誤的頁；

c．頁內曲線排列方式

在學習曲線時，有兩種曲線排列方式：

1) 先異常、后正常排列方式

由于學習時主要關心異常曲線，所以通常使用這種方式，將異常曲線排列在前面，便于處理；

2) 管腳順序排列方式

在曲線比較時，支持三種曲線排列方式。

3) 按誤差減小的順序

自動將誤差較大的比較結果排在前面。由于比較時主要關心超差曲線，所以通常使用這種方式，將誤差大的曲線排列在前面，便于處理；

4) 按誤差增加的順序

自動將誤差較小的比較結果排在前面。

5) 按管腳順序排列曲線

d．由曲線索引端口

先通過上下翻頁找到與所需管腳組成的曲線頁（單端口方式只有一個曲線頁）。若（管腳）曲線較多，超出了一屏的顯示范圍，可以用鼠標拖動滑動條滾屏，把所需曲線滾到可顯示區域；

e．由端口索引曲線

對一個40腳的器件做完多端口測試，如何能迅速找到某個端口的曲線，比如由20腳和5腳組成的端口曲線呢？按端口索引曲線專門用于解決這類問題。打開端口索引窗口，在選擇欄里用鼠標點一下20，第20頁立即成為當前頁，再點一下5，無需再用鼠標拖動滾動條，該端口曲線就會自動滾動到合適位置顯示出來，十分便捷。

2．三種曲線坐標

多數情況下，在電壓-電流坐標上觀察ASA曲線，但對有的測試結果，換一種坐標可能更容易理解，更容易把問題的本質暴露出來。這就好比幾何中有直角坐標系、又有極坐標系一樣。匯能測試儀支持三種坐標：電壓-電流坐標、時間-電壓坐標和電壓-電阻坐標。請參閱產品說明中給出的測試實例，會對此理解的更具體一些。

3．單曲線處理

當索引到所需曲線后，用鼠標雙擊曲線，測試儀將僅僅重測這條曲線，其它曲線不受影響。正像前面所提到的，還允許重新設置該曲線的測試參數后再測。

有的測試儀不支持單曲線重測，當需要重測某條曲線時，必須把所有曲線全部重測一遍。使用效率低。還有的不能給不同的曲線設置不同的測試參數，這就不能完全滿足使用要求。

十、其它輔助措施

1．曲線顯示形式

匯能測試儀以點的方式——按實際測試數據顯示曲線；也支持按線的方式——將測試點用線連接起來顯示曲線。點的方式真實，線的方式醒目，用戶可以按自己的要求隨時切換；

2．單曲線/頁顯示

為了詳細觀察曲線，可以從頁顯示切換到單曲線顯示，即整個屏幕只顯示一條曲線。

3．顯示/隱藏坐標參數

當選擇顯示坐標參數時，測試每條曲線的正弦波的幅值和短路電流將出現在顯示該曲線的坐標軸上。

f．直接/間接比較測試

所謂的間接測試，是指先提取好的電路或器件的ASA曲線，存入計算機，然后再測試同樣但有故障的電路板或器件，把兩次測到的曲線同時顯示出來，供判斷故障。可以是測完好的立即測壞的；也可以是以后的任何時候再對懷疑有故障的電路板進行比較。一般把第一步叫做學習或建庫。由于這種方式下自動保留測試標準——對好板的測試結果，無需總有好板，所以一般推薦使用這種方法。

直接比較測試是指同時測試好壞兩個電路板或器件，同時顯示。有人叫做雙板對比。這種方式不保留測試結果。

5．動態/靜態測試

所謂動態測試是指反復測試一條曲線，反復顯示最新測試結果，測試儀一直在動作之中，直至人工停止為止，所以叫動態測試。有人稱之為自動巡檢。動態測試可以觀察到各種不穩定曲線。

所謂靜態測試是指僅測試指定次數，顯示最后一次測試結果。用戶看到的曲線是靜止的，所以叫靜態測試。

6．求取平均曲線

該功能通常用于為大量的相同被測試對象（比如測試一批相同器件）建立更高質量的標準曲線庫。用戶可以先測試多個器件，得到多個曲線文件，然后利用該功能把多個曲線文件平均成一個曲線文件，作為以后的測試比較標準。

ASA的技術原理并不復雜，然而，要把ASA測試實現成一個強大、高效的測試功能卻并不簡單。以上是作者多年從事此項工作的一些經驗、體會。不當之處，敬請指正。