Учебник по Технологии
.pdfОбслуживание на уровне микросхем. Если представить ПП небольшим электронным городом, то ИС следует считать домами. Обычно неисправность возникает только в одной ИС или поддерживающих компонентах. Наиболее сложным при ремонте оказывается поиск дефектной ИС или компонента.
При тщательном изучении симптома (признака) неисправности определяется подозрительная ИС. Каждая ИС выполняет конкретные функции.
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 транзистора и даже отдельных узлов, составленных из них, таких как триггер, регистр 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 поступать на входы ИС, что с ними происходит в ИС и какие сигналы в результате работы должны появиться на выходе. Этой информации достаточно для того, чтобы можно было отремонтировать ПЭВМ.
Все ИС на ПП расположены в определенном порядке. Для обслуживания на уровне ИС необходима диаграмма, показывающая неисправность, которая возникает при выходе той или иной ИС из строя. При неисправности появляется симптом, и диаграмма показывает, какая ИС соответствует данному симптому. Когда из диаграммы известны подозрительные ИС, необходимо найти дефектную ИС.
Схема размещения ИС должна показывать физическое местонахождение 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 неисправно-
сти ПЭВМ происходит следующим образом. При включении большинство ПЭВМ выполняют диагностические тесты микросхем. Тесты проводятся при инициализации процессором различных регистров ИС. Процессор по указанию операционной системы заставляет дефектную ИС выполнять несложные действия. Если ИС не
608
проходит тест, устанавливается флажок и на экране появляется сообщение о неисправности.
Предположим, что после включения ПЭВМ на экране появилось сообщение «Микросхема ЗУПВ номер 4 банка 2 системной памяти неисправна» 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 место новую согласно указаниям инструкции.
Для более полного понимания сути неисправности дополнительную информацию можно получить из блок-схемы компьютера. Она позволяет перейти от чисто механического ремонта к логическому анализу неисправности и выявить истинную причину отказа.
Большинство ИС для ПЭВМ выпускают в корпусе DIP с двусторонним расположением контактов, БИС и СБИС чаще располагают в корпусах типа PGA, PQFP или PLCC. Для проведения полного тестирования на контактах ИС требуется принципиальная схема. Если потребуется схема внутренней организации ИС, то следует обращаться к справочной литературе по интегральным микросхемам.
Схема размещения, блок-схема и принципиальная схема по разному показывают одни и те же ИС. Схема размещения сообщает физическое расположение микросхем. Ее можно использовать для быстрых проверок, которые позволяют отремонтировать ПЭВМ примерно в 50 % случаев. Блок-схема придает 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. Принципиальная схема детализирует блок-схему. Три эти схемы содержат всю необходимую информацию по обслуживанию. С их помощью можно поставить диагноз, найти подозрительную ИС и провести измерения на ее контактах.
Особенности ремонта клавиатуры ПЭВМ
Клавиатура PC, представленная собственно микроЭВМ, при включении питания выполняет самодиагностирование, которое в большинстве случаев составляют два теста:
609
1)POR (Power-On-Reset) – программа сброса при включении. Клавиатура начинает генерировать POR после того, как питание +5 В наберет 90 %-й уровень. На это время интерфейс клавиатуры запрещен;
2)ВАТ (Basic Assurance Test) – главный контрольный тест. Генерируется после POR и длится 600−900 мс. В ходе ВАТ проводятся проверки:
∙всех путей доступа к RAM (Random-Access Memory) (для
8048 или другой микроЭВМ);
∙контрольных сумм ROM (Read-Only Memory);
∙битов констант и адресного теста RAM.
ВАТ сопровождается проверкой сигнализации LED. BAT запускается также командой RESET – сброс (код FFH). После завершения теста ВАТ на линии KBDD/ KBDCLK устанавливается высокий потенциал и разблокируется 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 правильно реагирует на сканкоды, предоставляемые клавиатурой. Клавиши в узлах матрицы размещаются чаще всего по одной из двух систем. Самая распространенная система позиций − QWERTY, менее распространена система Дворака – 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 ныне. Датчики на базе эффекта Холла или емкостные – наиболее надежны. Основная неисправность клавиш – слипание от проникновения извне жидкостей 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 сигнальный кабель. Вообще, обрывы в кабелях приводят к плавающим ошибкам. Кроме микроЭВМ в клавиатуре размещены дешифратор типа LSI38 (аналог – ИС К533ИД7), несколько инверторов либо иных логических элементов, проверить которые несложно.
