摘要：由于电路板起着优化用电器布局和固定电路的批量生产等作用，故而其在电路系统中得到了广泛的运用。同时，电路板的相关故障检测也成为人们关注的焦点问题。在早期，由于受到我国技术水平的限制，在进行电路板相关故障检测时更多的使用人工或者投影仪的方法进行检测工作，此种检测方式需要的人力劳动强度较大、且检测效率偏低，随着电路板精密化的迅速趋势，传统的故障检测方法已经逐渐被社会淘汰，自动化检测系统已经成为电路板故障检测的新形势。本文将对电路板故障检测诊断系统进行分析，从硬件系统和软件系统两方面对其进行设计和实现，希望对相关人员有借鉴意义。
关键词：电路板；故障检测；诊断系统；设计；实现
随着电路板制作工艺的不断发展和对电路功能要求的提高，对电路板的自动故障检测提出了更高的要求。以往的自动测试系统都存在着寿命周期内使用、维护费用较高，应用范围有限、适应能力不足等问题，本文主要探讨的是电路板故障检测诊断系统的设计与实现，在这里主要设计的是一种基于PCI总线的电路板故障自动诊断检测系统，此系统的建造成本低、速度快且适应性强，是一种较为通用的电路板故障检测诊断系统[1]。
一、硬件系统的设计与实现
本文所要设计的电路板故障检测诊断系统主要包括硬件系统和软件系统两个部分。硬件系统的设计主要包括数据采集卡的设计、矩阵电路开关的设计和电路板接口模块的设计[2]。
（一）数据采集卡设计
电路板故障检测诊断系统中的数据需要保证其准确性，数据是进行诊断的重要依据之一，这些数据包括静态参数、直流电平参数以及动态参数，通过对以上数据进行综合分析，可有效地检测出电路板上元器件的好坏。对数据采集卡来讲，其采集的信号可以分为以下三种，电平变换信号、数字信号和电源信号[3]，除此之外，还有一些其他种类的信号，但是以上三类是比较常见的。而数据采集卡的最主要功能就是采集以上所述的几种信号，为了能更好地对信号进行采集，就需要根据实际情况挑选出相应的数据采集卡，在进行数据采集卡的选择时，需要选择的项目有很多，包括接口方式、接口协议处理器、输入和输出指标、输入和输出指标和采集卡处理器等等。数据采集卡常见的接口方式有PCI、CompactPCI、CAN和PCMCIA等[4]，本系统是基于PCI总线的，因此其接口方式以及接口协议处理器等都是基于PCI的，输入和输出指标有输入输出的模拟量精度和速率，为提高其数据处理的速率，在该系统中使用了性价比较高的FPGA采集卡处理器。
（二）矩阵开关电路设计
矩阵开关电路是自动测试系统信息交换的中枢部分，它可以通过控制开关系统将电源、信号源等激励信号自动切换到被测对象的任意输入端口，并将被测对象输出端口的信号自动切换到相应的测试仪器、仪表，输入输出回波损耗较少，有极低的信号穿透、串扰的优点。继电器是控制矩阵开关电路机械动作的核心部件，其对矩阵开关电路的相应时间具有直接的影响，因此，在进行矩阵电路开关设计时，要综合各个情况选择合适的继电器，需要综合考虑机械使用寿命、电压承载能力、时间切换和适用性等各个方面因素后。对矩阵开关电路的继电器来说，既要对其进行输出控制，也要对其进行一些驱动操作，这就极大地增加了电路的复杂性，为了对其进行简化操作，本系统使用了功率逻辑器件TPIC6B595这一移位寄存器，该寄存器可实现对信号继电器的直接驱动，并有效地简化电路的复杂度[5]。主控芯片是矩阵开关电路中的核心部件，也是联系电路中各个设备的桥梁，其质量的好坏直接影响着整个线路运行的好坏，在综合考虑了质量、价格、适应性等方面之后，本系统选择使用性价比较高的中规模主控芯片。
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（三）接口模块设计
