随着空调技术和集成化技术的发展，使得电路板的线路布局有复杂化、多元化、集成化的特点。电路板中的电子小型化、引脚密集化对器件质量检测筛选具有一定的挑战性。在线测试技术(In-Circuit Test，) 作为电子产品印制板的重要测试手段已被大多数电子企业所采用，具有覆盖率高、定位精准、易操作等特点。^[1]本文主要介绍了在线测试原理、测试优化方法以及测试。

1 在线测试技术原理

目前在线测试技术（）技术主要是针对PCBA（印刷电路板）焊接故障（如开短路、虚焊、脱焊、立碑等）和物料异常（如错插、漏插、反插、多插以及物料内部结构异常等）。某公司采用针床式 测试技术，借助针床夹具完成测试过程，精准测量PCBA 中组装的电阻、电容、电感、跳线、二极管、三极管、光耦等通用和特殊元器件的参数值，根据标准值判断故障类型，ICT 对不同器件的原理各不相同。

1.1 电阻测试原理

电阻“R”的测试类型元件有碳膜电阻、金属膜电阻、热敏电阻、片状电阻、水泥电阻等，电阻的分为三种：分压测量法、恒压测量法、四针测试法。

1.1.1 分压测量法

由图1 可得：Rx=Vx*Rs/Is 或Rx=Vx*Rs/(Vs-Vx)，两公式中前一个需测两个未知量Is 与Vx，而后一个只需测1 个量Vx 所以后一种算法测量速度快，但由于它用Vs 作已知量，（12 位的DA 经放大后的输出）相对Is（14 位的AD 加高精度的仪表放大器）精度较低，所以快速测量法速度快但精度（3%~5%）不如普通方法（1%）。

图1 电阻分压测量法原理图

1.1.2 恒压测量法

图2 恒压测量法原理图

由图2 可知：该法与分压法区别为存在并联电容，且因Rs 对信号稳定时间不利，利用闭环反馈将其消除，但由于电路采用大回路的闭环反馈，有时会不稳定，产生自激（与外电路结构有关）。

1.1.3 四针测量法

对于（0.1~100）Ω 电阻的小电阻使用四针测量法，测量原理如图3 所示。

图3 四针测量法原理图

由于所有探针接触点都存在接触电阻，而且在多次重压及不同的被测板间这种接触电阻的变化较大，如果用直接两针法测量，这种接触电阻的变化将直接影响测量结果，使小电阻的测量变得很不稳定。

改用四针电桥法测量后PIN1与PIN2是信源发出针，PIN3 及GPIN1 是被测电压返回探针，由于电压采样放大器的输入电阻极高，所以在“返回探针接触电阻”上的电流及压降很小，能准确测得被测电阻的真实端电压。回路电流的大小虽然与“源接触电阻”大小有关，但在每次测量中，被测电阻的端电压与回路电流的比值仅与被测电阻值有关。

1.2 电容测试原理

电容“C”的测试元件类型有瓷片电容、独石电容、片状电容、电解电容、金属膜电容、风机电容等，电容的分为4 种：分压测量法、虚地测量法、恒流源测量法、三针测量法。

1.2.1 分压测量法

由图4 可得：Cx=|Is|/（|Vx |*Rs）/2πf-Co； 或Cx=Rs*（Vs2-Vx2）^1/2/ 2πfVx - Co， 当被测电容较小时（小于1 nF）分布电容Co（容值约1 nF）比被测电容还大，使测试精度大大下降，故此法适于测量1~10 μF 电容。

图4 电容分压测量法原理图

1.2.2 虚地测量法

由图5 可得：Cx=|Ix|/2πf|Vx|，根据公式可知电容测量不涉及分布电容Co，此法适用于测1 pF~100 nF电容。

图5 电容虚地测量法原理图

1.2.3 恒流源测量法

如图6 所示，Cx=T*Ix/Vx，其中T 是供电时间，Ix 是恒流源，Vx 是在T 时间内电容两端的电压变化量。

图6 电容恒流源测量法原理图

1.2.4 三针测量法

三针电容极性测量法原理如图7 所示，由于电解电容管脚对外壳的电容量相差较大所以图中电压V₁ 与V₂会有较大差异，由此可判断电容的极性是否装反，对于较大的电容由于容抗较小使得信号源驱动困难，因此常降低频率测量。

