книги / Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры

1 I. Регулировка, настройка, контроль и испытания электронной аппаратуры

ценной программой общей диагностики, рассчитанной на использование во всех IBM-совместимых системах, а не только в тех, где установлено ПЗУ с AMI BIOS.

Checkit Pro. Этот пакет фирмы Touchstone Software Согр. состоит из набора программ, предназначенных для тестирования центрального процес­ сора, основной, расширенной и дополнительной памяти, накопителей на жестких и гибких дисках, мыши, клавиатуры, а также видеоплаты и монито­ ра (в том числе устройств, выполненных в стандарте VESA). Используется несколько версий пакета Checkit. Наиболее полной из них является ком­ плект Checkit Pro Deluxe. Checkit Pro Analyst предназначен для работы в среде Windows. Некоторые фирмы-изготовители ПЭВМ чаще всего вклю­ чают в комплекты своих систем пакет Checkit Plus — простейшую и наиме­ нее полную из версий. Для проверки быстродействия и «аттестации» систе­ мы возможности Checkit Pro Deluxe достаточно ограничены, но при этом можно получить детальную информацию о полном объеме установленной памяти, типе накопителя на жестком диске и его емкости, текущем распре­ делении памяти (в том числе и в области верхней памяти — UMA), доступ­ ных используемых прерываниях, быстродействии факс-модема и другие сведения, полезные при поиске неисправностей в ПЭВМ. В пакет входит встроенный текстовый редактор, с помощью которого можно оперативно внести изменения в файлы CONFIG.SYS и AUTOEXEC.BAT. При работе в среде Windows точно так же могут быть отредактированы файлы SYSTEM.INI и WIN.INI.

Micro-Scope. Пакет Micro-Scope (Micro 2000) предназначен для IBMсовместимых ПЭВМ. Являясь полноценной диагностической программой общего назначения, она единственная из всех «знает» все о PS/2. С ее по­ мощью удается отформатировать стандартные ESDI-накопители на жест­ ких дисках, подключенные к ESDI-контроллеру PS/2. Программа MicroScope работает в обход DOS и BIOS. В ней есть своя операционная систе­ ма, и при необходимости тестирование происходит без участия системной BIOS. Программа полезна для специалистов, занимающихся обслуживани­ ем ПЭВМ, работающих под управлением не DOS, а, например, UNIX или в сетях Novell.

Кроме выше перечисленных существует много диагностических программ, в числе которых наиболее известные: Norton Diagnostics (NDIAGS), входящая в состав версии 8.0 пакета Norton Utilities; про­ грамма PC Technician фирмы Windsor Technologies; QAPIus/FE компании Diagsoft для тестирования ПЭВМ с процессорами 386, 486, Pentium и системы PS/2s; Service Diagnostics фирмы Landmark. Кроме того, имеют­ ся программы для диагностирования дисков и эталонные диски, предна­ значенные для оценки качества дисководов и их настройки. Это цифро­

432

11.3. Виды неисправностей ЭА и их устранение

вой диагностический диск (DDD), диагностический диск высокого раз­ решения (HRD — High-Resolution Diagnostic) и аналоговый диск для на­ стройки позиционирования (AAD).

Для Windows 3.0, 3.1 и Windows 95 разработан пакет Norton Desktop, в который входит программа SYSINFO, позволяющая диагностировать нако­ пители, память, видеоадаптер, принтер и т. д. и проводить аттестацию ПЭВМ, подсчитав ее общую производительность. Подобными свойствами обладают программы WinSleuth, WinSleuth Gold. Одной из наиболее полных диагностических программ для Windows является программа Winprobe фирмы Landmark.

11.3. Виды неисправностей ЭА и их устранение

Общие положения

Современная ЭА представляет собой сложное устройство, состоящее из совокупности элементов, составляющих определенное множество. Под элементами, принадлежащими множеству, понимается микросхема, элек­ трорадиоэлемент (ЭРЭ), перемычка, пайка и так далее — все, от чего зави­ сит исправность и работоспособность ЭА.

ЭА можно представить в виде «черного ящика», на входы которого поступает информация и напряжение питания, а на выходе появляется ин­ формация в виде электрического сигнала, звука, изображения и т. д.

