1、電路特征儀強效通用的原由電路性狀分析張文張煜東(電路特征儀推廣站, 518000)摘要：電學參數應分為電路參數與電信（電能與信號）參數兩類，質量能量須分明。對電路本身的研究不足，測試手段欠缺，其學術地位被擠，應當提起重視！電子制造業的實質就是電路制造。要想實施精確制造，推進技術文明，加強電路性狀分析的研究，推進電路儀器的創新，勢在必行！電路的本性，即原始屬性包括兩個方面：限量特性與滯變特性。滯變特性的研究，被忽略，有待深入。電路（系統）分析也應是兩個方面：電路的能態分析與電路的性狀分析。電路特征儀是以電路性狀分析為理論依據的、“能所不能、不可替代”的電路儀器新門類。它有一系列產品與配套設施，等

2、待人們來開發；它的應用，涉及電路裝置的整個領域。關鍵詞：電路的限量性 電路的滯變性 電路性狀分析 信號特征 電路特征 導納特征儀前言我國是電子信息產業大國，中國制造響譽世界！電路裝置（電路板卡）品種之多、數量之大，令人贊嘆！然而，一些新動向應予以重視。首先，伴隨電子產品的涌入市場，電子垃圾也加速產生！除了正常損壞、新舊替換所產生的之外，也不乏制造過程的廢棄產物！一些本可避免的損失，或是技術手段缺失、經營理念模糊等等人為因素造成的！其次，電路裝置的售后維修也因測試支持不足，仍處于原始狀態：只能拿著萬用表，以“師傅帶徒弟，經驗加拆換”的無奈方式進行有利可圖的維修；對難以修復或無利可圖的，只好丟棄。

3、這或許由于沒有適用的測試工具！第三，原先技術手段完善的測試領域也出現了麻煩：隨著產品技術的飛速發展，電子器件的封裝，多數由直插變貼片，板卡上的器件密度也與日俱增，導致相當一些測試插座與測試治具無法使用，原來舉足輕重的ICT部分失業，代之而來是形形色色、蜂擁而來的AOI！用光學儀器代替電學儀器，是無奈之舉吧！能替代得了嗎？這些現象，集中說明一個事實：電路測試有缺憾，電路儀器須創新！電路理論也應發展。1、 電路儀器概況與電路特征儀簡介電路特征儀是用特征分析法，進行電路測試與診斷的電路儀器。或問：何為電路儀器？電路儀器是能夠實施不加電在線測試的電子儀器和設備。歐姆表（萬用表的電阻檔）和在線測試儀IC

4、T，就屬此列。電路特征儀問世之前，電路儀器也就只有這兩種。其中,萬用表價廉簡便，但效力太欠；ICT效力很強，但太貴太專。兩者都有較大的局限性。電路特征儀則是效力很強、便捷通用、“能所不能、不可替代”的一類電路儀器。它的原形出于1976年的美國，叫跟蹤器Tracker，用于復雜電路故障的診斷，由于價格昂貴，至今鮮為人知。目前，只有美、英、俄、中等國，不多的幾個公司制造這類產品。電路特征儀通過測取電路端點的I-V特征，對電路的性狀進行對比分析。它的測試原理（如下圖）：用電壓和頻率都可調的正弦掃描電壓，通過一可調限流電阻，對被測端點產生激勵，引發端點上的響應，即電流依電壓的變化而變化。對選定的電路端

5、點，激勵條件確定時，其響應是唯一確定的；響應如有變異，意味著電路性狀的變異，這必定是電路元件損傷或電路結構變化（短路或斷線）所致。這種測試理念與方法，有助于技術人員分析電路的健康狀況，找出已經損傷或即將損傷的器件與故障。電路特征儀將測試結果，以曲線圖形顯示（水平軸為電壓，垂直軸為電流）或將數據交計算機處理。下面是一些典型器件的特征曲線、電路端點測取的特征圖形與對比分析實例。四種基本元件的典型特征圖 三個不同電路端點上測取的特征圖形示例對一個測試輸入電路進行好壞對比分析的實例電路特征儀簡稱特征儀，也可稱為導納特征儀。它的優越性突出表現為：1、基本操作只需兩個探針，適用于所有的電路與封裝，測試對象

6、不加電,通用、簡便、安全；2、原理直擊電路本性，測試結果能對電路性狀作出一個清晰的、形象化的完整描述，結果可信、可移植性強；3、儀器實行三維（Vs、Fs、Rs）的寬量程掃描、好壞交替對比，能抓住其它儀器抓不住的電路問題，方便、有效；4、自動/手動隨意，便于配套，擴展性強。目前主要用于復雜電路板卡的維修測試。經過努力，可將它用于電子制造業，從器件測試、品質管理、產品測試修理、直到售后服務的全過程。期盼各界關注、參與！特征儀的應用技術，大有文章，理論探索也有名堂。在尋求特征分析理論依據的過程中，我們發現問題，在此共同探討。2、 電路性狀分析的由來理論源于實踐，用于實踐。在開發、推廣電路特征儀的實踐