图7 电容三针测量法原理图

1.3 电感测试原理

电感“L”的测试元件类型有电感、扼流圈、滤波器、变压器、互感器等。原理与电容分压测量法相同，Lx=（|Vx|*Rs）/2πf| Is|。

图8 电感分压测量法原理图

1.4 跳线测试原理

跳线”JP”测试法是测量通断，通过测量两点间直流电阻判断跨接线的安装情况，JP0 以两点间短路为正确，JP1 以两点间开路为正确。标称值不必输入，默认为20 Ω，当给定1~100 间的数时，短路的判定将以给定值为准（误差10%）。

1.5 二极管、三极管测试原理

二极管和三极管测试是通过PN 结测试，其结构中具有PN 结特性，IC、光耦、数码管等器件部分引脚可按“PN”测试，PN 结的测试方法有3 种：曲线测量法、正反向测量法、电感并联测量法。

1.5.1 曲线测量法

当PN 结正向导通时电流与电压的关系是非线性的，如图9 所示，测量这种非线性可以区分双向PN 结与普通电阻。所以在判断某两电间是否有PN 结特性时常用此法。

图9 PN结特性曲线

1.5.2 正反向测量法

本方法用一定的原电阻分别对被测点施加正反向两种电压，对普通PN 结将得到V₁、V₂ 两个不相等的电压，而对于双向PN 结（或反并联的两个PN 结）V₁与V₂在绝对值上是相等的，但某一方向上的PN 结坏了或反装了都会影响测量结果，所以本法可以一步测量两个PN 结。

图10 双向PN结特性曲线

1.5.3 电感并联测量法

用高频交流源驱动PN 结及电感，使电感呈现高阻态，正反向PN 结两端电压波形如图11 所示，分别读取正反向峰值可判断PN 结的安装情况。

图11 电感并联测量波形图

1.6 光耦测试原理

光电藕合器“OP”最少是四个端子，两个发光控制端和两个受光被控端，只有真正的进行发光控制才能测试其好坏，所以我们采取四端测量方法先在控制侧不驱动，测量被控测的电压，以测试光藕的关断特性，然后以（5~10）mA的电流驱动发光侧，被控侧电压将下降，由此可检测其导通特性。

图11 光耦四针测量法原理图

1.7 隔离点测试原理

GUARD是保护的意思，通常用在多个器件串并联的电路回路中。

电流源信号时：电流会在HI-PIN 通过C₁、R₁ 分流，因此会提供G₁、G₂ 点隔离，此时，V_hi = V_G1 = V_G2，因此，GUARD PIN 位于HI-PIN 串联点，即高点分支点。电压源信号时: 为防止节点L0 有外电流通过C₁、R₁ 流入，应加G₁、G₂ 点隔离，此时，V_lo = V_G1 = V_G2，因此，GUARD PIN 位于HD PIN 串联点，即低点分支点。

比如3 个电阻首位相接，有3 个测试点，每1 个测试点放1 个探针分别是A, B, C；当测试其中1 个电阻时，需用到A, B 而GUARD 设定为C。实际上是在C 针上加1 个与A 针相等的电势，保证电势只从A 流向B 这样A, B 之间的测试值只是这1 个电阻的值，而不是电阻的并联值。电势是从高电势流向低电势。

