基于ATEC6自动测试系统的PGA排故研究

刘登辉 段晓萌

摘要：以ATEC6自动测试系统PGA组件为例，根据自动测试设备性能特点分析排故方法，并以典型故障为切入点，提出电子类自动测试设备及电源类设备的一般维护方案。

关键词：自动测试系统；排故；PGA；开关电源

Keywords：automatic test system；troubleshooting；PGA；switching power supply

0 引言

随着电子技术在民用航空领域的广泛应用与革新，以自动测试为核心的集成化设备在附件维修行业迅猛发展，自动测试系统的精准、快速排故成为保障维修工作高效运行的关键。

ATEC6自动测试系统主要应用于机载设备测试维护，其中PGA（Programmable Gain Amplifier）组件负责为被测件提供测试所需的电源信号，当PGA供电电压不满足测试需求时可能会造成被测件损伤或产生测试误差。为保证自动测试系统的正常运行，需定期对PGA进行自测与维护。

1 PGA组件构造与自测功能

ATEC6 PGA组件主要由两个PGA源与一个PGA专用电源组成，共八路信号通道，可实现交直流电压生成与放大功能。

PGA源主要由三个部分组成：输入级模块为可编程放大器的前级，主要用于处理可编程放大器的输入信号，并设置输入信号的范围；AVG（Alternating Voltage Generation）模块用于接收外部信号源的输出信号并进行隔离、整流、移相，处理后的信号用于生成交流电压；可编程放大器模块通过VXI总线输入设定的信号增益与类型，并将测试所需信号经由信号选择模块通过I/O接口输出到测试附件[1]。

PGA电源主要负责为PGA源内各功能模块供电，其前面板有两个用于指示PGA电源开启与输出电压的信号灯，通过信号灯可初步判断电源的工作状态。前面板还包含两个输出接口，每个输出接口输出四路供电至一个PGA源的四个独立通道。PGA电源的内部由八路独立电源通道、电源通道整合电路与TRIP开关电路组成。当PGA电源接入电压后，首先通过各通道的电源板将115VAC输入电压转换为±5V、±15V、±50V三种供电电压，再经整合电路由前面板两个接口输出，由TRIP开关电路板控制八路信号的通断[2]。

PGA组件自測模式可分为两类：一类为集成自测（IST），主要负责对VXI接口与PGA模块内部进行检测；另一类为附加自测（AST），主要负责对PGA输出线路、外部信号源输入线路进行测试。AST需外接自动测试系统的万用表（DMM）、计数器（CTR）、开关单元（SWU）、可编程功能生成器（PFG）以及交流电源（ACPS）辅助测试。其中，DMM用于检测所有线路的电源信号，SWU用于控制系统接入DMM与CTR，PFG用于控制执行系统自测的程序，ACPS用于在AVG模式下提供信号源[1]。

2 PGA组件一般排故流程与自测实例分析

PGA组件自测中，典型故障现象可分为以下两种情况：IST集成自测未通过；AST附加自测中输入、输出线路测试结果超差。依据PGA组件结构以及自测功能分析可知，导致上述故障的原因可能有三个方面：PGA源内部功能模块故障；外接模块或测试通路故障；PGA电源故障。

依据对PGA组件结构与自测典型故障分析，总结PGA源一般排故流程，如图1所示。

针对图1所列的不同原因的排故分析如下：

首先，设备自测出现测试未通过时，可考虑是设备内部功能模块出现故障，可通过交叉检测或分立检测的方法进行排故。如交换两块PGA源板卡，重新配置逻辑地址，再次进行自测。自测结果若显示故障转移，说明是PGA源内部模块出现故障，需要对内部模块电路进行检测排查；若显示故障保留，则说明PGA源内部没有故障。

其次，在排除源内部功能模块故障后，需考虑外部接入设备对自测结果的影响。测试系统外部接入AST附加自测的设备与测试通路，可在ATEC6系统自测程序中观察工作状态，系统自测将报告工作异常的外接设备，依据故障提示进行设备修理维护后，再次接入测试系统进行自测。当系统自测结果显示外接设备均为正常状态时需进一步考虑检测PGA电源工作状态。

