Заводян Лабораторный практикум

(иликонтрольно-измерительныхсредств(КИС))должнабытьнапорядоквыше точностиизмеряемыхпараметров;приоценкеточностиизмерениянеобходимо правильно выбирать диапазон измерения контролируемого параметра и учитывать дополнительные ошибки,вносимые в результате измерений, вследствие влияния подключаемых приборов на налаживаемое ЭУ. Подключениеизмерительныхприборовсоздаетновую систему,процессы и режимывкоторойотличныотпроцессовирежимовдоподключенияприборов. Любойизмерительныйприборссоединительнымипроводамиимеетвходное сопротивление.Соединительные провода емкостно и индуктивно связаны междусобойискомпонентамипроверяемогоЭУ.Дляуменьшениявлияния подключаемыхприборовнадоослаблятьихсвязьспроверяемойсхемой.Это можно сделать,например,путем подключения приборов черезнебольшие емкости,но при этом нарушаетсяградуировкаприборови необходимаих юстировка. Внешние паразитные связи и наводки можно уменьшить правильным расположением приборов и измеряемой схемы.Приборы для измерениясигналанадорасполагатьсоответственноегораспространению. Например,если измеряютвходное и выходное напряжения,то выходной вольтметрдолженбытьрасположенближеквыходу,авходнойквходу.

151

Рис.2.СхемаосновныхоперацийтиповогоТП регулировкиЭУ;ОР – объектрегулировки;ДУ–дефектыустранены;КЦМС–контрольцелостности механическихсоединений;КЦЭЦ–контрольцелостностиэлектрическихцепей; ИОК–идентификацияоценочныхкритериев;КФП–контрольфункциональных параметров;ТОИ–технологическиеотбраковочныеиспытания,чередуемыес КФП иИОК;ПСИ –приемо-сдаточныеиспытания;ЕН –естьнесоответствия послеИОК;НД–неустраняемыедефекты;ЭП–электрическиепараметры;ТЭВМ

–тестированиесприменением технологическойЭВМ;ТП –технологический процесс;БТ–бесконтактноетестирование;пунктиром показаны возможные дополнительныеэтапы ТП регулировки;подмноготочием следуетпонимать разнообразиеФП ирежимовихконтроля;ПО – причинаопределена;ПН – причинанеопределена;ЭУ–электронноеустройство;НН–несоответствийнет.

Точная аналитическая оценка погрешностей измерения, вносимых вследствие подключения измерительных приборов, практически трудно выполнима,нодажепримерныерасчеты,обычноприводимыевТИ,помогаютих оценить.

ПередналадкойнеобходимоустановитьстепеньвлиянияотдельныхЭРК навыходныепараметры схемы.Вобщем случаеконтролируемыйпараметр изделияАявляетсяфункциейрядаЭРКипараметровсхемы:

(1)

Значениеабсолютнойпогрешностиконтролируемогопараметраможнополучить разложивуравнение(1)врядТейлора:

, (2)

где –коэффициентвлияния,которыйможносчитатьпостояннымвовсем

диапазоневозможныхвариаций.

Схема и конструкция изделия должны обеспечивать возможность независимыхрегулировок.ИзменениепараметровспомощьюпеременныхЭРК или других методов должно действовать автономно и не приводить к изменениюдругихвыходныхпараметров,вариациякоторыхданнойдоводочной операциейнепредусмотрена.Взаимозависимостьдоводочныхоперацийрезко увеличиваетвремя,необходимоедляихпроведения.

Наладкусхемыпроводятвследующемпорядке(см.рис.2).Послесборки имонтажаЭУподвергаюттряскенавибростендевтечениенесколькихминутс последующим контролем целостности механических соединений с применением(либобезприменения)средстввизуализации.Этонеобходимодля выявленияплохихконтактов,либообрывовэлектрическихцепей,получившихся вследствие небрежной работы монтажников,а также удаления случайно попавшихприсборкепредметов(винтов,шайб,капельприпояидр.).Затем проверяютправильность(целостность)электрическихцепейвсоответствиис контрольными картами (картами с таблицами сопротивлений и (или) напряжений),вкоторыхуказывают,междукакимиточкамисхемыкакоедолжно бытьсопротивление;допустимыеграницы измененийрежимовипараметров ЭРК,уровнейсигналовидр.Простейшимприбором,служащимдляпроверки цепей,являетсяпробник.Еслиоценочныекритериисоответствуютзаданнымв таблицахконтрольныхкарт,тоЭУ подвергаютфункциональномуконтролю (контролюфункциональныхпараметров(ФП))взаданныхрежимах.Впротивном случаеосуществляютпоискпричиннесоответствияиустранениявызванных имидефектов(еслиэтовозможно).