7、中，我們試圖尋求相關的理論依據，以期指導產品開發與應用技術的研究。在探索中我們看到，一種較新的分析方法狀態空間法，與電路特征儀的實際原理很接近。它將兩維空間中，描述電路性狀的一條軌跡，稱為狀態軌道。它對電路性狀作出一個清晰的、形象化的完整描述?；赜^特征儀上顯示的特征圖形，或許就是一種所謂的狀態軌道！這個過程也使我們學到一個新名詞：電路性狀。性狀在英文中是character，它也可譯成特征，也就是說，性狀和特征在這里是同意詞。電路性狀分析就是電路特征分析。市場上有家電醫院，學術界也應有相應的電路醫學，電路性狀分析其實就是一種電路醫學理論，它關注的是電路自身的健康狀況，并非電路的功能。按說，電路是

8、電流（flow）所經過的路徑。電路分析理應著重分析電路（本身）。事實上現有的電路分析論述，基本都是電流（flow）分析，是電能（勢能-電壓、動能-電流）在電路中的狀態分布。電路自身得不到重視，難怪電路儀器嚴重缺失！具體分析一下，現有電路儀器（ICT和歐姆表）的測試機理，不難看到，在電路測試方面，理論指導的欠缺。就拿最厲害的ICT來說，它實際上是上述偏向功能性電路理論指導下的產物，每項測試都是就事論事，各項措施之間共性很差。難怪它們結構龐雜，造價昂貴，編程復雜，現在又面臨失業的難堪。電路特征儀與電路性狀分析是實踐與理論之間的遙相呼應，會相互促進，不斷完善的。鑒于電路分析學科的現狀，為讓電路自身分

9、析有適當的學術地位，我認為：電路分析應是兩個方面：電路的能態分析與電路的性狀分析。希望學界重視電路（本身）的理論研究。不要小看它！3、 電路的本性:限量性與滯變性進行電路性狀分析，首先要弄清電路本性。下面的圖表，示出我對電路本性的粗淺認識:電路的本性，就是它對電流電壓的響應。表現為兩方面：一是限量；二是滯變。電阻是限量性的根源，歐姆定律就是限量定律。電容、電感則是滯變性的根源，亦可同稱滯變元件。限量性，影響電流電壓的數量關系，是電量之間的數量關系。這方面的研究很充分。滯變性，影響電量變化的速率，是滯后時間與電量變化率的關系。因電壓的變化（du/dt）產生的滯后，時間常數為RC，滯后表達形式應是

10、：T=T（du/dt）。因電流的變化（di/dt）產生的滯后，時間常數為L/R,滯后表達形式應是：T=T（di/dt）。 至今，我沒看到，T=T（du/dt）與T=T（di/dt）兩者現成的具體關系式。如果真是沒有現成的結論，我認為相關的研究應深入下去。因為，滯變性的正確結論，在分析電路構造對傳輸速率的影響時，很普適，很有用。目前，我們只能將問題提出，看能否起到拋磚引玉的作用？4、電路特征儀何以“能所不能、不可替代”用什么樣的理論，出什么樣的產品。流行設備運用的功能測試法，源于經典的電路分析方法輸入輸出法。這是一種“就事論事”的方法。電路特征儀采用的電路性狀分析則基于，能給電路的性狀作出一個清

11、晰、形象化的完整描述的狀態空間法。它也是分析包括非線性電路及時變電路在內的各種電路，唯一的有效方法。電路特征儀的方法論，并非“就事論事”，而是“一概而論”。這就是關鍵所在！傳統的輸入輸出法造就功能測試型的儀器設備，ICT和歐姆表（數字萬用表）就屬此類。它們的測試法都是“就事論事”，所以在效能和通用兩方面顯出各自的欠缺。l 先說數字萬用表。它的電阻檔就事論事：測試用直流電壓，為安全計，多設在0.5V以下，個別高一些也未超過2V，因此，在較高電壓下發生的故障（軟擊穿、高壓漏電等）它抓不住；電容和電感它測不了。它倒是挺便利通用，因此市面出現許多用萬用表修XXXX的書，介紹以對地電阻經驗值，進行故障診

