[发明专利]一种基于TDR技术的电路板短路点测量设备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种已装配印刷电路板的短路点测量设备，主要用于电子电路板测试领域，尤其是一种基于TDR（Time Domain Reflectometry—时域反射计）技术的电路板短路点测量设备及方法。

背景技术

随着科学技术的发展，PCB（Printed Circuit Board—印制电路板）布局布线越来越密集，元器件封装越来越小，在PCB板的焊接过程中两个相邻较近的元件间的焊脚容易形成搭桥式短路现象，多脚元件，特别是密脚元件在焊接中很容易出现短路问题。如今较为常见的PCB焊接短路的排查方法为割线法，但是割线法对电路板存在无法恢复使用的风险，并且排查时间较长，成功率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于TDR技术的电路板短路点测量设备及方法，针对现有技术的不足，是一种简单高效的电路板短路点测量设备及方法，通过测量反射信号来判定短路点的位置，实现对焊接短路PCB的短路点的判定。

本发明的技术解决方案：一种基于TDR技术的电路板短路点测量设备，其特征在于它包括运算单元、阶跃信号发生器、反射信号采集器、探头和显示器；其中，所述探头与PCB板呈双向连接；所述探头的输入端接收阶跃信号发生器发出的信号，其输出端将反射信号发送给反射信号采集器；所述运算单元分别与阶跃信号发生器和反射信号采集器呈双向连接；所述显示器的输入端与运算单元连接。

所述阶跃信号发生器用于产生电压幅值为3.3V的阶跃信号；所述跃信号发生器的输出阻抗为50Ω。

所述反射信号采集器是包含采样-保持电路的反射信号采集器，用于采集通过探头返回的阶跃信号发射波及反射波，通过使用高速FPGA（Field-Programmable Gate Array—现场可编程门阵列）对发射波及反射波进行离散转换。

所述显示器显示阶跃信号发生器产生的阶跃波形、通过探头采集到的反射波的波形以及通过对反射波反射时间的计量计算出的短路点与测量点之间的距离。

所述阶跃信号发生器是西门子公司的BUZ50A型VMOS场效应管作为脉冲的开关器件，使用74HC123单稳态触发器驱动场效应管的开关，通过FPGA对74HC123脉宽及延迟时间的控制，从而实现了阶跃信号的可控输出。

所述反射信号采集器是由FPGA芯片和模拟量采集芯片构成；其中，所述FPGA芯片是核心器件，是Xilinx公司生产的Kintex-7系列FPGA芯片XC7K325T-3，其最高速率可达741MHz；所述高速FPGA芯片XC7K325T-3内部有定时器，用于测量阶跃信号与反射信号之间的时间差，从而计算得到短路点的位置；所述模拟量采集芯片是1GSPS采样率的ADS5400-SP模拟量采集芯片，即可对波形进行离散采集，从而实现对反射信号的检测。

所述显示器是带LVDS接口的液晶屏；所述液晶屏与FPGA芯片通过LVDS接口连接，对液晶屏进行驱动，将采集到的波形进行显示，并指示测量信息。

一种基于TDR技术的电路板短路点测量方法，其特征在于它包括以下步骤：

①首先使用探头测量短路电路板板边的电源信号点，通过设备读取短路点与测量点之间的距离；

②根据读取的距离值，将测量距离值较大的点向测量距离较小的点靠近；再次读取设备中短路点与测量点的测量距离；

③反复重复如上的测量方法，直到设备得到的测量距离无法再缩小；

④根据最终的测量点划定短路范围，范围内的元器件即为短路器件。

本发明的工作原理：利用高频下阻抗不匹配时信号会发生发射的原理，通过测量被测物的反射波的来判断阻抗不连续点的位置。当PCB板焊接短路时，其等效阻抗的TDR模型如图3所示，入射信号和反射信号会在信号源处产生叠加。在短路模型中，反射信号与入射信号波形正好相反，因此两个信号叠加过后的电压幅值为0V。因此通过反射信号采集器采集阶跃信号建立的时间与信号消失的时间差，即可测得信号源与短路点的距离。本设备的使用过程比较简单，将设备的探头接入短路的信号线中，点击信号线的不同位置，通过观察设备显示器中的短路点距离来判断短路位置，即短路点距离最小处。