PCB反设计系统中的探测电路

　　1 引言

　　电子工程师在进行电子设备的反设计或者维修工作时，首先需要了解未知印刷电路板(PCB)上各元件间的连接关系，因此需要对PCB上各元件引脚之间的连通关系进行测量并记录。

　　最简单的方法是将万用表打到“短路蜂鸣器”档，用两支表笔逐对地测量引脚间连通关系，然后手工记录“引脚对”之间的通/断路状况。为了得到所有“引脚对”之间连接关系的全集，必须按照组合原则组织被测"引脚对"，当PCB上元件数目及引脚数目较多时，需要测量的“引脚对”数目将会十分庞大。显然，若采用人工方法进行这项工作，测量、记录及校对的工作量都将会非常大。而且测量精度较低，众所周知，一般万用表两表笔间的阻性阻抗值高至20欧姆左右时，其蜂鸣器仍会发出响声，表示为通路。

　　为提高测量效率，必须设法实现元件“引脚对”的自动测量、记录和校对。为此笔者设计了一个由微控制器控制的通路探测仪作为前端探测设备，设计了一套强大的测量导航软件进行后端处理，共同来实现PCB上元件引脚间通路关系的自动测量和记录。本文主要探讨其中通路探测电路实现自动测量的设计思想与技术。

　　实现自动测量的前提是将被测元件引脚连入探测电路中，为此探测设备设置若干个测量头，通过电缆引出，测量头可挂接各种测试夹具与元件引脚建立连接，测量头的数量决定了同一批连入探测电路的引脚数。然后在程序控制下探测仪按组合原则依次将被测“引脚对”一一纳入测量通路。在测量通路中将“引脚对”之间的通/断路状况呈现为引脚间有无电阻，测量通路将其转换为一个电压量，由此判断它们之间的通/断路关系并加以记录。

　　建立在这个思路之上的PCB通路探测电路主要应实现3个功能：

　　•自动选择被测“引脚对”并进行测量;

　　•自动判断"引脚对"间的通路关系;

　　•自动记录测量结果。

　　2 被测引脚对的自动选择和测量

　　2.1 被测引脚对的自动切换

　　为了使探测电路能从已挂连元件引脚的众多测量头中按组合原则依次选择不同的引脚进行测量，可以设置相应的开关阵列，由程序开启/闭合不同的开关，将元件引脚切换入测量通路中，获取其通/断路关系。由于被测量是一个模拟电压量，所以应该用模拟多路开关形成开关阵列，图1示出了用模拟开关阵列实现被测引脚切换的思路。

图1 用模拟开关阵列实现被测引脚的切换

　　2.2 通/断路关系的测量

　　探测电路的设计原理如图2所示。图中Ⅰ和Ⅱ两个方框内的两组模拟开关成对配置：Ⅰ-1与Ⅱ-1，Ⅰ-2与Ⅱ-2，......，Ⅰ-N与Ⅱ-N。模拟多路开关的闭合与否由程序通过图1所示的译码电路控制，在Ⅰ、Ⅱ两路模拟开关中最多同时只能各有一个开关闭合。例如，欲探测测量头1与测量头2之间是否有通路关系，使Ⅰ-1与Ⅱ-2开关闭合，在A点与地之间通过测量头1、2 形成测量通路，若为通路，则A点的电压VA=0;若为断路，则VA>0。VA的值就是判断测量头1、2之间有无通路关系的依据。这样，在瞬间即可按照组合原则将挂连在测量头上的所有引脚间的通/断路关系测量完毕。由于这个测量过程是在测试夹具所夹元件引脚之间进行的，笔者称其为夹内测量。