1 引言

電子工程師在進(jìn)行電子設(shè)備的反設(shè)計或者維修工作時，首先需要了解未知印刷電路板（PCB）上各元件間的連接關(guān)系，因此需要對PCB上各元件引腳之間的連通關(guān)系進(jìn)行測量并記錄。
最簡單的方法是將萬用表打到"短路蜂鳴器"檔，用兩支表筆逐對地測量引腳間連通關(guān)系，然后手工記錄"引腳對"之間的通/斷路狀況。為了得到所有"引腳對"之間連接關(guān)系的全集，必須按照組合原則組織被測"引腳對"，當(dāng)PCB上元件數(shù)目及引腳數(shù)目較多時，需要測量的"引腳對"數(shù)目將會十分龐大。顯然，若采用人工方法進(jìn)行這項(xiàng)工作，測量、記錄及校對的工作量都將會非常大。而且測量精度較低，眾所周知，一般萬用表兩表筆間的阻性阻抗值高至20歐姆左右時，其蜂鳴器仍會發(fā)出響聲，表示為通路。
為提高測量效率，必須設(shè)法實(shí)現(xiàn)元件"引腳對"的自動測量、記錄和校對。為此筆者設(shè)計了一個由微控制器控制的通路探測儀作為前端探測設(shè)備，設(shè)計了一套強(qiáng)大的測量導(dǎo)航軟件進(jìn)行后端處理，共同來實(shí)現(xiàn)PCB上元件引腳間通路關(guān)系的自動測量和記錄。本文主要探討其中通路探測電路實(shí)現(xiàn)自動測量的設(shè)計思想與技術(shù)。
實(shí)現(xiàn)自動測量的前提是將被測元件引腳連入探測電路中，為此探測設(shè)備設(shè)置若干個測量頭，通過電纜引出，測量頭可掛接各種測試夾具與元件引腳建立連接，測量頭的數(shù)量決定了同一批連入探測電路的引腳數(shù)。然后在程序控制下探測儀按組合原則依次將被測"引腳對"一一納入測量通路。在測量通路中將"引腳對"之間的通/斷路狀況呈現(xiàn)為引腳間有無電阻，測量通路將其轉(zhuǎn)換為一個電壓量，由此判斷它們之間的通/斷路關(guān)系并加以記錄。
建立在這個思路之上的PCB通路探測電路主要應(yīng)實(shí)現(xiàn)3個功能：
·自動選擇被測"引腳對"并進(jìn)行測量；
·自動判斷"引腳對"間的通路關(guān)系；
·自動記錄測量結(jié)果。

2 被測引腳對的自動選擇和測量

2.1 被測引腳對的自動切換
為了使探測電路能從已掛連元件引腳的眾多測量頭中按組合原則依次選擇不同的引腳進(jìn)行測量，可以設(shè)置相應(yīng)的開關(guān)陣列，由程序開啟/閉合不同的開關(guān)，將元件引腳切換入測量通路中，獲取其通/斷路關(guān)系。由于被測量是一個模擬電壓量，所以應(yīng)該用模擬多路開關(guān)形成開關(guān)陣列，圖1示出了用模擬開關(guān)陣列實(shí)現(xiàn)被測引腳切換的思路。

圖3  軟件程序框圖

為了消除電容元件和模擬開關(guān)抖動的影響需要延長測量時間，而要消除電感元件的影響，則要利用感生電動勢在很短時間內(nèi)確定，為此程序中設(shè)置了兩個計數(shù)器：通路次數(shù)計數(shù)器和斷路次數(shù)計數(shù)器。設(shè)置通路次數(shù)N是為了消除模擬開關(guān)閉合瞬間由于電容充電產(chǎn)生的假通路影響，即當(dāng)累計讀得N次通路結(jié)果時，一般對電容的充電已結(jié)束，才確認(rèn)被測量點(diǎn)間為通路。設(shè)置斷路次數(shù)n是為了排除模擬開關(guān)抖動所引起的干擾，一般在連續(xù)測得n次斷路結(jié)果時表明模擬開關(guān)的抖動已經(jīng)結(jié)束，才能確認(rèn)為斷路。但因?yàn)殡姼械母猩妱觿菰谀M開關(guān)閉合瞬間最大，隨后迅速下降，所以如果第一次和第二次測量結(jié)果都為斷路，則確認(rèn)為斷路。由于幾種情況之間互相矛盾，計數(shù)器及延時的值是在權(quán)衡三種情況的基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際情況確定的。
當(dāng)然，使用上述程序判斷時，若被測引腳之間為一小電阻、小電感或者大電容，則還有可能誤判為通路，這種問題很容易通過軟件在測量結(jié)果中檢查出來，若某個兩引腳元件的兩端在同一網(wǎng)絡(luò)之中，則可能存在上述判斷錯誤，確認(rèn)后加以排除。

結(jié)語

本文通過對PCB通路探測電路的功能及實(shí)現(xiàn)原理的分析，為大規(guī)模PCB上元件引腳間通路關(guān)系的測量提供了一種新的思路。實(shí)驗(yàn)表明，此探測電路在測量導(dǎo)航軟件（另文介紹）的支持下能高效、準(zhǔn)確、完備地測量和記錄PCB上各元件引腳之間的通路關(guān)系。