152

Функциональныйконтрольможетоказатьсяболеетрудоемкойоперацией, еслинапредыдущейоперациинеоптимальновыбранобъем проверяемых параметров,либо электрическаяпринципиальнаясхеманалаживаемого ЭУ слишкомсложнаиналадканаданнойоперациитребуетвыполнениябольшого объемаработ,напримертаких,как:

согласованиевыходныхивходныхкаскадовмодулей;

контрольиидентификациявыходныхпараметроввтребуемых режимах;

поискиустранениепричиннесоответствияизмеряемых функциональныхпараметровтребуемым;

настройкаотдельныхкаскадовсиспользованиемпеременныхR,C, L-компонентов,либодоведениевыходныхпараметровдотребуемых значенийдругимиметодами(илиспособами);

калибровка;

юстировкаидр.

Регулировку аппаратуры в зависимости от типа производства осуществляютуниверсальной измерительной аппаратурой или специальной заводской оснасткой,которая представляет собой различные имитаторы, эквивалентынагрузок,пультыуправленияиавтоматическиестенды.Приработе с ВЧ-ЭУ регулировку производят в экранированной камере, которая способствуетустранениюпомехотвнешнихэлектромагнитныхполей.Нередков условияхсерийногопроизводстванецелесообразнооборудоватьрабочиеместа регулировщиковаппаратуры некоторымииндивидуальнымиизмерительными средствами,например,применениеиндивидуальныхгенераторовстандартных сигналов(ГСС)накаждомрабочемместевызываетряднеудобств,связанныхс затратойлишнеговременинаперестройкугенератора.Помимоэтого,частые перестройки индивидуальных ГСС при наладочных работах увеличивают погрешности установки частоты.Чтобы избежать указанных недостатков, применяют централизованную подачу сигналов стандартных частот от кварцевогогенераторапоВЧлиниямнарабочиеместа,расположенныевдоль конвейера.

ЕслиидентификациюизмеряемыхпараметровосуществляютпоТУ(или ТИ,либоподругомудокументу),тоизмерительныесхемы (илистенды)на рабочем месте регулировщика оснащаются необходимым набором измерительнойаппаратуры(ИА)(рис.3,а),априиспользованиибазыданных ЭВМ для идентификации – измерительная схема может включать и технологическую ЭВМ.В случаеприменениявкачествеидентификатора– образца кондиционного ЭУ (налаженного аналога регулируемого объекта), принятогозаэталон,измерительнаясхема,кромеИА,содержитиэталонный образец (рис.3,б),обеспечивающий при выполнении наладочных работ сравнениеэлектрическихпараметроврегулируемогообъектасэталоном (то естьэлектрическоекопирование).

При использовании в процессе наладки переменных ЭРК (с регулировочнымиилиподстроечнымиэлементами)исхемы рис.3,а,тоесть когдаизвестны(изТУ)значениянапряженийнавходеивыходерегулируемого объекта(илиабсолютныезначенияизмеряемыхвеличин),общаяпогрешность доведенияФПдотребуемыхзначенийопределяетсявыражением

,

153

где – ошибка измерительных приборов в определении ФП налаживаемойЭУ; –ошибкавизмеренииФПиз-заотличиятемпературыпри наладкеотнормальной; – ошибка,вызваннаястарением прибора(она

зависит от числа циклов измерения параметра,прошедших до момента наблюдения); – ошибка,вызываемаянеточностью поддержаниярежима

питания; – коэффициент,учитывающий одновременноедействиевсех факторов.

В случае применения электрического копирования производится сравнение эффекта воздействия источника возбуждающего напряжения определеннойчастотыкакнарегулируемыйобъект,такинаобъект,принятыйза образец.Следовательно,прииспользованиисхемырис.3,б,общаяпогрешность доведенияФПдоэталонныхбудетопределятьсявыражением

,
где	–погрешностьобразца(эталона); –ошибка,
идентификации (сравнения);	,	– коэффициенты, учитывающие

одновременностьдействиявсехфакторов.

Такимобразом,выполнениедоводочныхработприидентификацииФПпо эталонномуобразцухарактеризуетсябольшейпогрешностью посравнению с применениемдругихспособовидентификации.