PGA源自测需要PGA电源为各功能模块供电，以检测是否工作在正常状态，若PGA电源供电异常，会导致PGA源内部模块出现自测未通过或测试结果超差的现象。由于PGA专用电源没有通过VXI总线接入自动测试系统，因此无法直接进行自测，其故障现象是通过PGA源表现出来的。可通过将电源通道交换连接至PGA源，自测观察故障是否转移，若故障转移则可判定PGA电源模块出现故障，需进一步对电源内通道进行排故测试。

PGA电源排故主要从两方面进行：首先，进行离线测试，即空载测试，使用万用电表电压档测量PGA电源输出接口±5V、±15V、±50V的pin脚，检测电压是否为正常值；其次，进行带载测试，将PGA源接入电源，检测故障通道供电电路输出端的电压值，观察各路通道电压测量值是否超差，若出现超差则说明该供电电压下的电路出现故障，无法为PGA通道提供所需的工作电压。

若确定PGA电源带载状态下输出供电电压不足，需要对电源通道内电路板各元器件进行功能检测。以电源通道±15V供电线路为例进行分析，如图2所示[2]，PGA电源输入的115AVC电压首先经过变压器做降压处理，输入整流芯片，整流后通过稳压模块将平稳无杂波的电压输出至PGA源的各通道内模块供电。电源电路板一般的排故方案是由输入级到输出级逐级进行故障排除，可通过直接观察法，观察电路板是否有异常冒烟或过热部件，针对故障区可进一步使用万用表、示波器等测试设备检测电压信号幅值或波形，分析判定故障点。

在PGA组件自测实例中，故障现象表现为信号通道IST自测未通过，AST自测报告电压值超差，依据上述排故流程排除PGA源本身与外接设备与线路故障后，对PGA电源进行进一步检测分析。对PGA电源进行带载测试时，发现变压器发热严重，说明变压器此时处于异常工作状态，其下游负载存在故障，可能是由于输出端滤波电容失效，导致供电电压存在严重杂波，有效电压值下降，使变压器工作在超负荷状态。根据猜想，使用隔离示波器检测各模块输出电压波形，发现稳压模块输出电压纹波达到3～5V，可确定输出端电容滤波失效。在更换PGA电源供电电路板上的滤波电容后，再次对PGA组件进行自测，故障排除。

3 总结

根据上述排故分析可知，自动测试设备一般故障可分为三类：功能模块故障、外接测试设备或线路故障、信号源故障，通过交换检测及系统总自测后可排除前两者故障。对于信号源故障，可通过目视检测初步确定故障区域，再使用测量设备进一步确认故障部件。自动测试设备内部通常由集成电路构成，信号源的工作质量很大程度影响整个系统的稳定运行。由于电容容量降低的明显特征为电源带载能力下降，对系统自测得到的电压数值较正常范围而言偏低，因此，在日常设备维护过程中，若检测电压输出值出现异常，可以优先考虑检测滤波电容是否失效，以提升电源设备维护的效率。此外，可以对信号源电路上的电容进行预防性维护，定期更换元器件，以保障设备持续稳定运行。

通过对ATEC6内PGA源的架构及排故一般规律的总结可以看出，电源类设备长时间运行使用后，需要对电路的元器件进行定期检查维护，尤其是发热较为严重的部件，其故障率会随着使用时间的推移而逐步上升。电源中的电容一般作为存储电压、过滤杂波的重要器件，是电源保持稳定持续输出的关键，日常维护中需要重视对电容的检测与预防性维护。

参考文献

[1] Resource Description Manual PGA-PGA/AVG with PPS Programmable Gain Amplifier [Z]. Cassidian Test & Services，2008.

[2] PGA Rack/115A Power Supply Rack Maintenance Manual [Z]. PUISSANCE+，2002.