鐘 敏

（江西昌河航空工業(yè)有限公司，江西景德鎮(zhèn) 333002）

0 引言

飛機上面安裝的時鐘叫航空時鐘，作為飛機上的時間觀察設(shè)備，航空時鐘是一種不可或缺的飛行儀表。航空時鐘一般安裝在航空儀表板上，主要用于指示現(xiàn)在時間、航行時間以及測量某一任意時段時間，給飛行員提供直觀的時間信息。

隨著航空技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，航空機載儀表設(shè)備也日趨現(xiàn)代化，屏幕顯示儀表的應(yīng)用明顯增加，傳統(tǒng)的航空時鐘逐漸發(fā)展成為趨于集成化、小型化、數(shù)字化、高精度以及可采用衛(wèi)星校時的多功能混合顯示時鐘[1]。某型航空計時表（以下簡稱“時鐘”或“產(chǎn)品”）安裝在飛機座艙儀表板上，用于在飛行條件下顯示當?shù)貢r、航時以及計時。時鐘采用高亮度LED數(shù)碼管作為顯示器，在陽光直射下，具有較好的可視性。時間顯示窗口采用三排各四位數(shù)碼管同時顯示當?shù)貢r、航時及計時，當?shù)貢r顯示采用24小時制式。

1 故障現(xiàn)象

某型機時鐘通電檢查時發(fā)現(xiàn)不計時且調(diào)時無保存現(xiàn)象。

2 產(chǎn)品組成及工作原理

產(chǎn)品主要由電氣部分和機械結(jié)構(gòu)部分組成，其中電氣部分包括電源板組件、控制板組件和顯示板組件，結(jié)構(gòu)部分主要由導(dǎo)光板組件和殼體組件等組成。

根據(jù)產(chǎn)品的功能可以將產(chǎn)品的電路分為控制電路、顯示電路、電源電路、開關(guān)電路和告警電路。控制電路的微控制器在其外圍電路的配合下控制定時電路、開關(guān)電路協(xié)同工作，并驅(qū)動三排LED顯示屏。定時電路為主控電路提供記憶當?shù)貢r時間信號的功能，并可接收主控電路對當?shù)貢r的調(diào)整。主控電路可根據(jù)航時/計時開關(guān)的狀態(tài)信號對航時/計時的啟動、停止和清零進行控制。產(chǎn)品原理框圖如圖1所示。

圖1 產(chǎn)品原理框圖

時鐘的控制電路包括定時電路和主控電路，是整個時鐘的核心部分。

主控電路可實現(xiàn)當?shù)貢r的調(diào)整及計時、航時控制、時鐘電源欠壓告警；將不同的顯示內(nèi)容轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)碼劃段信號，發(fā)送給顯示電路分別進行顯示。同時，主控電路還可實現(xiàn)夜間飛行時顯示亮度的選擇等功能。

定時電路由專用時鐘芯片及相應(yīng)的外圍電路構(gòu)成。定時電路內(nèi)置供電電池，當產(chǎn)品處于工作狀態(tài)時，定時電路由機上供電；當產(chǎn)品處于非工作狀態(tài)，即飛機未接通外部工作電源時由內(nèi)置電池供電，以確保產(chǎn)品處于非工作狀態(tài)時定時電路仍可保證當?shù)貢r不間斷運行。定時電路的時鐘芯片定時產(chǎn)生時間信號提供給控制電路供控制電路隨時調(diào)用，同時產(chǎn)品每次上電時，時鐘芯片將檢測內(nèi)置電池的電壓。當電壓值過低時，時鐘芯片向控制電路發(fā)送欠壓信號，控制電路接收到信號進行處理后控制外部告警燈的燃亮。定時電路始終處于連續(xù)工作狀態(tài)，能隨時提供當?shù)貢r的時、分、秒信號，以便在任何時間接通產(chǎn)品電源，進入工作狀態(tài)時，時鐘都能顯示正確的當?shù)貢r時間。

不接通外部電源時，產(chǎn)品處于非工作狀態(tài)，定時電路由產(chǎn)品內(nèi)置的鋰電池提供電源，定時電路繼續(xù)工作，用以維持當?shù)貢r在產(chǎn)品不工作時的不間斷運行，此時產(chǎn)品的時間顯示窗口不顯示。產(chǎn)品內(nèi)置鋰電池可以保證當?shù)貢r不間斷運行3年左右。當電池電量不足時，產(chǎn)品面板上的欠壓告警燈變亮，提示更換電池。