Неисправность ЭА проявляется в виде искажения выходной информа­ ции или ее отсутствии (при наличии входного сигнала и напряжения пита­ ния). Источником неисправности могут быть один или несколько элементов, а также внешние воздействия и факторы, не входящие во множество эле­ ментов ЭА — пыль, влага, застывшие капли припоя и т. д. Неисправные элементы ЭА называются дефектными элементами. Каждый элемент (де­ таль) ЭА оказывает влияние на формирование выходных параметров. Зави­ симость между состояниями элементов ЭА и ее выходными параметрами носит неоднозначный характер: большинство элементов влияет сразу на не­ сколько параметров, а сами параметры могут зависеть от многих элементов. Например, конденсатор сглаживающего фильтра служит для уменьшения пульсаций в блоке питания монитора. При появлении волнообразных иска­ жений краев растра можно сделать вывод, что пульсация напряжения пита­ ния возросла из-за уменьшения емкости конденсатора фильтра. Но к такому же внешнему проявлению приводят и другие дефекты, увеличивающие пульсацию (выход из строя стабилитрона в стабилизаторе напряжения, воз­ растание тока нагрузки и пр.).

433

11. Регулировка, настройка, контроль и испытания электронной аппаратуры

Недостаток подобного подхода заключается в том, что он учитывает ухудшение элементов лишь в количественном отношении (уменьшение ем­ кости), не принимая во внимание качественные изменения (появление про­ водимости у конденсаторов). Количественные изменения характеристик элементов могут приводить к различным внешним проявлениям. Влияние дефектного элемента одновременно на несколько выходных параметров ЭА в ряде случаев облегчает нахождение неисправности.

Работу ЭА можно оценивать различными показателями:

•физическим состоянием элементов (оценивается внешним осмотром);

•качеством выдаваемой информации;

•формой и значением напряжений в различных точках (оцениваются по показаниям измерительных приборов).

Начинать поиск неисправностей необходимо с обнаружения сущест­ венных противоречий в этих показателях. На определении этих противоре­ чий основаны все методы поиска неисправностей. Следует иметь в виду, что ремонт ЭА состоит не только в определении и устранении неисправности, но и в выполнении этой задачи в кратчайший срок минимальными средст­ вами: рабочего времени, комплектующих деталей, вспомогательных мате­ риалов и т. п.

Неоправданным можно считать ремонт ЭА в следующих случаях:

•ЭА морально устарела, для нее уже не выпускают запасные детали, а установка нетиповых деталей требует значительных затрат времени, дора­ ботки конструкции и пр.;

•ЭА физически устарела, в ней заметно проявляются процессы старе­ ния материалов, снижение диэлектрических показателей изолирующих мате­ риалов, старение паек, высыхание оксидных конденсаторов и пр.;

•ЭА имела механические повреждения в результате удара, падения или подвергалась химическим воздействиям (попадание морской воды внутрь корпуса и др.).

При замене той или иной детали нередко одновременно проводят за­ мену прилегающих к ней соединительных элементов и обновляют пайки. Например, при замене ИС одновременно обновляются и пайки ее выводов. При этом возможны следующие варианты:

•дефектной была ИС, и после ее замены неисправность устранена;

•ИС была исправна, а дефектными были пайки ее выводов, и в про­ цессе замены ИС дефект устранен;

•при замене ИС из-за небрежной пайки на ПП образовалась перемыч­ ка из припоя между выводами ИС, что привело к дополнительной неисправ­ ности.

Классификация дефектов ЭА. От характера дефектов во многом за­ висят особенности их поиска. В первую очередь необходимо выяснить, име­

434

11.3. Виды неисправностей ЭА и ихустранение

ется ли вообще неисправность (неправильная установка устройств регули­ ровки, переключателей и т. п.). Поэтому важно определить, к какому типу относится данный дефект. Классификация дефектов по признакам может ускорить определение неисправности и соответственно сократить время, затрачиваемое на ремонт.

Все дефекты, встречающиеся в ЭА, можно классифицировать по при­ знакам: трудоемкости обнаружения; сложности; количеству; степени свя­ занности; скорости проявления; особенности проявления; месту нахождения дефекта в одной из подсистем ЭА; внешнему проявлению; источнику неис­ правности; причинам возникновения; значимости. Это разделение условное, так как сами признаки не могут иметь четких границ. Например, одна и та же неисправность может иметь сразу несколько признаков.

