VI特性曲线在PCB故障检测中的应用

徐世英 刘新妹

（中北大学电子测试技术国家重点实验室，太原 030051）

电路板作为电子设备程序运行的重要设备，在发生故障时，不能因为维修而占据大量时间，因此，为确保设备的正常运行和资源的重回收利用，当PCB发生故障时，目前都是采用以新换旧的方法。先利用新电路板维持设备正常工作，在私下对故障电板进行VI曲线检测维修。这种方式适应了电子技术行业的发展需求。随着电子技术的广泛应用，各行各业的智能化控制和快捷化方式发展更加快速，面对电子控制的各类元器件电路，在故障发生时难以凭借经验和肉眼观察评判，而且由于一些干扰因素，在故障原因鉴定上必然不够准确。VI特性曲线是利用电流电压在理想电阻元器件下的工作曲线，通过对无法及时维修而更换的元器件进行检测，进而快速有效地找到电路板的故障所在。目前，它是PCB故障检测中较常见的方法，因故障查找范围大、准确率高而被广泛应用，这对促进电子设备的良好运行和及时投入生产有相当大的作用。

1 VI曲线测试技术

VI曲线测试技术从提出到具体运用，经过了长久的摸索探究，发展至今，已经逐渐成熟，简单来说，它就是通过电流电压在平面坐标上显示的曲线图，斜率大小代表每点的电阻值，根据整体曲线变化以及斜率变化来判断PCB故障所在。

1.1 VI曲线测试原理

电流电压在电路板中经过的是一个交变信号，为对比正常情况下的电流电压变化值，需要对待测器件的待测管脚与地组成的端口相连，并给予工作信号，使经过元器件时能显示每点的电压、电流变化，由于各元器件自身也是一个大电阻，在测试中要把涉及的电阻假定为理想器件，即不存在任何电阻，这样就能通过VI曲线的几何形状，大致分析出故障所在，通过对比分析正常工作状态下的几何变化曲线，进一步精确电路板的病症所在。

1.2 VI曲线测试优势

VI曲线测试的优势不仅仅在于精确度和高效性，也不在于操作的简便性和易懂性，而是故障检测过程中，可以脱离电路工作状态，在故障检测中少了很多需要满足但又难以满足的条件，这些决定了其他检测技术的难度，限制了检测的区域和正确性。但相对于VI特性曲线而言，不需要对器件进行逐一排查筛选，而是大规模、统一性的操作，根据工作流程的不通之处判定故障所在。所以，在相对较大的元器件、设备检测上，往往也会利用VI特性，事实证明，无论是传统检测技术，还是最新发展的诸多检测技术，无论是原理还是操作都比不上VI曲线测试的优势。

1.3 VI曲线的定时测试和智能存储

VI曲线测试的方式并不单一，根据测试模式不同，测试类型分为“定期测试”和“一般测试”。从表面也不难理解，“一般测试”也就是普通测试，适用于元器件较少的电路板，因为元器件的分布较为规律且个数较少，因此，故障涉及范围内的影响因素十分有限，相对于定时检测，在操作处理上更为便利，主要通过VI夹棒操作，具体如图1所示。

图1 普通测试

所谓定期测试，是相对于贴器件较多的电路板，因为检测过程中相应夹具的操作不易，在操作过程中通过利用技术检测手段，对时长进行限定，不用一边操作一边观察电脑屏幕曲线变化，是一种稳定轻松的检测模式，适用于密度较高的元器件维修检查工作。例如，一个44管脚PLCC封装四边形表面贴装器件，设置“器件管脚数”输入44，这里输入的是器件的总管脚数。选择“定时测试”，“起始管脚”输入11，“结束管脚”输入22，选择适合自己的“各脚测试准备时间”，开始测试。如图2测试过程中可随时“中止测试”。结束或中止测试可以随时“存储”测试结果。

图2 定时测试

2 VI曲线测试的过程以及测试参数的选择

任何电子元器件的工作都需要经过前期的设计、测算，而测算过程中，对于元器件自身特性变化较多但又无法确定的属性，需要根据计算变化取均值参数。参数结果待定对于后期VI特性曲线测试故障有很大的作用，是关乎特性曲线变化调整的核心，也是误导故障检测错误的重要因素。如图2所示，当电路中出现较为常见的短路、短路故障时，曲线中便会出现蓝绿曲线，而正常情况下的红线就会起到一种对比作用，二极管的阻抗变化是寻找故障点的关键，交变电流流经电路板产生的正弦变化，会引起被测点上出现交变信号，测试信号是缩小病灶区域范围的指导依据，不能成为判断具体位置的信息，但这在故障检测排除中是一个不可或缺的重要环节，新型的检测技术（如PINPOINTⅡ）就融合了VI曲线测试功能。总之，测试信号是整个检测环节中的基础流程，其表现形式可以由电流或电压引起。根据多方数据显示，正弦波产生的信号效果优于锯齿波和三角波，这也是为什么正弦波信号会被广泛应用。

3 基于LabView的VI曲线测试仪

3.1 VI曲线测试仪的组成

VI曲线检测仪的组成不同于其他仪器设备，它展示的结果是一条曲线变化，因此，其组成部分中最重要的是数据，缺乏数据依赖，VI曲线测试仪便失去了检测能力。目前，在PBC故障检测中，数据的收集整理分析主要依赖于NI公司的PCI总线数据采集卡，利用LabView编程技术，将数据变化与电流电压的走向变化连接起来，进而以曲线变化直观形象地显示。在操作上，其具有简便易行的特点；在功能上，其具有双通道输入、参数设定、采集处理对比存储等特点。VI特性曲线测试仪的应用，是VI特性检测PBC故障的关键，如果没有测试仪的存在，故障检测曲线便不会成立，因此，后期要大力加强VI特性曲线仪的研究。

3.2 软件的设计与实现

VI特性曲线测试曲线的变化需要依赖相关电脑程序显示，目前VI曲线测试仪采用LabView9.0版本，根据相关技术调查显示，这已经是电脑程序中所能应用的最新版本。VI测试模块的工作推进，还需依赖当前的网络计算机手段，相信随着通道信号融合的完整性和无缝性，起始电压和终止电压以及限额电流等的变化显示将更精确，VI特性曲线也将突破PBC故障检测中的应用，而是走向更广阔的领域，发挥更大的价值。

4 结论

以上是关于VI曲线几种检测技术类型介绍，工作技术原理分析以及参数设定方法和曲线测试仪的组成简述，关于VI曲线检测在PCB故障检测中的应用还有诸多方面值得商讨。虽然我国对于VI曲线检测技术的应用起步较晚，但VI曲线检测PCB故障所运用的技术原理并不难，可以说是一种行之有效又节省成本的检测方法，不仅在检测环节上易操作，而且能使其他人通过曲线变化对故障所在一目了然，即使对电路工作流程不了解，对电子技术的知识没有掌握，也能快速了解VI曲线检测方法，因此，这项技术的应用发展对我国跻身于国际水平具有极大推进作用。更重要的是，VI特性曲线凭借应用的高效性和准确度，已经展现出自身的价值，相信随着更深入的研究发展，VI特性曲线在PCB故障检测中将有更广阔的前景。