610
Средства локализации неисправностей, ремонт и отладка системных плат.
Техник, проводящий ремонт электронного оборудования, руководствуется следующими принципами:
1)любые действия, связанные с ремонтом электронного оборудования, предваряются отключением питания;
2)выводы о неисправностях должны делаться после того, как наверняка известно, что все элементы коммутации и разъемы установлены правильно и имеют контакт, а кабели не имеют обрывов;
3)поскольку большинство электронных модулей на системной плате и картах построены на технологиях CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor – комплементарная МОП-технология),
критичных к статическому пробою, перед доступом к узлам электроники следует снять с тела статический заряд, коснувшись технологического корпуса. Проводить работы по монтажу следует с установленным на руку браслетом съема статического электричества. Монтажные и наладочные работы лучше не проводить в помещениях с полами, конденсирующими статический заряд. Если это невозможно, помещение следует увлажнить;
4)в силу разрушительного действия переходных процессов в электронике временная задержка между отключением и последующим включением блока питания должна составлять интервал не
менее 30−40 с; 5) при ремонте никогда не следует обрывать нагрузку. Это
создает повышенную мощность рассеивания на выходном активном элементе либо искажает картину снимаемых параметров. Так, для блока питания используется нагрузка:
∙для источника +5 В – 4,7 Ом, 50 Вт;
∙для источника +12 В – 12 Ом, 12 Вт.
Иллюзию неработающего источника часто создает чрезмерная нагрузка. Если возможно, следует посекционно отключать потребителей. В этом случае ремонт ЭВМ сводится к последовательному изъятию карт из слотов. Перед этим необходимо отключить блок питания. Замеры питающего напряжения лучше проводить на самих ИС или после переходных разъемов.
Для установки ИС используют панельки (chip sockets), установка и изъятие ИС из которых могут проводиться специальными подъемниками – экстракторами. Основная задача такого приспо-
611
собления – изъять многоножечную ИС без перекосов и рывков. При этом используют также отвертку с тонким лезвием (twikker).
Техника выпаивания DIP-корпусов заключается в выкусывании ножек с последующим выпаиванием. Локальный перегрев многослойного монтажа паяльником в 30 Вт и выше неминуемо приведет к расслоению и обрывам дорожек, перегревам соседних элементов. Поэтому к выбору паяльных принадлежностей надо относиться серьезно. В большинстве случаев удобен паяльник 18 Вт с теплоотводом либо с газовым нагревателем. При этом необходимо использовать устройство поглощения паров припоя. Нельзя перегревать элементы, но и не допускать «холодных» паек, проявляющих себя по истечении определенного времени. При работе со сквозным монтажом для одновременного прогрева всех ножек ИС и транзисторов применяют специальные насадки на паяльники или специальные паяльные станции. При ремонте рекомендуется пользоваться сигнатурными логическими анализаторами и интерфейсными тестерами. Существуют универсальные и специализированные приборы сервисного оборудования для ремонтных фирм с широким диапазоном функционального применения, позволяющие измерять параметры линий и модулей, скорость обмена и соотношение сиг- нал-помеха, проверять структуру форматов информационных сообщений. Сигнатурные анализаторы располагают собственной сис-
темой команд, контроллером (CPU (Central Processing Unit) – цен-
тральный процессор), небольшой памятью. Подключают данные приборы, как и все остальные этой группы, либо через последовательный интерфейс RS-232, либо через параллельный IEEE-488 (GPIB – General Purpose Interface Bas – шина интерфейса общего назначения). Один из вариантов диагностирования ЭВМ – подключение к проверяемой, заведомо исправной ЭВМ, обеспечивающей функции анализатора неисправностей в системе.
Системы автоматической проверки плат, применяемые для определения неисправностей с точностью до точки на плате или в СБИС, представляют собой комплексы. Они также используются в технологии САПР элементной базы с заданными параметрами. Столь широкий диапазон действия комплексов позволяет использовать их фирмами-гигантами INTEL, MOTOROLA.
