电路设计与制作（含活页式实训工单） 课件 项目8 任务1 电路电气检查

项目8电路板的功能检测评估项目引入本项目是一项涉及电路板测试和评估的项目。旨在确保隔离控制器电路板能够按照预期的方式运行，以满足其设计要求。通过对电路板进行功能检测和评估，可以识别可能存在的缺陷或问题，并采取适当的措施来纠正这些问题，确保电路板的准确性和稳定性。项目将涉及使用各种测试方法和工具来验证电路板是否能够正确地执行其操作。这可能包括对电路板进行模拟测试、用外部信号模拟输入输出、使用自动测试设备进行测试等等。最终目标是确定电路板是否符合规格，并且能够在实际应用中可靠地工作。学习目标知识目标理解隔离控制器电路板的基本结构和原理；掌握电路板测试和评估的常用方法和工具；了解电路板测试的相关标准和规范。技能目标能够独立进行隔离控制器电路板的功能检测和评估；能够使用各种测试方法和工具来验证电路板的性能；能够分析测试结果并提出改进意见。素养目标帮助学生树立创新精神，不断探索新的测试方法和技术；培养学生责任心和质量意识，确保测试过程和结果的准确性和可靠性；强化学生自我学习和持续学习的能力，不断提高专业素养。项目8电路板的功能检测评估任务1电路电气检查任务描述电路在设计完毕后就要进行功能验证，首先要进行的就是电路的电气特性检查，电路部分的检测，通常在电路板加工制作过程中就开展了，甚至在电路设计时就要考虑后期的电路检查规划。电气电路检查后还会安排配合固件程序的功能测试，但这些涉及程序的测试往往要以电路稳定工作为前提，电路检查要在程序功能测试之前就进行。但在进入程序测试时，有时也会出现电路问题，如通信部分的功能，既涉及到电气电路，又涉及到程序编写。我们必须尽可能在功能程序测试之前验证电路的可靠，这样可以有效减轻后期测试的压力。本任务主要完成隔离控制器电路板电气功能检查，检查项目包括电路设计部分和电路加工部分，确保电气功能达到设计要求。知识储备一、焊接加工的概念焊接是利用特定材料将多个母材以加热、高温或者高压的方式连成一个整体，其可应用于金属材料，也可应用于非金属材料，使用广泛。在19世纪末以前，唯一的焊接技术是将金属加热后用锤子敲打，使其焊接在一起，即金属锻焊。随着技术的发展与需求的变化，多种焊接技术应运而生，目前已成为重要的制作方法之一，从简单的日常生活用品到复杂的交通工具，都有着焊接技术的身影。知识储备在电路检查时，通常需要合理使用工具来完成，一般使用较多的是四种设备：电源、万用表、示波器、信号发生器。这里，我们可以利用电源输出合理的供电电压来测量隔离控制器的供电部分；利用万用表可以检查电路中的通断、电压、电流、阻抗等参数；示波器可以用来观测电路中信号的变化，如幅度、频率等；信号发生器可以提供一定范围和频率的激励信号，用于测试电路对变化信号的响应。知识储备电路检查可以在焊接加工时就开始进行，避免所有电路焊接完毕后再进行测试。测试时往往会依据电路功能划分，分区域测试，从供电部分开始进行测试，这样可以尽量减少由于电路错误造成的损失。电路测试时要在断电情况下就进行测试，完成断电情况的测试，再对电路上电测试。有规划地进行电路测试，可以有效减小故障排查的困难。一、制定测试规划首先要制定合理的测试规划，确定好测试的内容，最好能以表格形式确立规范。其次要准备好测试工具，依据电路功能的不同，可能需要不同的工具，如电路用于某些传感器的接入测量，就应当在常用测试工具之外准备实际使用的传感器，或使用合适的信号发生器代替。最后还要详细制定好测试步骤，尤其是一些功能较为复杂的电路，要依据电路功能划分，分区、分功能依次测试。二、空板测试首先要对加工完成的类似图8-1所示的PCB空板进行目视检查，当然也可以借助放大镜、显微镜等工具来完成这项工作。这里主要是看过孔、焊盘是否合乎要求；对于部分元件封装要检查是否利于组装加工；对于丝印的排版，观察其是否位置合适，有无交叠和错印；一般在PCB样板加工时就会由加工方检测由于加工工艺造成的短路断路情况。二、空板测试其次还要用检测设备对空板做更为详细的检查，这里主要借助万用表，一般会检查电路中是否有设计原因或加工原因造成的短路、断路。这里要重点针对电源和地信号，依据电路原理图，用万用表的二极管档测试电源供电的各个节点有无短路到地。在没有焊接元件之前进行短路测试是非常有利的，当元件焊接好后，由于空间有限，部分测量可能较困难。