摘要：ASA测试是一种基于电路VI特性曲线的有效快捷的电路板及组件测试维修方法，通过检测电路或器件的VI特性曲线，来定位故障点。本文研究了ASA测试的特点，并介绍电路板ASA测试具体实现方法和操作技巧。
关键词：ASA测试，VI特性曲线，故障定位，在线维修
1引言
随着科学技术的飞速发展，电子装备复杂度越来越大，现场器件级维修面临严峻的挑战，依靠传统的仪器设备和手段无法快速、有效地完成故障定位。目前，越来越多采用的办法是“前换后修”的维修方案，在前方即现场只通过对系统功能的检测将故障定位于现场可更换单元（LRU），通过更换LRU来快速恢复装备的技战术性能，而发生故障的LRU则被送往后方进行深层次的器件级维修。在后方的LRU维修中，由于LRU缺乏必要的工作环境，给维修带来极大的困难。ASA(VI曲线)测试是一种新型的电路板及组件的在线故障检测技术，在不涉及电路原理和工作状态的前提下，可进行脱离装备（无需联机检测）的电路板及组件的故障检测。ASA测试技术是解决故障LRU后方测试维修的一种新型有效方法。
2ASA测试技术
ASA测试（AnalogSignatureAnalysis）—模拟特征分析测试，一般又叫做VI曲线测试，含义是通过显示电压（V）和电流（I）平面上的曲线来给出测试结果。
2.1ASA测试原理
ASA测试的基本原理如图1所示，由测试仪产生一个交变信号，加到被测点上，记录交变电压和电流在负载上的变化，并通过计算机屏幕显示出来。具体地讲，在被测器件的待测管脚与地（或其它管脚）组成的端口之间，施加一个交变的扫描信号，将该端口的阻抗变化在电压、电流平面上ASA曲线测试的显示出来。“VI曲线”反映了节点处的阻抗特性，实际电路中的曲线形状是多样的，如纯电阻为直线、纯电容为椭圆以及二极管和稳压管为不对称非线性PN结特征曲线等等，实际电路中提取的VI曲线是这些典型曲线的合成。所以根据实际电路节点的VI曲线几何形状，可大致推测出该节点是哪些元件组成的，并可推测出某些属性节点曲线的大概形状，可以通过比较实测曲线与预测形状的差别来判断电路板是否存在故障。当被测点是电路板上的一个电路结点时，可叫做在线测试；当被测点是电路板上未焊接的元器件引脚时，叫做离线测试。据美国的有关资料介绍，通过比较好、坏电路板上相应电路结点的VI曲线，可以发现70%以上的电路故障。
2.2ASA测试特点 图1
从ASA测试原理可以看出，VI曲线实际上就是阻抗曲线，它服从有关阻抗特征的基本规律，而电路结点的曲线，是与该结点相关联的元器件管脚的曲线的并联值。这就预示着如果深刻理解、熟练掌握了各种元器件的VI曲线，就可能根据与电路结点关联的器件类型，估计出结点VI曲线的大体形态；或者根据已知VI曲线形态，模拟出与该结点关联的器件类型。这对于没有参考电路板、也没有事先建立VI曲线数据库的情况下，用VI曲线法进行故障检测十分重要，并可将结点故障定位到元器件引脚上。综上所述，ASA测试具有如下特点：
A、测试过程不涉及电路原理，无需电路处于工作状态，所以可在没有图纸资料、脱离原始设备的情况下开展电路板故障检测；
B、测试时不需给电路板加电，保证电路板的安全；
C、测试过程不涉及电路板上器件功能的分析，所以无论电路由什么类型的器件组成，包括数字的、模拟的、数模混合的、功能已知的、未知的（如专用、可编程）等等，均可测试。
D、当电路板上芯片温度异常过热，为了避免扩大故障范围，不适于加电测试时，可改用“VI曲线分析”（不加电）逐个管脚检查，能确切地定位故障点。这是ASA测试的一个突出特点。
E、ASA测试是对电路结点（或器件管脚）逐个进行测试，基本上不受电路板上元器件封装的限制。
F、由于单个器件可以看成最简单的电路板电路，所以ASA技术也能够用于检测电子元器件的好坏。尤其是它不涉及器件功能，不受器件封装限制，成为许多用户检测大规模、复杂或功能未知集成器件好坏的唯一手段。
G、ASA用于检测分立元件功能好坏时，比带电测试更加方便、直观。
3ASA测试的实现