Наиболее простая категория комплексов предназначена для ремонтных работ, причем квалификация оператора (не электронщика) значения не имеет, поскольку процесс полностью автоматизирован. Комплекс состоит из двух компонентов – контроллера (РС-386) и собственно прибора, состыкованного с контроллером
612
через интерфейсы RS-232, VXI, ISA, GPIB, EISA. Прибор – это ав-
томатизированный тестер, имеющий управляющую часть (CPU типа FVD2910 с обрамлением и DRAM) и узел измерений, который стыкуется с различными платами с помощью набора стыковочных элементов (драйверов-сенсоров), а также подключается непосредственно к элементам на плате с помощью группы клипсов и активных щупов. Для правильной настройки на конкретную плату электроники используют обширную базу данных, в которой находятся все электрические и конструктивные параметры, топология, система питания и другие сведения, интересующие систему. Операционная система из UNIX-подобных также активно взаимодействует с утилитами ввода-вывода и программами-имитаторами, обеспечивающими проверку плат. Все программные средства являются разработками фирм-изготовителей тестеров, среди которых можно выделить фирму SHLUMBERGER, выпускающей следующие тестеры:
S-635, S-645 – для ремонта плат;
S-730, S-780, S-790, S-900, S-3000, S-3500 – для САПР.
Среди прочих выделяются следующие тестеры: GR-2225, GR-2235 – фирмы GEN REG;
UL-500 (рабочая частота F – 800 мГц) – фирмы AT&T. Логический пульсатор – устройство, предназначенное для
формирования импульсов различной длительности, которые вводятся в проверяемую схему. Логические щупы (пробники) – устройства, предназначенные для индикации логических уровней TTL и схем CMOS. Кроме индикации единиц и нулей, требуется индикация серий импульсов. Настройка на уровни и частоту следования проводится индивидуально. В качестве генератора импульсов можно рекомендовать один из генераторов стандартных сигналов (ГСС) промышленного образца. Желательно иметь инвертированный и фиксированный уровни TTL.
7.5. Основные понятия поиска неисправностей
Современные РЭС представляют собой сложное устройство, состоящее из совокупности элементов, составляющих определенное множество. Под элементами, принадлежащими множеству, понимаются микросхема, электрорадиоэлемент (ЭРЭ), перемычка, пайка и т.д. – все, от чего зависят исправность и работоспособность РЭС.
613
РЭС можно представить в виде «черного ящика», на входы которого поступают информация и напряжение питания, а на выходе появляется информация в виде электрического сигнала, звука, изображения и т.д.
Неисправность РЭС проявляется в виде искажения выходной информации или ее отсутствия (при наличии входного сигнала и напряжения питания). Источником неисправности могут быть один или несколько элементов, а также внешние воздействия и факторы, не входящие в множество элементов РЭС: пыль, влага, застывшие капли припоя и т.д. Неисправные элементы РЭС называются дефектными элементами. Каждый элемент (деталь) РЭС оказывает влияние на формирование выходных параметров. Зависимость между состояниями элементов РЭС и ее выходными параметрами носит неоднозначный характер: большинство элементов влияет сразу на несколько параметров, а сами параметры могут зависеть от многих элементов. Например, конденсатор сглаживающего фильтра служит для уменьшения пульсаций в блоке питания монитора. При появлении волнообразных искажений краев растра можно сделать вывод, что пульсация напряжения питания 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, возрастание тока нагрузки и пр.).
Недостаток подобного подхода заключается в том, что он учитывает ухудшение элементов лишь в количественном отношении (уменьшение емкости), не принимая во внимание качественные изменения (появление проводимости у конденсаторов). Количественные изменения характеристик элементов могут приводить к различным внешним проявлениям. Влияние дефектного элемента одновременно на несколько выходных параметров РЭС в ряде случаев облегчает нахождение неисправности.
Работу РЭС 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 существенных противоречий в этих показателях. На определении
614
этих противоречий основаны все методы поиска неисправностей. Следует иметь в виду, что ремонт РЭС состоит не только в определении и устранении неисправности, но и в выполнении этой задачи в кратчайший срок минимальными средствами: рабочего времени, комплектующих деталей, вспомогательных материалов и т.п.
Неоправданным можно считать ремонт РЭС в следующих случаях:
∙РЭС морально устарела, дли нее уже не выпускают запасные детали, а установка нетиповых деталей требует значительных затрат времени, доработки конструкции и пр.;
∙РЭС физически устарела, в ней заметно проявляются процессы старения материалов, снижение диэлектрических показателей изолирующих материалов: старение паек, высыхание оксидных конденсаторов и пр.;
∙РЭС 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 замену 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 уст-
ранена;
∙ИС была исправна, а дефектными были пайки ее выводов, и
впроцессе замены ИС дефект устранен;
∙при замене ИС из-за небрежной пайки на ПП образовалась перемычка из припоя между выводами ИС, что привело к дополнительной неисправности.