12、斷的方法。這種作法有一定效果，但很有限，原因如前：直流激勵、電壓太低，許多問題它抓不住，電容電感測不了。電路特征儀則不然：安全便利程度同它相當，但抓電路問題的效力卻是能所不能！因為，電路特征儀采取系統、完整的三維（V、I、F）寬量程可調方式，好壞直接對比的方法，自然無與倫比！l 再說ICT。它也有局限，卻很厲害。上檔次、有規模的電子工廠幾乎少不了它。但它結構龐雜、價格昂貴、編程麻煩，性價比和通用性都較低。這里的要害是：它用“就事論事”的功能型測試法，對不同器件用不同測法和程序，各有各的一套。因此，必須配備多組電源、各種信號源、各式測量表計、大型的繼電器或電子開關陣列與針床治具。它適合大批量大企

13、業，小批量小企業用不起。這恐怕與經典的輸入輸出法有關吧？更要命的是，它必須采取“多針測法”，導致近來在相當一些領域，淪落到失業的境地。代之而來的卻是光學設備AOI與為數不多的飛針測試儀，這兩者依然花銷不低效力有限。電路特征儀則全然不同。它與其它儀器不同之處，一是測試對象的分別；二是測試理念的不同：第一，就測試對象而論，多數儀器用于信號測量或邏輯分析，并非用于電路的測試，不屬于電路儀器之列。只有能對未加電的電路，進行在線測試的儀器才屬電路儀器。它的對象是看得見摸得著的質量型物質電路。相反，示波器、電壓表等常見儀器的對象是看不見摸不到的能量型物質信號。能量質量應分清?！安豢商娲本褪侵鸽娐穬x器不是

14、其它電信儀器或邏輯儀器所能替代的。反之，也一樣。說它“不可替代”是在強調電路儀器的地位。第二，就測試理念而言，同屬電路儀器也各不相同。就ICT而言，它是功能測試為主導的，它著眼于各部分電路的功能。功能測試必然是多針方式。對象功能各不相同，所需手段必然多種。電路特征儀則截然不同，它并不在乎功能，只關心電路各個節點的性狀。所有節點“一概而論”同樣的設備，一樣的測法。如此，結構自然簡單，造價必然低廉。因此，即便缺乏圖紙資料，測試仍能設法進行。這就是說，同屬電路儀器，它仍然“能所不能”。與歐姆表相比，它在功效上“能所不能”；與ICT相比，它在通用性和性價比上“能所不能”。幾年的實踐已經給出證明，下面再

15、講講其中的道理。電路儀器的應用領域，大體上分為兩類：一是部品檢驗；二是產品維修。用人體健康比喻：部品檢驗如常規體檢，產品維修似患病治療。前者是“一概而論、系統全面、防御性的”，后者是“就事論事、治好為止”。進行部品檢驗時，有圖紙資料，出現的問題多是短路、開路、錯位、混裝等線路裝配問題，器件問題較少（器件事前檢驗）；售后維修時的問題，多是器件損壞。器件損壞多數是“端口型故障”。售后維修往往因缺乏圖紙資料而更加困難。電路特征儀以其“三維寬程掃描，好壞性狀對比”的方式，即便沒有資料，也能成功查找故障節點，容易理解。但是要問：對包含復雜網絡的電路板，它何以替代ICT與飛針測試儀，對電路板組裝件作出判斷

16、？電路特征儀進行復雜網絡測試的有效性，是靠下述思路與方法來保證的：首先，復雜的電路網絡，從任意兩個端點看，都是有一定等效性的二端網絡。對于總共有N個節點的網絡，一共可以得出N*（N-1）/2個不同等效的二端網絡。它們的端口性狀集合，就是這個復雜網絡的總體健康狀況（能否稱其總體性狀？）。將健康電路所有節點的（性狀）特征圖，采集存檔，作為標準，以備后用。進而，對上述N*（N-1）/2個二端網絡，先將有公共端的區分出來，它們形成N-1個端點與一個公共端的N-1個端口。這N-1個端點的性狀就是網絡整體的健康特征。實際測試時，先測取N-1個對地節點的特征圖，用帶有專家系統的電腦，與標準圖逐一比較，查出全

17、部有變異的節點；進而，對它們進行相關性分析，即可找出故障所在。必要時，才實行全部N*（N-1）/2個特征圖的測試分析。電路特征儀可配備三種不同檔次的輔助器具：手持筆、掃描器、飛臂機器人。三種配備的測試系統，都可在計算機輔助下進行電路測試，都可在軟件上用足工夫，以提高效率。5、結語回味一下：以電路性狀分析為主導的電路特征儀，視電路僅為器件的組合，不管不顧其功能，只在乎性狀的好壞。無論何種電路、無論作何用途，測試分析同樣進行。電路特征儀這種“一概而論”的測試法，不僅簡便有效，而且使儀器構造大為簡化，制造成本隨之降低。電路特征儀這種“重性狀，輕功能”的理念，提供了“不加電測試、無圖紙診斷” 的可能，測試的安全性與普適性也大為增強。綜上所述，電路特征儀的長處是：強效、通用、安全、方便、低廉。其中最突出的特色是