更換電池時應(yīng)斷開產(chǎn)品外部電源，使之處于非工作狀態(tài)，打開產(chǎn)品尾部的電池盒蓋，取出電池盒中的鋰電池，更換相同型號的新電池即可。更換電池時，由于時鐘內(nèi)定時電路無電源供電而停止工作，時間數(shù)據(jù)丟失，因此，更換電池后，需重新對現(xiàn)時時間進行調(diào)整。

3 故障分析與排查

首先根據(jù)接線圖紙對機上線路進行導(dǎo)通，搖絕緣檢查發(fā)現(xiàn)正常沒問題，測量產(chǎn)品的供電電壓也在+28 V正常，檢查產(chǎn)品插座及其對接插頭針腳并無縮針現(xiàn)象。因此排除掉機上線路對時鐘的影響，初步將故障原因定位為成品問題。

根據(jù)故障樹（圖2）可列出兩種導(dǎo)致產(chǎn)品不走時的故障模式：控制電路故障、時鐘電路不工作。

具體排查情況如下：

模式1：數(shù)據(jù)傳輸故障。

產(chǎn)品斷電情況下用三用表測量控制板組件中時鐘芯片U4第2芯、U1第17芯以及U4第13芯、U1第18芯之間的通斷，測量兩引腳接通良好，阻值為0.8 Ω，可以排除故障模式B1。

模式2：單片機故障。

產(chǎn)品中由單片機組成的外圍電路為主要控制電路，不僅可以控制走時，還可以控制亮度調(diào)節(jié)、時間調(diào)整等功能，單片機的損壞會直接影響產(chǎn)品的正常工作。

從返廠測試情況來看，產(chǎn)品接通電源時，可以進行亮度調(diào)節(jié)、時間調(diào)整顯示，僅無法進行走時和保存設(shè)置時間。因此可以確定單片機工作正常，可以排除故障模式B2。

模式3：時鐘芯片供電電源故障。

產(chǎn)品的時鐘芯片供電電源電路如圖3所示，時鐘芯片有兩種供電模式（機上電源DC28 V轉(zhuǎn)換后供電或者電池供電），兩種電源利用兩只二極管形成或門。

圖3 時鐘芯片供電電路圖

當產(chǎn)品由機上28 V電源供電時，由DC/DC電源轉(zhuǎn)為5 V，提供給時鐘和其他電路使用，該電壓值大于電池電壓（電池電壓約為3.3 V）。此時時鐘芯片由機上28 V電源供電，該電壓保證了航空時鐘在通電狀態(tài)下能正常走時、調(diào)時和存儲等。

當機上28 V供電停止時，DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路不工作，電壓為0 V，小于電池電壓，此時由電池進行供電，該電壓能保證產(chǎn)品在斷開機上電源的狀態(tài)下現(xiàn)時正常計時。

接通產(chǎn)品DC28 V電源，測量時鐘芯片第6芯（電源正）、第7芯（電源負）之間的電壓值為4.7 V，表明機上電源供電條件下，時鐘芯片的供電電源正常。

斷開產(chǎn)品DC28 V電源，時鐘芯片由電池供電。測量時鐘芯片第6芯（電源正）、第7芯（電源負）之間的電壓值為2.8 V，表明電池供電條件下，時鐘芯片的供電電源正常。

根據(jù)上述測試可以排除故障模式B3。

模式4：時鐘芯片失效。

時鐘芯片能保證產(chǎn)品正常走時及走時精度。采用計數(shù)器測量產(chǎn)品測試口，即時鐘芯片第10腳（/INT端，定時器信號輸出端，即時鐘的瞬時日差）的數(shù)據(jù)輸出，測量頻率為0，時鐘芯片無輸出，由此判斷是時鐘芯片失效導(dǎo)致故障發(fā)生。更換失效時鐘芯片后，產(chǎn)品故障消除。