По т р у д о е м к о с т и о б н а р у ж е н и я различают дефекты: оче­ видные, на поиск которых затрачивается мало времени; типовые, имеющие однозначную связь с их внешним проявлением; нетиповые, на поиск кото­ рых затрачивается больше времени.

По с л о ж н о с т и обнаружения различают дефекты: простые, когда дефект очевиден и легко устраним; несложные, когда дефект легко отыски­ вается, однако устранение его затруднено (замена вышедшей из строя пе­ чатной платы); сложные, когда дефект непросто отыскать, но легко устра­ нить (плохая пайка, в которой контакт нарушается лишь с прогревом изде­ лия); микроперемычки на печатной плате из-за действия агрессивной среды; очень сложные, когда дефект трудно отыскать и устранить (случайные ме­ жэлектродные замыкания).

коррелированные, причем корреляция может быть вызвана причинами не­ исправности как самого изделия, так и условиями эксплуатации.

но проявляющиеся; непостоянные, проявляющиеся время от времени без явных причин; проявляющиеся или пропадающие в процессе прогрева (в первом случае дефект отыскивается методом электропрогона, а во втором — ЭА дают остыть и обнаруживают дефект сразу после включения); прояв­ ляющиеся или пропадающие при механических воздействиях (при просту­ кивании, прижатии стенок или крышки, вращении органов управления и т. п.); самоустраняющиеся.

По м е с т о н а х о ж д е н и ю дефекты разделяются на дефекты под­ системы обработки входной информации, дефекты подсистемы формирова­ ния выходной информации, дефекты системы питания.

435

//. Регулировка, настройка, контроль и испытания электронной аппаратуры

По в н е ш н е м у п р о я в л е н и ю различают дефекты, связанные с отсутствием какого-либо параметра ЭА; с несоответствием какого-либо па­ раметра норме; с появлением на выходе нежелательных сигналов.

По и с т о ч н и к у неисправность может быть вызвана выходом из строя одной или нескольких деталей: резисторов, предохранителей, разъем­ ных соединителей, переключателей, конденсаторов, моточных изделий, диодов, транзисторов, микросхем, кинескопа, а также печатного и объемно­ го монтажа.

По п р и ч и н а м в о з н и к н о в е н и я дефекты бывают случайные или детерминированные, т. е. вполне определенные, которые можно преду­ смотреть. К детерминированным дефектам относятся:

• недостатки конструкции, заложенные при ее разработке: малона­ дежные элементы (например, конденсаторы типа К10-7В); элементы, эксплуатирующиеся в режимах, близких к предельно допустимым (ста­ тистика ремонтов показывает, что в первую очередь в ЭА выходят из строя транзисторы, работающие при напряжениях, приближающихся к предельным); конструктивные решения, не обеспечивающие надежность контактных соединений или, наоборот, вызывающие нежелательные свя­ зи (блочно-модульный принцип построения современной ЭА при всех его достоинствах существенно увеличивает число разъемных соедине­ ний, а недостаточная надежность механических контактов повышает ве­ роятность их отказов);

•нарушение технологической дисциплины при изготовлении ЭА (непропаи, качество монтажа и т. п.);

•нарушение условий эксплуатации: эксплуатация ЭА под действием прямых солнечных лучей, вблизи отопительных приборов или с закрытыми вентиляционными отверстиями; использование не предназначенных для дан­ ной ЭА предохранителей; неосторожное обращение с ЭА, повлекшее к па­ дению, ударам; попадание внутрь ЭА влаги, пыли, насекомых, посторонних предметов (при эксплуатации в условиях повышенной влажности чаще все­ го выходят из строя элементы, работающие в высоковольтных цепях); воз­ действие статического электричества, которое образуется на коврах, одежде из синтетических материалов и пр.; намагничивание маски и бандажа кине­ скопа близко работающими электробытовыми приборами; неправильное подключение ЭА к источнику питания; механические повреждения по вине обслуживающего персонала (особое внимание следует уделять установоч­ ным переменным резисторам, которые могут быть неправильно установле­ ны или повреждены из-за применения неподходящей отвертки, а также из-за излишнего усилия при регулировке, могут быть повреждены печатные про­

водники в местах установки переменных резисторов, переключателей и т. п.);

436

11.3.Виды неисправностей ЭА и ихустранение

•неквалифицированное вмешательство в конструкцию ЭА: перепу­ таны цоколевки установленных элементов, впаяны транзисторы другого типа, установлены дефектные элементы; произведены плохие пайки, замкнуты или оборваны проводники; плохо установлены или перепутаны соединители; изъяты «лишние» крепежные детали, экраны, проводники соединения с шасси; несанкционированное изменение электрической и монтажной схем.