在传统的电路板检测中，往往只用到两个手持探针进行肉眼观察进行故障检测，这种检测方法会导致漏检率较高，检测效果不稳定。随着我国信息技术的迅猛发展，人工检测电路板故障已经不能适应社会的发展，电路板故障的自动检测系统有了较大的发展空间，在现如今的很多电路板故障检测系统中，为了达到自动测试并尽可能减少人工干预的要求，进而提高检测效率，电路板接口模块中很多使用到了针床夹具。但由于针床夹具的适用性比较差，较大的降低了检测系统的延伸性以及通用性。为避免这种问题，提高故障检测系统的拓展新和适用性，就需要在进行电路板接口模块的设计时使用通用电路板接口模块，其主要包括以下三个部分，可移动侦探模块、前端信号调理模块以及针床模块[6]。由于可移动侦探可以自由移动，因此其可以帮助检测一些固定针床提取不到的原件信息，极大幅度地提高了诊断系统的测试效率。
二、软件系统的设计与实现
电路板故障检测诊断系统的硬件系统部分设计完成后就需要考虑其软件系统部分的设计，软件系统是自动故障诊断系统的核心，用户登录、板卡初始化参数配置、测试文件的读取、测量类型自动选择、矩阵开关通道的自动选择、激励类型自动选择、报表生成均在软件的控制下进行。对于软件系统来说，不仅要前期将其合理的设计出来，对其进行后期维护也是十分有必要的，因为很多软件都要要涉及改造升级。因此，在一开始进行设计的时候，就需要综合考虑到这些方面，尽量在设计时候考虑到后期维护、可移植性好和方便升级的特点。相比于其他设计方式，模块化设计具有相对独立性、互换性和通用性等有点，所以为了达到上述效果，本系统的软件主要使用了模块化的设计方式，根据软件系统包括内容将其分为不同的功能模块，主要有用户管理模块、初始化模块、测试文件模块、选择测量类型模块、激励类型自动选择模块和矩阵选择模块。本系统为了提高测试的速度和精确度，还设计了高速以及深度测试两种模式，在高速测试模式下，测试速度较快，深度测试就更加注重准确率，根据不同需求，用户可以任意切换这两种测试模式。
三、故障检测系统的相关性能测试
在对电路板故障检测诊断系统的软件和硬件系统进行设计之后，并不能很快知道该系统的性能好坏。因此，为了验证该系统的准确性、可靠性以及稳定性，分别采用传统电路板测试方法、该系统的高速测试方法和深度测试方法来测量某电阻两端电压值。其结果表明，进行了反复多次的测试，多次的测试结果之间误差较小，未见明显差异。由此可以看出，该系统的准确性较高、稳定性较好，可靠性较强，有较高的测试覆盖率。
结语
电路板在现在的社会中得到了越来越多的使用，其故障检测系统作为电路板故障检测的主要内容得到了人们的重点关注。本文主要设计了一种基于PCI总线的电路板故障自动诊断检测系统。通过相关数据可知，该故障检测系统准确性、可靠性和稳定性均较好，可实现提高电路板故障检测诊断效率的目的。
参考文献
[1]刘建南.电路板故障检测诊断系统的设计与实现[J].海峡科技与产业,2018(5):62-64.
[2]李广宏,雷建.基于信息融合的PCB红外热像检测关键技术研究[J].红外技术,2017,39(9):829-834.
[3]程丰,侯生彪,陈向前,等.某型控制舱综合测试系统故障诊断及分析[J].船电技术,2018,38(10):29-32.
[4]宋振.电子设备电路板维修测试系统设计与应用[J].电子世界,2018(12):181-182.
[5]郑美茹.电路板故障诊断系统功能及系统应用[J].电子测试,2017(18):119-120.
[6]侯俊.电子设备电路板的诊断与维修探析[J].数字通信世界,2017(11):89.
论文作者:田仲杰
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/5
标签：电路板论文; 故障论文; 系统论文; 测试论文; 电路论文; 矩阵论文; 模块论文; 《电力设备》2019年第4期论文;