為了進一步判斷是時鐘芯片自身原因（C1）還是外部原因（C2）引起時鐘芯片故障，進行如下分析：

能引起時鐘芯片失效的主要原因為時鐘芯片自身質(zhì)量問題或外加大電流、高電壓信號。

（1）器件質(zhì)量問題：本產(chǎn)品中使用的時鐘芯片為我司時鐘系列產(chǎn)品的常用器件。截至目前，該器件運用不少于500只，公司時鐘類產(chǎn)品返修未出現(xiàn)時鐘芯片失效的故障。同時調(diào)出該批器件三方二次篩選報告，未出現(xiàn)器件質(zhì)量缺陷問題。因此，基本排除器件批次性質(zhì)量問題引起的連續(xù)多發(fā)故障?？梢耘懦鼵1故障模式。

（2）外部原因引起時鐘芯片失效：為實現(xiàn)產(chǎn)品欠壓告警（時鐘芯片供電電壓）功能測試，時鐘芯片通過一個隔離二極管將時鐘芯片供電電源引腳連接至外部連接器第6芯作為欠壓告警測試端口，此引腳是時鐘芯片唯一與外部有聯(lián)系的端口，如圖3所示。

對產(chǎn)品電氣接口進行了核對，核對過程中發(fā)現(xiàn)機上與產(chǎn)品連接的電纜插頭第6芯在機上電纜中接有線，并且該接線為27 V+電源線。當產(chǎn)品在機上加電時，相當于在時鐘芯片電源引腳接入DC27 V直流電壓信號。此時連接器第6芯加載的27 V電壓遠大于時鐘芯片的1.6～5.5 V供電。因此，在機上加電瞬間由于第6芯接入DC27 V電源，產(chǎn)品電池和時鐘損壞，導(dǎo)致產(chǎn)品不走時。由此可以判定產(chǎn)品不走時故障是由機上上電時產(chǎn)品外加大電壓導(dǎo)致時鐘芯片損壞引起的。

4 機理分析

產(chǎn)品中的定時電路是由專用時鐘芯片及相應(yīng)的外圍電路構(gòu)成。定時電路的時鐘芯片定時產(chǎn)生時間信號提供給控制電路供控制電路隨時調(diào)用，同時產(chǎn)品每次上電時，時鐘芯片將檢測內(nèi)置電池的電壓。當電壓值過低時，時鐘芯片向控制電路發(fā)送欠壓信號，控制電路接收到信號進行處理后控制外部告警燈的燃亮。定時電路始終處于連續(xù)工作狀態(tài)，能隨時提供當?shù)氐臅r、分、秒信號，以便在任何時間接通產(chǎn)品電源，進入工作狀態(tài)時，時鐘都能顯示正確的當?shù)貢r間。當定時電路失效時，以上功能均無法實現(xiàn)，產(chǎn)品將無法走時。產(chǎn)品中使用的定時芯片工作電壓范圍為1.6～5.5 V。

通過與設(shè)計員溝通了解到，機上線纜通過連接器在產(chǎn)品的第6芯中接入一路27 V+電源，該電源與時鐘芯片的電源引腳通過隔離二極管相連接。機上線纜第6芯中27 V+電源主要用于原時鐘的照明供電（原時鐘為指針式，指針的讀數(shù)需要通過照明光源來判讀）。該型航空計時表為LED數(shù)顯時鐘，顯示部分本身為發(fā)光源，無須借助外部電源來提供照明，因此該端口在航空計時表中作為欠壓告警的功能測試口使用，外部需懸空。在機上使用時加載的27 V電壓遠大于時鐘芯片的1.6～5.5 V供電范圍，因此，在上電瞬間電池和時鐘芯片由于DC27 V+大電壓的施加而損壞，產(chǎn)品無法工作。

5 解決措施

根據(jù)上述分析，本次產(chǎn)品故障屬于外部接線錯誤導(dǎo)致，經(jīng)與設(shè)計員協(xié)商，改進機上電纜，去掉與產(chǎn)品插座第6芯相連的線纜，將該產(chǎn)品第6芯懸空。經(jīng)過機上驗證，再次進行航空計時表通電，顯示正常，再未發(fā)生不走時故障。

6 結(jié)論

此次故障的出現(xiàn)為機上接線設(shè)計錯誤所致。針對該故障的排故過程，應(yīng)在產(chǎn)品首件故障時做到機理分析到位，當產(chǎn)品本身故障機理無法確定時應(yīng)與外部及時溝通，精準確定產(chǎn)品產(chǎn)生故障的原因，避免同類故障重復(fù)出現(xiàn)。該次故障問題定位準確，機理分析清晰，機上糾正措施有效，可以避免類似問題重復(fù)出現(xiàn)。