Неквалифицированное вмешательство можно обнаружить при осмот­ ре монтажа. Его признаками являются: нетиповые элементы, плохая пайка, нарушение стопорящей краски на подстроечных и регулировочных элемен­ тах, нарушение заводских пломб, нарушение герметизации и т. п.

Любой дефект, проявляющийся в ЭА, нарушает ее нормальную рабо­ ту. Однако дефекты неравноценны, поэтому целесообразно установить по­ следовательность их поиска и устранения, исходя из значимости.

Уровни и способы поиска неисправностей персональных ЭВМ

Рассмотрим три уровня поиска неисправностей и ремонта ПЭВМ: платы, ИС и схемы. Каждый уровень имеет свои цели при поиске дефектно­ го компонента или соединения с последующей заменой или ремонтом.

На уровне плат заменяют подозрительную ПП; на уровне ИС опреде­ ляют и заменяют дефектную ИС или компонент; на уровне схемы опреде­ ляют точную причину неисправности.

Проще всего заменить всю дефектную плату. При замене ИС исполь­ зуют два способа. Первый способ заключается в замене ИС по одной до тех пор, пока не будет обнаружена дефектная. Труднее всего точно найти де­ фектную ИС и заменить только ее. К сожалению, в ПЭВМ этот уровень сложнее, чем в РЭА. Прежде всего, в ПЭВМ только небольшое число ИС находится в гнездах. Многие ИС впаяны в плату, что усложняет их замену. Второй способ заключается в определении подозреваемых ИС и замене их по одной до обнаружения дефектной ИС.

Замена плат. Когда ПЭВМ выходит из строя, пользователя не инте­ ресует, почему это случилось, ему нужна работающая ПЭВМ.

В ПЭВМ типа IBM PC бывает шесть и более плат (основная плата и съемные дочерние платы). В этом случае технику необходимо отыскивать дефектную плату. Он должен проанализировать симптомы неисправности, определить дефектную плату и заменить ее. Операция диагностирования и замены ПП повторяется до успешного завершения ремонта.

Если имеются конкретные симптомы, указывающие на одну или две платы, например, на дисплее изображение мелькает или нарушается строч­

437

//. Регулировка, настройка, контроль и испытания электронной аппаратуры

ная (кадровая) синхронизация, неисправными считаются плата монохрома­ тического адаптера или цветная графическая плата. Их нужно заменять по одной и изображение восстановится. Если этого не происходит, значит не­ исправность находится в мониторе.

Еще один симптом, относящийся к данным платам, связан с отсутст­ вием графических изображений на экране монитора. Этот симптом также требует замены плат. Если неисправность исчезает, то неисправна одна из ИС на дефектной плате. Когда на экране отсутствует текст, а графика выво­ дится, неисправность находится в цветной или графической плате, так как именно она задает графический или текстовой режим. При замене платы неисправность обычно исчезает.

Симптом, относящийся к цветной (графической) плате, заключается в отсутствии цвета или плохом цвете. Именно эта плата формирует цвета. Ес­ ли новая плата не восстанавливает цвета, то неисправен цветной монитор.

Схемы клавиатуры, естественно, вызывают неисправности, относя­ щиеся к клавиатуре. Например, при нажатии клавиши на экране появляются неправильные символы. Возможно, вместо прописных букв появляются строчные или наоборот. Клавиатура в ЮМ PC сама по себе является не­ большим компьютером со своим процессором и ПЗУ. Для устранения таких неисправностей необходимо заменить плату клавиатуры. Неисправности на этих платах вызывают невозможность обращения к накопителям или ошиб­ ки в операциях считывания и записи.