Поискпричиннесоответствияконтролируемыхпараметровтребуемым(т.е. причиннеисправностиЭУ).Измененияконтролируемыхпараметров (налаживаемогоЭУ),выходящиезадопустимыепределы,обычновызваны наличиемвизделияхразличногородадефектовиошибок(вносимыхнаразных стадияхжизненногоциклаЭУ).Дефекты,какиошибки,немогутбыть обнаруженыдотехпор,поканебудутсозданыусловиядлявозникновенияиз-за нихнаблюдаемых(илификсируемыхдругимиспособами)неисправностейЭУ. Процессопределенияпричинпоявленияошибокиналичия(иливозникновения) дефектоввЭУназываютдиагностикойнеисправностей.

154

Рис. 3. Простейшие структурные схемы измерительных стендов, используемыхпривыполнениерегулировочныхработдляЭУ(модулей1-огои2- огоуровней);а–идентификаторомявляютсяданныеТУ,ТИидругиедокументы; б–идентификаторомявляютсяЭО;ОР–объектрегулировки;ЭО–эталонный объект;ГСС–генераторстандартныхсигналов;ИА–измерительнаяаппаратура; ИВ – индикаторвыхода;ТУ – техническиеусловия;ТИ – технологическая инструкция.

Причинаминеисправностей,напримерячеекЭУ,могутбыть:

несовершенствоматериаловЭУ(втомчисленаличиескрытыхдефектов);

дефектысборкиимонтажа(втомчислескрытыедефекты);

дефектыизготовленияпечатныхплат(втомчислескрытыедефекты);

дефектыкомпонентов(втомчислескрытые);

ошибки,допущенныеприразработкесхемыэлектрической принципиальнойидр.,атакжетрассировкиплаты;

ошибки,вносимыенаэтаперегулировкиЭУ(например,при использованииизмерительныхсхемисредств,нарушающих электрическиеитепловыережимыобъектарегулировки;при использованиинеоптимальноразработанногоилинедостаточно отлаженногопрограммногообеспечениядляпараметрическогои

функциональногоконтроляидр.). Поискпричиннеисправностей–наиболеесложныйпроцессналаживания

ЭУивомногомзависитотуровняподготовкииопытаработырегулировщика.

155

Объемработывэтомслучаеможетбытьразнымдляаналоговых,цифровых, аналого-цифровых и других ЭУ и определяться их сложностью,а также возможностямииспользуемыхизмерительныхипрограммныхсредств.

Существуютразличныеметоды поискапричиннеисправностейЭУ,но большое распространение в условиях производства получили следующие методы:

сиспользованиемтаблиц(всоставе,например,технологическойили другойнормативнойдокументации),содержащихразновидностии причинынеисправностей;

сиспользованиемклассификаторовдефектов(суказаниемнаправления ихпоиска);

сприменениеманализафизическихпринциповфункционирования устройстваипоискапричиннеисправностилогическимпутем,либо постепеннымприближениемкдефектномуучастку(илиместу)

конструктивасиспользованиемизмерительныхсредств;

засчетисключениянормальнофункционирующихкаскадовидругих

частейэлектрическойпринципиальнойсхемысприменением технологическихкартэлектрическихсопротивленийинапряжений;

припомощидополнительногосканирующеготестированиясцелью локализациидефектногоучасткаэлектрическойцепи;

припомощитестирующихпрограмм,локализующихдефектныеучастки электрическойсхемыустройства;

сприменениемэвристическойимитации(поисковойзамены)отдельных каскадовсхемы,узловЭУит.п.,втомчислеприиспользовании

технологическихЭВМ.

Каждому из методов присущи свои достоинства и недостатки, возможностиприменениявконкретныхусловияхпроизводства(иливусловиях эксплуатации при сбоях или отказах ЭУ)для изделия разной степени сложностииточности.Однако,использованиепрограммногоконтроля(т.е. преимущественно тестирования – проверки работоспособности ЭВС путем воздействия на него тестовых (испытательныхпрограмм))в большинстве случаевможетоказатьсянаиболеерациональнымприпоискенеисправностей, особеннодляцифровыхЭУ.