7.5.1. Классификация дефектов радиоэлектронных средств
От характера дефектов во многом зависят особенности их поиска. В первую очередь необходимо выяснить, имеется ли вообще неисправность (неправильная установка устройств регулировки, переключателей и т.п.). Поэтому важно определить, к какому типу относится данный дефект. Классификация дефектов по признакам
615
может ускорить определение неисправности и соответственно сократить время, затрачиваемое на ремонт.
Все дефекты, встречающиеся в РЭС, можно классифицировать по признакам: трудоемкости обнаружения; сложности; количеству; степени связанности; скорости проявления; особенности проявления; месту нахождения дефекта в одной из подсистем РЭС; внешнему проявлению; источнику неисправности; 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 трудоемкости обнаружения различают дефекты: очевидные, на поиск которых затрачивается мало времени; типовые, имеющие однозначную связь с их внешним проявлением; нетиповые, на поиск которых затрачивается больше времени.
По сложности обнаружения различают дефекты: простые, когда дефект очевиден и легко устраним; несложные, когда дефект легко отыскивается, однако устранение его затруднено (замена вышедшей из строя печатной платы); сложные, когда дефект непросто отыскать, но легко устранить (плохая пайка, в которой контакт нарушается лишь с прогревом изделия); микроперемычки на печатной плате из-за действия агрессивной среды; очень сложные, когда дефект трудно отыскать и устранить (случайные межэлектродные замыкания).
По количеству различают дефекты одиночные и групповые, когда несколько неисправностей проявляются одновременно.
По степени связанности дефекты разделяют на независимые и коррелированные, причем корреляция может быть вызвана причинами неисправности как самого изделия, так и условиями эксплуатации.
По скорости проявления дефекты бывают внезапные и постепенные.
По особенностям проявления различают дефекты: постоянно 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 – РЭС дают остыть и обнаруживают дефект сразу после включения); проявляющиеся или пропадающие при механических воздействиях (при простукивании, прижатии стенок или крышки, вращении органов управления и т.п.); самоустраняющиеся.
616
По местонахождению дефекты разделяются на дефекты подсистемы обработки входной информации, дефекты подсистемы формирования выходной информации, дефекты системы питания.
По внешнему проявлению различают дефекты, связанные с отсутствием какого-либо параметра РЭС; с несоответствием како- го-либо параметра норме; с появлением на выходе нежелательных сигналов.
По источнику неисправность может быть вызвана выходом из строя одной или нескольких деталей: резисторов, предохранителей, разъемных соединителей, переключателей, конденсаторов, моточных изделий, диодов, транзисторов, микросхем, кинескопа, а также печатного и объемного монтажа.
По причинам возникновения дефекты бывают случайные или детерминированные, т.е. вполне определенные, которые можно предусмотреть. К детерминированным дефектам относятся:
∙недостатки конструкции, заложенные при ее разработке: малонадежные элементы (например, конденсаторы типа К10-7В);
∙элементы, эксплуатирующиеся в режимах, близких к предельно допустимым (статистика ремонтов показывает, что в первую очередь в РЭС выходят из строя транзисторы, работающие при напряжениях, приближающихся к предельным);
∙конструктивные решения, не обеспечивающие надежность контактных соединений или, наоборот, вызывающие нежелательные связи (блочно-модульный принцип построения современной РЭС при всех его достоинствах существенно увеличивает число разъемных соединений, а недостаточная надежность механических контактов повышает вероятность их отказов);
∙нарушение технологической дисциплины при изготовлении РЭС (непропаи, качество монтажа и т.п.);
∙нарушение условий эксплуатации: эксплуатация РЭС под действием прямых солнечных лучей, вблизи отопительных приборов или с закрытыми вентиляционными отверстиями; использование не предназначенных для данной РЭС предохранителей;
∙неосторожное обращение с РЭС, повлекшее к падению, ударам; попадание внутрь РЭС влаги, пыли, насекомых, посторонних предметов (при эксплуатации в условиях повышенной влажности чаще всего выходят из строя элементы, работающие в высоковольтных цепях);
617