Тщательный анализ симптомов позволяет определить возможную причину неисправности одной или двух плат. Если, например, один накопи­ тель не проводит считывание и запись, то неисправна аналоговая плата на­ копителя. Когда не считывают и не записывают оба накопителя, дефект на­ ходится на плате адаптера дисковых накопителей. Если к накопителям во­ обще невозможно обратиться, подозрительны обе платы. Кроме конкретных неисправностей есть такие общие симптомы, как отсутствие изображения или «мусор» на экране. К сожалению, эти симптомы вызываются многими платами, исключая платы дисковых накопителей. В этом случае приходится проверять клавиатуру, основную плату и две дисплейные платы.

Несмотря на дороговизну замены плат, для сокращения времени ре­ монта во многих случаях пользуются этим способом.

Обслуживание на уровне микросхем. Если представить ПП неболь­ шим электронным городом, то ИС следует считать домами. Обычно неис­ правность возникает только в одной ИС или поддерживающих компонентах. Наиболее сложным при ремонте оказывается поиск дефектной ИС или ком­ понента.

При тщательном изучении симптома (признака) неисправности опре­ деляется подозрительная ИС. Каждая ИС выполняет конкретные функции.

438

11.3. Виды неисправностей ЭА и их устранение

Эти функции могут быть простыми или сложными, но все они важны для работы ПЭВМ. Печатная плата с десятками ИС чрезвычайно сложна, но только из-за большого числа схем. Разобраться в каждой ИС не составляет труда. К счастью нет необходимости разбираться с работой каждого транзи­ стора и даже отдельных узлов, составленных из них, таких как триггер, ре­ гистр или дешифратор. Даже если определено, что не работает какой-либо разряд регистра, заключенного в БИС, то все равно необходимо заменить целиком всю БИС. Поэтому необходимо знать, какие сигналы должны по­ ступать на входы ИС, что с ними происходит в ИС и какие сигналы в ре­ зультате работы должны появиться на выходе. Этой информации достаточ­ но для того, чтобы можно было отремонтировать ПЭВМ.

Все ИС на ПП расположены в определенном порядке. Для обслужива­ ния на уровне ИС необходима диаграмма, показывающая неисправность, которая возникает при выходе той или иной ИС из строя. При неисправно­ сти появляется симптом, и диаграмма показывает, какая ИС соответствует данному симптому. Когда из диаграммы известны подозрительные ИС, не­ обходимо найти дефектную ИС.

Схема размещения ИС должна показывать физическое местонахожде­ ние ИС на плате, общий номер каждой ИС, ключ для нумерации контактов и все важные контрольные точки на плате. Такими точками служат указания портов, предохранителей, сетевого переключателя и других элементов. Сама схема может быть оформлена как рисунок, фотография, топология платы и даже сама плата. В простейшем случае схема представляет собой чертеж размещения ИС.

Работа со схемой размещения. Типичный поиск неисправности ПЭВМ происходит следующим образом. При включении большинство ПЭВМ вы­ полняют диагностические тесты микросхем. Тесты проводятся при инициа­ лизации процессором различных регистров ИС. Процессор по указанию операционной системы заставляет дефектную ИС выполнять несложные действия. Если ИС не проходит тест, устанавливается флажок, и на экране появляется сообщение о неисправности.

Предположим, что после включения ПЭВМ на экране появилось со­ общение «Микросхема ЗУПВ номер 4 банка 2 системной памяти неисправ­ на» или соответствующий код, по которому можно узнать о неисправности. После этого снимается кожух ПЭВМ и находится основная плата. На схеме размещения расположены ИС четырех банков 0-3 ЗУПВ по девять ИС в банке. По схеме в банке 2 находят ИС 4 в гнезде и определяют ее общий номер 4164. Извлекают дефектную ИС из гнезда и устанавливают на ее ме­ сто новую согласно указаниям инструкции.

Для более полного понимания сути неисправности дополнительную информацию можно получить из блок-схемы компьютера. Она позволяет

439

II. Регулировка, настройка, контроль и испытания электронной аппаратуры

перейти от чисто механического ремонта к логическому анализу неисправ­ ности и выявить истинную причину отказа.