Доведение контролируемых параметров до требуемых значений осуществляетсяпослеопределенияпричиннеисправностиЭУ.Взависимостиот характера дефекта, вызвавшего неисправность,а также отособенностей функционированияЭУ,доведениеоценочныхпараметровможетвыполнятьсяс применениемметодов:

использованиярегулировочных(иподстроечных)элементоввсоставе переменныхкомпонентов(обычноR,C,L),еслиониимеютсявсоставеЭУ;

заменыкомпонентовнаиханалогиспараметрами,обеспечивающими заданныеоценочныекритерииинормальноефункционированиеЭУ(с использованиемоперацийдемонтаж–монтаж);

использованияфункциональнойподгонкипленочныхэлементов микросборок(МСБ),еслиониимеютсявсоставеЭУ(например,спомощью лазерноголуча(рис.4)илидругимспособом);

использованиятопологическихподгоночныхпленочныхэлементов (обычнодляМСБ(рис.5,а…в));

156

использованиярезервныхэлементов,компонентов,перемычек,еслиони предусмотренывсоставеЭУ(обычновМСБ(рис.6));

устранениядефектовпайки,микросварки,очисткисприменением специальнойремонтнойтехнологическойоснастки(например, микротермофена,вакуумныхпрецизионныхприспособленийс наконечникамидляотсосаизлишковприпояит.п.,микродозаторовидр.);

репрограммирования(дляполупроводниковыхБИС,СБИС).

Рис.4.Примериспользованияфункциональнойподгонкилазернымлучом (дляплавнопогоняемогосопротивления)пленочногорезистораМСБ;1–прямой иГ-образныйподгоночныерезы нарабочем участкерезистора;2–прямой подгоночныйрезнадополнительном участкегрубойподгонки;3– прямой подгоночныйрезнадополнительномучасткеточнойподгонки.

Использование регулировочных элементов в составе навесных компонентовзаключаетсявполучениизаданныхвыходныхпараметровЭУ путем изменения величины сопротивления (индуктивности, емкости) специальновведенноговсхемупеременногонавесногокомпонентаспомощью вращения(илиперемещения)подвижногоконтакта(например,движка,ползунка, ротора,сердечникаит.п.)вегоконструкции.Переменныерегулировочные, обычнодискретные,ЭРК допускаютизменениевеличины своегоосновного параметракакприналадке,такиприэксплуатацииЭУ(дляоперацийнастройки определенных схем)и чаще всего выносятся на лицевую панель блока. Подстроечные(такжепеременныедискретные)ЭРКиспользуютсяприразовой или периодической регулировке ЭУ и не допускаютизменения основного параметравпроцессеэксплуатацииЭУ(т.е.устанавливаютсянаплатеячейкис фиксациейподвижногоконтактапослевыполнениянастройки(позавершении регулировочныхработ)).

Достоинстваметода:

возможнополучениевысокойточностивыходныхпараметровизделия приширокихдиапазонахдопусковнапараметрыкомпонентовсхемы;

возможноподдержаниеработоспособностисхемыизаданныхрежимов работыкомпонентовпристаренииматериаловЭУ,включаяЭРК,или резкихизмененияхусловийэксплуатации;

вбольшинствеслучаевобеспечиваетсянаименьшеевремявыполнения доводочныхопераций.

157

Недостаткиметода:

наличиерегулировочныхэлементоввсоставенавесныхкомпонентов несколькоснижаетнадежностьЭУ,заметноувеличивает массогабаритныепоказателиистоимостьизделий;

требуетобеспечениянадежнойфиксацииподстроечныхкомпонентов;

затрудняетвыполнениеоперацийповлагозащитеиусложняетсборочномонтажныеоперацииприизготовленииЭУ.

Методзаменыкомпонентовсостоитвтом,чтосоответствиеизмеряемых параметров заданным выходным параметрам ЭУ достигается удалением (демонтажом)компонентов(параметры которыхнеобеспечиваюттребуемые выходные параметры ЭУ) и последующим монтажом на их месте (т.е. включениемвсхему)аналогичныхкомпонентов,нообеспечивающихтребуемые выходныепараметрыЭУ.

Достоинстваметода:

заданныепараметрыдостигаютсябезиспользованияпеременныхЭРК;

можнопервоначальноиспользоватькомпонентыбезжесткогоотбора.

Кнедостаткамможноотнестивозможностьпримененияданногометода тольковцифровойтехнике,атакжепотребностьвподбореаналога-заменителя идополнительноговременинадемонтаж-монтажкомпонентов.

158

Рис.6. Примеры вариантов использования резервных элементов, компонентови(или)перемычеквсоставепленочнойМСБдлядоведенияФПЭУ до требуемых значений;а – при использовании резервных элементов, перемычекикомпонентов;б– прииспользованиирезервныхэлементови перемычек;1–подложка;2–резервныеконтактныеплощадки;3–резистивные элементы;4–перемычка(проволочнаяилидр.);5–резервныйкомпонент; стрелкамиуказанывозможныеперемещенияпоз.4и5.