在电路设计时，如果能有意设计各个空焊盘作为检测点，将有助于后期电路的维护检查。知识补充对于PCB检验是有严格标准的，国际标准如IPC（国际电子工业联接协会）制定的一系列标准，包括IPC-A-600（印制板的可接受性）、IPC-6012（刚性印刷电路板性能规范）等。国家标准如一系列的GB/T（中华人民共和国国家标准）和SJ/T（电子行业标准），包括GB/T4588.3-2002（印制板的设计和使用）、SJ/T11364-2014（电子电气产品有害物质限制使用标识要求）等。除了国际标准和国家标准之外，还有一些行业标准、企业标准、客户标准等，这些都是针对特定的领域或需求而制定的。三、焊接测试焊接测试是指在将电路的元件焊接完毕后，进行电路的测试，但这里的焊接并不意味着完成整个电路板的焊接。通常会按功能划分电路区域，分区域焊接测试，在操作之前就制定一个较为合理的计划步骤会有效提高测试效率，并减小测试复杂度。1.电源电路测试电源电路是首先要进行测试的部分，在电源电路焊接完毕后，首先要测试其输入输出电压是否正常，电源的波纹是否满足要求。可以适当加上负载进行测试供电效果，仔细查看负载变化时供电电压的情况。另外，也要注意测试输入电压在设计范围内变化时，输出电压的变化，确认其符合设计要求。如图8-2所示，可以用万用表分别测量VCC和VSS之间的电压，VDD和GNDD之间的电压，看是否符合设计要求。2.控制核心电路测试控制核心电路的测试可以在确认电源供电正常的情况下开展，测试时首先要确认控制电路中核心芯片的供电电压正常，然后可以测试其时钟部分是否正常，最后可以通过特定接口测试程序写入。通常，可以尝试写入一段特定功能的测试程序，让某一管脚输出固定的电平序列信号来测验控制核心是否能正确工作。2.控制核心电路测试以隔离控制器电路为例，其核心MCU的工作需要3.3V的供电电压，因此我们首先需要用万用表测试供电是否满足要求。这里不宜直接用表笔测量芯片管脚电压，较粗的表笔容易引起MCU管脚间的短路，可以尝试测量芯片供电引脚周围的滤波电容两端电压。2.控制核心电路测试正确的供电未必能保证隔离控制器正常工作，核心MCU工作需要有稳定的晶振信号，隔离控制器的采用了外接8MHz的晶振，可以用示波器来测量其是否按设计要求工作。晶振波形一般是正弦波或者方波，当输出波形是方波时，一般上升沿比较抖，且包含了较多的高频信号，测试方波时带宽最好能是被测信号频率的10倍。用200M示波器可以测试出隔离控制器工作时晶振的波形，测试时将探头档位调为×10档，注意探头就近接地，以保证信号的保真度。2.控制核心电路测试为了验证程序烧写电路，可以设计一个较为简单的测试程序，如让一个管脚驱动LED的定时闪烁，将该程序通过烧写接口写入MCU。程序的成功烧写，可以验证串行调试接口（SWD）电路正确，但未必能保证核心控制电路能可靠工作，通过观察LED的闪烁，可以判断核心电路是否能按设计稳定运行，所以通常在设计电路时，工程师会特意设计一个指示系统稳定工作的LED指示灯，如果电路中没有这样的设计，则需要通过示波器等设备来验证程序的运行。2.控制核心电路测试如图8-3所示，是一个可供测试使用的LED电路。3.外围输入输出电路测试电路板上除供电部分和核心控制部分外，会有一些依据应用要求设计的外围设备电路，这些电路各有不同的功能，比如。通信电路主要用于信号传输与处理，而输入输出接口则进行数据、信号交换以及控制等，这些功能电路要依据其功能分别测试。隔离控制器的功能较为简单，外围电路部分主要是用于通信的RS485转换电路和输入输出隔离接口电路。3.外围输入输出电路测试隔离控制器中的RS485转换电路如图8-4所示，主要用于通信，其完备的功能测试要配合带通信功能的固件程序来完成，在电路检测时只能简单测试下转换芯片的供电电压和对外通信管脚的对地电压。3.外围输入输出电路测试隔离控制器中的输入输出的隔离接口电路使用了光耦来隔离外部接口和系统信号，在测试时分别测试输入接口和输出接口。检查输入接口时，可以测试在外部信号电平下光耦接入系统的信号电压，检查外部信号在整个设计范围内能够产生有效的系统输入信号。检查输出接口时，同样也要测试整个设计范围内是否都能输出有效信号。隔离控制器中隔离输出部分电路如图8-5所示。知识补充严格的电路检测通常还要包括电磁兼容（EMC）测试，指的是对电子产品在电磁场方面干扰大小（EMI）和抗干扰能力（