依据ASA测试的原理，在线路结点之间注入一定幅度和频率的周期信号，在显示坐标上形成一条电流随电压变化的关系曲线，即：VI曲线。VI曲线的形状由被测结点之间的特性阻抗所决定，通过比较好、坏电路板上相同结点之间的VI曲线，就可以判断该结点的性能。
如图2的闸流管VI曲线中，曲线A、B为正常情况下的VI曲线，当闸流管周边电路中的电容有漏电现象时候，可能产生曲线C。因此可以通过闸流管VI曲线阻抗发生改变的结点，来查找故障点。由于正弦波的谐波分量少，一般采用正弦波作为加在被测点上的交变信号。而其它如锯齿波、三角波等谐波分量较多，在线测试时容易引起自激，得不到稳定曲线。ASA测试技术建立于模拟特征分析技术之上，几乎适用于包括模拟、数字，各种专用器件、可编程器件以及大规模、超大规模器件在内的任何类型的器件。可采用各种规格的测试夹多点测试或VI探棒单点测试，不受器件封装形式的限制，应用范围极广。相对于传统工具，VI曲线分析测试在测试效率、精确度和信息量等方面都有巨大的优势。目前一些新型的在线维修测试仪如PINPOINTⅡ、GR8080、GT4040P等均具有ASA测试功能。
在线测试时，通常需要好、坏电路板对比测试，故障定位在线路结点上。然后应以故障结点为中心，排查同该结点有关联的器件；离线测试时，通常需要好、坏器件对比测试，故障直接定位在器件管脚上。有时也可运用VI曲线对单块电路板或单个器件进行测试，在线时，直接对比电路板上对称布局排列的器件；离线时，根据经验观察并总结器件管脚之间VI曲线形状的规律性。下面以PINPOINTⅡ为例介绍电路板及组件维修中的ASA测试方法的应用。
3.1测试信号的选择
对任何一种电子仪器，测试信号都是构成整个测试功能的基础，测试信号的质量，直接决定着测试仪的测试效果。理论和实践都表明，使用以正弦规律变化的电压信号（正弦波）的测试效果最好。为了保证测试效果，同时又不至于损伤被测器件，正弦幅度应大于被测器件引脚的实际工作电压，小于其极限电压。由于不同元器件所需电压值不同，这就要求测试人员对元器件的工作参数有一定的了解。PINPOINTⅡ输出的正弦波电压幅度从0V到25V，电流0.1MA到500MA，能很好地满足对更多种类的电子电路板、电子元器件、组件的检测要求。信号频率对容性、感性测试非常重要，频率范围越宽，越能更好地适应对容性、感性结点的测试。比如，用PINPOINTⅡ测试仪能测出一、两万微法电容的有效ASA曲线——曲线不会蜕化成一条短路线，从曲线上可以明显看出是否漏电、容量是否够。
3.2辅助测试信号的选择
对于闸流管、MOS三极管、甚至继电器、电压调节器等一些三端器件，用正弦波难以检测出其特性曲线，常用一定幅度和宽度的脉冲，因此在ASA测试时，常用脉冲作为辅助测试信号来进行三端器件的测试的特性测试。
在闸流管的测试中，仅在它的阳极和阴极之间加ASA测试信号，只能发现两极之间是否短路、或有漏流，不能发现开路、或导通不良的故障。引入一个脉冲信号加在闸流管的控制极，控制管子在ASA测试期间出现导通、截止两种状态，就能对闸流管进行较为全面的检测。不同的三端器件需要不同的控制方式。控制方式实际就是正弦波如何和脉冲匹配（同步）。
为了满足各种三端器件的不同测试要求，PINPOINTⅡ在线测试仪上设置了八种脉冲和正弦波的匹配方式。相对于正弦波来说，脉冲的起始、结束位置；宽度、高度均可调整；支持单向触发、双向触发，使测试的过程更加全面。
3.3测试过程
ASA测试的目的是为了通过被测电路板、组件各测试点的VI曲线来判定被测单元的技术状态。为了提高基本ASA测试对被测单元的故障检出率，需要在测试中掌握一定的测试技巧。
（1）选择端口
所谓的单端口测试，通常指所有的电路结点（器件管脚）分别与电路板的“地”组成一个个的端口，ASA测试信号总是加在这些端口上进行测试。比如，在单端口的方式下，对一个有N个脚的器件，总共处理N条曲线。但在使用中发现，有时候器件的两个管脚分别对地的曲线没有大的变化，但两个管脚之间的曲线变化很大，这种情况仍然属于器件故障，为了解决此类问题，发展了多端口测试方式。