Метод функциональной подгонки (обычно лазерной),как и метод использованиятопологическихподгоночныхэлементовсостоитвтом,что требуемая величина функционального параметра ЭУ достигается путем удаленияучастковпассивныхпленочныхэлементовчащевсеголазернымлучом (см.рис.4 и 5).При этом в первом случае лазерный луч воздействует непосредственнонапленочный (например,резистивный)элемент(изменяя (уменьшая)его топологическую ширину,см.рис.4),а во втором – на топологические подгоночные элементы (спроектированные при разработке топологии,см.рис.5),прерываянужную электрическую связь,длядоведения выходныхпараметровЭУдотребуемыхзначений.

Достоинствами данныхметодов являетсявысокаяточностьдоводки (подгонки),особеннововторомслучае,именьшее,посравнению сметодом замены компонентов,время,затрачиваемоенепосредственнонадоведение выходныхпараметровЭУдотребуемыхзначений.

Кнедостаткамданныхметодовможноотнести:

пригодностьиспользованиятолькодляпленочныхМСБ;

потребностьвспециальномподгоночномоборудовании;

необходимостьувеличенияплощадиплатМСБ,еслииспользуются топологическиеподгоночныеэлементыиусложнениетопологииплатв этомслучае.

159

Прииспользованиирезервныхэлементов,компонентов,либоперемычек (см.рис.6)заданныевыходныехарактеристикиизделияобеспечиваютсяпутем подбораодногоилинесколькихкомпонентовспостояннымипараметрами,либо перемычек, применение которых обеспечивает частичную или полную компенсацию отклонениявыходныхпараметровЭУ отнормы.Приэтом в топологиюплатыдолжныбытьвключенырезервныетопологическиеэлементы (например,знакоместа(илирезервныеконтактныеплощадки)идр.,см.рис.6).

Достоинстваметода:

обеспечениевысокойточностиистабильностивыходныхпараметров (вышепосравнениюспредыдущимиметодамидляМСБ);

повышеннаянадежностьизделия(посравнениюспредыдущими методамидляМСБ).

Недостаткиметода:

потребностьврегулировщикахвысокойквалификации;

высокаятрудоемкость;

некотороеусложнениетопологииплат.

РепрограммированиеБИС(СБИС)используетсявцифровойтехникепри отладкеаппаратногоипрограммногообеспечения.

Спецификарегулировкимикропроцессорныхустройств

СредисовременныхЭВСвсережевстречаютсяустройства,создаваемые на"простой"элементнойбазе(наИСсмалойстепеньюинтеграцииидискретных ЭРК).Дажесамые"простые"современныеЭУсодержатсхемыавтоподстройки, самотестирования,"умные"пользовательскиеинтерфейсы,какинтуитивно– понятные,такисодержащиемногокаскадов,требующихналадки.Впоследние годы появиласьтенденцияобъединятьустройстваразличногоназначенияв вычислительныесети,атакжеиспользоватьперсональныекомпьютеры(ПК)в качестветерминаловдляотображенияивводаданныхиавтоматизацииэтих процессов.ПривычнымивпроизводствеЭВСужесталимикропроцессоры(МП) и микроконтроллеры (применение которых можно встретить в самых неожиданных случаях),микросхемы ОЗУ (статические и динамические), перезаписываемые ПЗУ (ППЗУ), объем памяти которых исчисляется мегабайтами.ВсеэтозначительноусложнилокаксамиустройстваЭВС,такиих элементнуюбазу.РегулировкаЭВС,сталаоченьсложнойитрудоемкойзадачей, плохо поддающейся формализации. Часто не существует стандартной аппаратуры для организации процесса регулировки разрабатываемого устройства,чтотребуетееотдельногопроектирования.

Главной особенностью и трудностью в проектировании микропроцессорных устройств (МПУ) является необходимость разработки программныхсредств(ПС)иинтеграцииихвединомустройствесаппаратными средствами(АС)длявыполнениязаданныхфункцийпринахождениимеждуПС иАСоптимальноговзаимодействия.Такимобразом,основнымотличиемМПУ оттрадиционныхрадиоэлектронныхидругихЭУ,несодержащихМП,является наличиевобщейструктуреМПУдвухтиповсредств:аппаратныхипрограммных. Наличие в составе МПУ программных средств определяет не только

160