图12 隔离点测试原理图

图13

2 在线测试优化方法

2.1 元件测试精调的常用方法

1）加隔离针，对阻值偏小的电阻和容值偏大的电容进行隔离。

2）加延时，适当增加延时时间使信号稳定。

3）增、减测试电压，增加电压可增加信噪比，减少电压可防止饱和与串扰。

4）升、降测试频率，升高频率可使电阻对电容和电感的影响降低，降低频率可使噪声减少。

2.2 元器件测试转化方法

PCB 电路板涉及多种元器件，不仅是电阻、电容、电感、光耦、二极管、三极管这些器件，还会涉及固态继电器、芯片、蜂鸣器、陶振晶振等。ICT 测试根据每种元器件的不同引脚所组成的结构特性进行转化测量，以固态继电器和芯片为例。

2.2.1 固态继电器

固态继电器是一种无触点开关器件，是全部由固态电子元件所组成的。列举某公司经常使用的一种固态继电器，其内部结构图如下所示，一种AC 型负载的可控硅输出光电耦合器，由二极管、双向二极管、双向可控硅等组成。ICT 测试固态继电器，针对不同进行区别测试：①脚和②脚按照二极管特性即PN 结测试数值大小（ ① 脚可替换为③ 脚/④脚），③脚和④胶按照跳线JP 方式测量开短路（①和③、①和④均可），根据其光电耦合的特性，①脚、②脚、⑥脚、⑧脚4 个脚按照光耦特性OP测试，⑤脚和⑥脚按照电阻特性R 测试数值。

图14 固态继电器内部结构图

2.2.2 芯片

芯片，是高集成电路部件，内部线路包含晶体管、电阻、电容、电感等器件。某公司经常使用的2003 控制芯片，为达林顿管阵列驱动电路，内含七组NPN 型达林顿管，其内部结构电路图如图15 所示。

图15 2003芯片内部结构图

图16 为电路中一个通道的达林顿管线路图，其中T1 作驱动管，T2 为输出管，D1 是输出端保护二极管，用于驱动感性负载时作保护用，虚线连接的是寄生二极管，GND 与圆片P 型衬底相连接最低电位，各端口连圆片N 型区域，故各端口对GND 有1 个寄生的PN 结二极管。根据电路管脚特性可知：输入脚与GND 脚存在电阻关系，即① ~ ⑦脚与GND 脚按照“R”方式测量数值；输出端、公共端与GND 脚存在二极管连接关系，即⑨ ~ ⑯脚按照“PN”方式正反测量电压数值。

图16 单通道达林顿管线路图

3 在线测试

实际生活中电器产品多种多样，产品设计电路板不尽相同，各种元器件通过串并联方式连接起来，实际ICT 测试时电路板其他元器件会对其测量值存在干扰，实际值与理论值存在差异性，以下情形中ICT 无法测试：

1）小电容并联大电容，容值相差较大时，小电容损坏漏件均不可测；

2）大电阻并联小电阻，这种情况不多见，但通过1个大电容并联的关系较多，由于大电容不易隔离，且稳定时间长，干扰较大，且并并联后阻值比小电阻略小，这时大电阻缺件不可测；

3）IC 的性能无法检测，ICT 一般不用于检测IC 的功能好坏，只检查其管脚的焊接质量及方向性；

4）NTC 热敏电阻、压敏电阻等器件因随环境因素变化阻值不稳定，无法测试；

5）放电管无法被ICT 检测好坏，其主要作用为限制过电流和过电压，需外加电压，而ICT 测试为弱电无法检测。

4 结束语

综合来看，对电阻、电容、电感、跳线、二极管、三极管、光耦等器件测量单元线路的设计不同会造成ICT 测试范围和精度的不同，本文的测量线路仅供参考。针对由集成电路组合的元器件，需要针对其不同管脚之间的电路特性进行合理测量检测。实际生产过程中，各种电路板的设计均存在不同，线路上各元器件均会存在干扰，实际值与理论值存在差异，以及导致部分元器件无法准确测量，需从人员检查、过程管控、物料筛选等方面进行质量预防。

参考文献：

[1] 王大伟,龚清萍,张德晓.ICT测试技术在航空电子产品PCBA测试中的应用[J].航空电子技术,2014(4):49-57.

（本文来源于《电子产品世界》杂志2023年3月期）