所谓的多端口测试，是指对一个器件的任何两个管脚组成的端口，都要进行ASA测试。这样对一个有N个管脚的器件，最多处理N×N条曲线。
（2）曲线灵敏度的选择
ASA测试是依据两条曲线的形状差异来检测故障的，但是，测试数据的差异与把数据以曲线显示出来后，曲线之间的差异并不是一回事。用机械式万用表打个比方。指针越接近中央位置，同样大小的阻值变化引起的指针摆幅越大，也就是指针位置关于故障的灵敏度越高。对于ASA曲线可以证明，在电压—电流坐标下（VI曲线），曲线的整体走势越接近45度，对故障的灵敏程度越高；如果测试曲线是一个封闭图形，如电容，曲线包围的面积越大，对故障的灵敏度越高。
影响曲线走势主要是测试信号的输出电阻。当选择的电阻值越接近被测结点的等效电阻值时，得到的曲线灵敏度越高。PINPOINTⅡ测试仪允许对任意一条曲线人工修改测试参数后重测。该特点可用于手工调整曲线灵敏度。
（3）测试参数的设置
并非同一个器件的所有管脚都适用于同样的测试参数。举个典型的例子：集电极开路器件的输出往往耐压较高，用于驱动数码管、继电器等，而输入都是标准电平，所以对于输出、输入的测试信号的幅度应该不同，才能达到全面检测的目的。
（4）开路状态的处理
在大多数情况下，端口之间不是开路的状态，但又不能完全排除这种情况。测到开路曲线的十分可能的原因是，器件管脚氧化、防锈涂层未打磨干净、测试探头磨损等原因导致的接触不良或者直接由被测单元故障导致，所以在实际使用中，一旦发现开路曲线，都要进行确认、检查和处理，然后重测，以免得到虚假曲线。
（5）曲线对比方法
采用VI曲线测试时通常需要有好电路板（或好器件）进行对比测试，事先在程序的数据库中建立标准VI曲线，然后同故障电路板逐一对比。实际维修中，有时并不一定能够找到可供对照的好电路板，这就限制了VI曲线测试作用的充分发挥。
无法建立标准VI曲线时，可采用灵活测试方式。例如：直接对比同一块电路板上具有对称结构的电路，直接对比单个IC器件同性质管脚（如各个地址端、数据端、输入端、输出端等）的VI曲线。另外，诸如测试二极管、三极管、光耦、电容、可控硅等器件的VI曲线时也无须对比。通过与数据库中标准VI曲线的比较，就可以找到故障点。
4结论
综上所述，ASA测试技术在原理上并不复杂，实现简单，在电路板及组件维修中的降低测试成本、简化操作环节、测试效果显著等方面有着鲜明的特点，确实是一种行之有效的办法，对于电路板及组件的测试有着明显的优势，在近年来电路板及组件的脱机维修实践中得到证明，有着广泛的应用前景。但在使用中还要注意下列问题：
1、有些器件故障并没有反映在管脚端口上，使得故障不能在ASA测试中得到反映，造成测试的故障覆盖率偏低。
2、一些具有特殊参数的器件会对ASA测试曲线形成一些不良影响，如在线路节点间并联有阻抗很低的器件（如小电阻、小电感等），则相关节点的ASA测试曲线只表现短路特性，对测试人员期望得到的曲线形成掩盖，降低测试的故障覆盖率。
3、有些功能相同但厂家不同的IC器件或者功能相同厂家相同但生产工艺不同的IC器件，模拟特征分析曲线也会存在一定的差异，对测试时故障的判定造成一定的干扰，增加误判几率，使测试的故障虚警率上升。
4、测试时元件阻值（或阻抗）过大（R>300K，C<500PF）、过小（R<10，C>400uF）时，其曲线与开路、短路无法区分，降低了测试的故障覆盖率。
这些因素的存在，对测试的故障覆盖率、故障虚警率造成一定的影响，应提高ASA的操作技巧加以克服。
参考文献
[1]PINPOINTⅡ在线测试仪操作手册,2005年,P40～55.
[2]王格芳陈国顺．模拟电路自动测试系统研究[J],国外电子测量技术，1999(2).
[3]高泽涵.电子电路故障诊断技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2000.
