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

隨著航空技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，航空機(jī)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(shí)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(shí)的多功能混合顯示時(shí)鐘[1]。某型航空計(jì)時(shí)表（以下簡(jiǎn)稱“時(shí)鐘”或“產(chǎn)品”）安裝在飛機(jī)座艙儀表板上，用于在飛行條件下顯示當(dāng)?shù)貢r(shí)、航時(shí)以及計(jì)時(shí)。時(shí)鐘采用高亮度LED數(shù)碼管作為顯示器，在陽(yáng)光直射下，具有較好的可視性。時(shí)間顯示窗口采用三排各四位數(shù)碼管同時(shí)顯示當(dāng)?shù)貢r(shí)、航時(shí)及計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)貢r(shí)顯示采用24小時(shí)制式。

1 故障現(xiàn)象

某型機(jī)時(shí)鐘通電檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)不計(jì)時(shí)且調(diào)時(shí)無(wú)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(jī)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(kāi)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(shí)電路、開(kāi)關(guān)電路協(xié)同工作，并驅(qū)動(dòng)三排LED顯示屏。定時(shí)電路為主控電路提供記憶當(dāng)?shù)貢r(shí)時(shí)間信號(hào)的功能，并可接收主控電路對(duì)當(dāng)?shù)貢r(shí)的調(diào)整。主控電路可根據(jù)航時(shí)/計(jì)時(shí)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)信號(hào)對(duì)航時(shí)/計(jì)時(shí)的啟動(dòng)、停止和清零進(jìn)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(shí)鐘的控制電路包括定時(shí)電路和主控電路，是整個(gè)時(shí)鐘的核心部分。

主控電路可實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)貢r(shí)的調(diào)整及計(jì)時(shí)、航時(shí)控制、時(shí)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(hào)，發(fā)送給顯示電路分別進(jìn)行顯示。同時(shí)，主控電路還可實(shí)現(xiàn)夜間飛行時(shí)顯示亮度的選擇等功能。

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

不接通外部電源時(shí)，產(chǎn)品處于非工作狀態(tài)，定時(shí)電路由產(chǎn)品內(nèi)置的鋰電池提供電源，定時(shí)電路繼續(xù)工作，用以維持當(dāng)?shù)貢r(shí)在產(chǎn)品不工作時(shí)的不間斷運(yùn)行，此時(shí)產(chǎn)品的時(shí)間顯示窗口不顯示。產(chǎn)品內(nèi)置鋰電池可以保證當(dāng)?shù)貢r(shí)不間斷運(yùn)行3年左右。當(dāng)電池電量不足時(shí)，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(shí)應(yīng)斷開(kāi)產(chǎn)品外部電源，使之處于非工作狀態(tài)，打開(kāi)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(hào)的新電池即可。更換電池時(shí)，由于時(shí)鐘內(nèi)定時(shí)電路無(wú)電源供電而停止工作，時(shí)間數(shù)據(jù)丟失，因此，更換電池后，需重新對(duì)現(xiàn)時(shí)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。

3 故障分析與排查

首先根據(jù)接線圖紙對(duì)機(jī)上線路進(jìn)行導(dǎo)通，搖絕緣檢查發(fā)現(xiàn)正常沒(méi)問(wèn)題，測(cè)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(duì)接插頭針腳并無(wú)縮針現(xiàn)象。因此排除掉機(jī)上線路對(duì)時(shí)鐘的影響，初步將故障原因定位為成品問(wèn)題。

根據(jù)故障樹(shù)（圖2）可列出兩種導(dǎo)致產(chǎn)品不走時(shí)的故障模式：控制電路故障、時(shí)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(cè)量控制板組件中時(shí)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(cè)量?jī)梢_接通良好，阻值為0.8 Ω，可以排除故障模式B1。

模式2：?jiǎn)纹瑱C(jī)故障。

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

從返廠測(cè)試情況來(lái)看，產(chǎn)品接通電源時(shí)，可以進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)、時(shí)間調(diào)整顯示，僅無(wú)法進(jìn)行走時(shí)和保存設(shè)置時(shí)間。因此可以確定單片機(jī)工作正常，可以排除故障模式B2。

模式3：時(shí)鐘芯片供電電源故障。

產(chǎn)品的時(shí)鐘芯片供電電源電路如圖3所示，時(shí)鐘芯片有兩種供電模式（機(jī)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(mén)。