Большинство ИС для ПЭВМ выпускают в корпусе DIP с двусторон­ ним расположением контактов, БИС и СБИС чаще располагают в корпусах типа PGA, PQFP или PLCC. Для проведения полного тестирования на кон­ тактах ИС требуется принципиальная схема. Если потребуется схема внут­ ренней организации ИС, то следует обращаться к справочной литературе по интегральным микросхемам.

Схема размещения, блок-схема и принципиальная схема по разному по­ казывают одни и те же ИС. Схема размещения сообщает физическое располо­ жение микросхем. Ее можно использовать для быстрых проверок, которые по­ зволяют отремонтировать ПЭВМ примерно в 50 % случаев. Блок-схема прида­ ет смысл схеме размещения, без блок-схемы схема размещения довольно ограничена по информативности. С помощью блок-схемы и схемы размещения можно осуществить ремонт еще примерно 20 % случаев отказов. Принципи­ альная схема детализирует блок-схему. Три эти схемы содержат всю необхо­ димую информацию по обслуживанию. С их помощью можно поставить диаг­ ноз, найти подозрительную ИС и провести измерения на ее контактах.

Особенности ремонта клавиатуры ПЭВМ

Клавиатура PC, представленная собственно микро-ЭВМ, при включе­ нии питания выполняет самодиагностирование, которое в большинстве слу­ чаев составляют два теста:

1.POR (Power-On-Reset) — программа сброса при включении. Кла­ виатура начинает генерировать POR после того, как питание +5В наберет 90 %-ный уровень. На это время интерфейс клавиатуры запрещен.

2.ВАТ (Basic Assurance Test) — главный контрольный тест. Генери­ руется после POR и длится 600...900 мс. В ходе ВАТ проводятся проверки:

всех путей доступа к RAM (Random-Access Memory) (для 8048 или другой микро-ЭВМ );

контрольных сумм ROM;

битов констант и адресный тест RAM.

ВАТ сопровождается проверкой сигнализации LED. ВАТ запускается также командой RESET — сброс (код FFH). После завершения теста ВАТ на линии KBDD/ KBDCLK устанавливается высокий потенциал и разблокиру­ ется клавиатура для обмена с системой. Если ВАТ завершен без ошибок, в систему следует команда ВАТ Completion Code (код ААН) или в противном случае команда Diagnostic Failure (код FDH или FCH).

При установке клавиатуры необходимо убедиться, что BIOS правиль­ но реагирует на сканкоды, предоставляемые клавиатурой. Клавиши в узлах

440

11.3. Виды неисправностей ЭА и их устранение

матрицы размещаются чаще всего по одной из двух систем. Самая распро­ страненная система позиций QWERTY, менее распространена система Дво­ рака-Дилея. Существуют и другие варианты расположения клавиш, на сканкоды которых BIOS реагирует неадекватно.

Проблемы, связанные с неисправностями клавиатуры, устраняются заменой клавиш шилдового или герконового образца, встречающихся и ны­ не. Датчики на базе эффекта Холла или емкостные — наиболее надежны. Основная неисправность клавиш — слипание от проникновения извне жид­ костей с вязкими включениями. При демонтаже клавишной панели следует соблюдать осторожность, поскольку при съеме рамки с клавишами мелкие детали рамки могут спружинить и быть утеряны.

При ремонте клавиатуры в первую очередь следует проверить сиг­ нальный кабель. Вообще, обрывы в кабелях приводят к плавающим ошиб­ кам. Диапазон значений напряжений в кабеле приведены в табл. 11.4. Кроме микро-ЭВМ в клавиатуре размещен дешифратор типа LSI38 (аналог — ИС К533ИД7), несколько инверторов либо иных логических элементов, прове­ рить которые несложно.

Таблица 11.4. Значения напряжений в кабеле клавиатуры

№ контакта Аббревиатура Параметры линии

в

Средства локализации неисправностей, ремонт и отладка системных плат

Техник, проводящий ремонт электронного оборудования, руково­ дствуется принципами, которые нелишне напомнить.

1.Любые действия, связанные с ремонтом электронного оборудова­ ния, предваряются отключением питания.

2.Выводы о неисправностях должны делаться после того, как навер­ няка известно, что все элементы коммутации и разъемы установлены пра­ вильно и имеют контакт, а кабели не имеют обрывов.

3.Поскольку большинство электронных модулей на системной плате

икартах построены на технологиях CMOS (Complementary Metal Oxide

441