圖3 時(shí)鐘芯片供電電路圖

當(dāng)產(chǎn)品由機(jī)上28 V電源供電時(shí)，由DC/DC電源轉(zhuǎn)為5 V，提供給時(shí)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(shí)時(shí)鐘芯片由機(jī)上28 V電源供電，該電壓保證了航空時(shí)鐘在通電狀態(tài)下能正常走時(shí)、調(diào)時(shí)和存儲(chǔ)等。

當(dāng)機(jī)上28 V供電停止時(shí)，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(shí)由電池進(jìn)行供電，該電壓能保證產(chǎn)品在斷開(kāi)機(jī)上電源的狀態(tài)下現(xiàn)時(shí)正常計(jì)時(shí)。

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

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

根據(jù)上述測(cè)試可以排除故障模式B3。

模式4：時(shí)鐘芯片失效。

時(shí)鐘芯片能保證產(chǎn)品正常走時(shí)及走時(shí)精度。采用計(jì)數(shù)器測(cè)量產(chǎn)品測(cè)試口，即時(shí)鐘芯片第10腳（/INT端，定時(shí)器信號(hào)輸出端，即時(shí)鐘的瞬時(shí)日差）的數(shù)據(jù)輸出，測(cè)量頻率為0，時(shí)鐘芯片無(wú)輸出，由此判斷是時(shí)鐘芯片失效導(dǎo)致故障發(fā)生。更換失效時(shí)鐘芯片后，產(chǎn)品故障消除。

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

能引起時(shí)鐘芯片失效的主要原因?yàn)闀r(shí)鐘芯片自身質(zhì)量問(wèn)題或外加大電流、高電壓信號(hào)。

（1）器件質(zhì)量問(wèn)題：本產(chǎn)品中使用的時(shí)鐘芯片為我司時(shí)鐘系列產(chǎn)品的常用器件。截至目前，該器件運(yùn)用不少于500只，公司時(shí)鐘類產(chǎn)品返修未出現(xiàn)時(shí)鐘芯片失效的故障。同時(shí)調(diào)出該批器件三方二次篩選報(bào)告，未出現(xiàn)器件質(zhì)量缺陷問(wèn)題。因此，基本排除器件批次性質(zhì)量問(wèn)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(shí)鐘芯片失效：為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品欠壓告警（時(shí)鐘芯片供電電壓）功能測(cè)試，時(shí)鐘芯片通過(guò)一個(gè)隔離二極管將時(shí)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(cè)試端口，此引腳是時(shí)鐘芯片唯一與外部有聯(lián)系的端口，如圖3所示。

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

4 機(jī)理分析

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

通過(guò)與設(shè)計(jì)員溝通了解到，機(jī)上線纜通過(guò)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(shí)鐘芯片的電源引腳通過(guò)隔離二極管相連接。機(jī)上線纜第6芯中27 V+電源主要用于原時(shí)鐘的照明供電（原時(shí)鐘為指針式，指針的讀數(shù)需要通過(guò)照明光源來(lái)判讀）。該型航空計(jì)時(shí)表為L(zhǎng)ED數(shù)顯時(shí)鐘，顯示部分本身為發(fā)光源，無(wú)須借助外部電源來(lái)提供照明，因此該端口在航空計(jì)時(shí)表中作為欠壓告警的功能測(cè)試口使用，外部需懸空。在機(jī)上使用時(shí)加載的27 V電壓遠(yuǎn)大于時(shí)鐘芯片的1.6～5.5 V供電范圍，因此，在上電瞬間電池和時(shí)鐘芯片由于DC27 V+大電壓的施加而損壞，產(chǎn)品無(wú)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(cuò)誤導(dǎo)致，經(jīng)與設(shè)計(jì)員協(xié)商，改進(jìn)機(jī)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(guò)機(jī)上驗(yàn)證，再次進(jìn)行航空計(jì)時(shí)表通電，顯示正常，再未發(fā)生不走時(shí)故障。

6 結(jié)論

此次故障的出現(xiàn)為機(jī)上接線設(shè)計(jì)錯(cuò)誤所致。針對(duì)該故障的排故過(guò)程，應(yīng)在產(chǎn)品首件故障時(shí)做到機(jī)理分析到位，當(dāng)產(chǎn)品本身故障機(jī)理無(wú)法確定時(shí)應(yīng)與外部及時(shí)溝通，精準(zhǔn)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(wèn)題定位準(zhǔn)確，機(jī)理分析清晰，機(jī)上糾正措施有效，可以避免類似問(wèn)題重復(fù)出現(xiàn)。