伍鵬宇，晉 柱，張 衎

（1.海軍裝備部，四川成都 610000；2.中國電子科技集團(tuán)公司第三十研究所，四川成都 610000）

1 故障現(xiàn)象

多年來，通用接收機(jī)使用機(jī)械控制來調(diào)諧其頻帶，同時(shí)改變天線耦合、RF 級(jí)聯(lián)和振蕩器諧振電路的參數(shù)。最常見的形式是組合電容器，其使用單個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)來改變每一級(jí)的調(diào)諧電容。除大量生產(chǎn)的家庭娛樂用接收機(jī)外，接收機(jī)采用具有基本相同結(jié)構(gòu)的電容器。因?yàn)樘炀€和級(jí)間電路通常使用具有耦合性質(zhì)的線圈，每個(gè)線圈通常不同，諧振在工作頻率之上或之下，所以線圈的有效電感會(huì)隨著調(diào)諧頻率而略微變化。除了一些特殊情況，現(xiàn)代調(diào)諧元件一般都不可能是機(jī)械的，而是電調(diào)諧的變?nèi)荻O管，因此在計(jì)算機(jī)的控制下，頻率變化可以快速實(shí)現(xiàn)。這種情況下，可變?cè)僭O(shè)為電容器，但是也可以使用可變電感元件并適當(dāng)改變電路來獲得類似的結(jié)果[1]。

IFM（Instantaneous Frequency Measurement，瞬時(shí)測頻），廣泛應(yīng)用在數(shù)字式比相法瞬時(shí)測頻接收機(jī)中。采用了IFM 的接收機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡單、偵查頻帶寬、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)原理，可以分為兩類。第一類是把頻率信息轉(zhuǎn)換為相位信息，然后轉(zhuǎn)換為幅度信息，或者將待測頻率信息轉(zhuǎn)換為幅度信息，通過測量幅度信息來獲得頻率信息，一般滿足“待測頻率—相位（差）—幅度—實(shí)測頻率”或“待測頻率—幅度—實(shí)測頻率”的測量過程。關(guān)鍵是頻率能產(chǎn)生不同幅度響應(yīng)的模擬器件，幅度信息生成頻率信息的編碼電路或數(shù)字處理電路。核心部分是模擬器件組成。第一類瞬時(shí)測頻通常也可認(rèn)為是模擬方法瞬時(shí)測頻；第二類是把待測信號(hào)進(jìn)行采樣處理變成數(shù)字信息，然后通過對(duì)數(shù)字信息的處理、運(yùn)算獲得頻率信息，一般滿足“待測頻率—信號(hào)采樣—數(shù)字測頻”的關(guān)系。第二類瞬時(shí)測頻通常也可認(rèn)為是數(shù)字方法瞬時(shí)測頻。關(guān)鍵是采樣量化電路和測頻算法，核心部分是數(shù)字器件組成，也是未來發(fā)展的重要方向。

外場服務(wù)保障時(shí)，發(fā)現(xiàn)有7 個(gè)接收機(jī)內(nèi)的瞬時(shí)測頻組件-5 V 電流異常，引起接收機(jī)報(bào)故。

2 故障定位

2.1 原理分析，建立故障樹。

本瞬時(shí)測頻組件采用干涉儀鑒相。通過延遲把頻率轉(zhuǎn)換為相位信息，再通過鑒相器將相位信息轉(zhuǎn)換為幅度信息，最后將幅度信息進(jìn)行量化編碼輸出對(duì)應(yīng)的頻率碼。

本組件采用了兩根延遲線，組件主要由相關(guān)器組件和編碼電路組成。相關(guān)器組件主要完成輸入射頻信號(hào)的延遲鑒相，輸出視頻信號(hào)；編碼電路對(duì)IQ 的視頻信號(hào)進(jìn)行量化、編碼輸出頻率碼，其原理如圖1 所示。

圖1 IFM 組件

根據(jù)IFM 組件的工作原理和故障現(xiàn)象，建立故障樹如圖2 所示。

圖2 IFM 組件故障樹

2.2 逐步分析，故障定位。

（1）定位到編碼電路故障。編碼電路故障分析。測量出現(xiàn)故障的瞬時(shí)測頻組件-5 V 接口對(duì)地電阻為0.2 Ω，正常的組件-5 V 接口對(duì)地電阻為150 Ω。拆開發(fā)生故障的瞬時(shí)測頻組件，發(fā)現(xiàn)所有組件中編碼電路的電容C17 均出現(xiàn)了擊穿燒毀現(xiàn)象，從而導(dǎo)致模塊的-5 V 接口對(duì)地電阻很小。因此，基本確定是編碼電路故障。相關(guān)器組件故障分析。將相關(guān)器與編碼電路的所有連線去除，單獨(dú)檢測相關(guān)器組件各輸出信號(hào)，均輸出正常，說明相關(guān)器組件工作正常，故排除相關(guān)器組件故障的可能性。因此，可確定此次故障原因?yàn)榫幋a電路故障。

（2）定位到電容焊接反向。檢查故障印制板，發(fā)現(xiàn)印制板上C17 電容燒毀。根據(jù)該電容出現(xiàn)的擊穿燒毀情況，建立故障樹如圖3 所示。電容使用電壓超過額定電壓。編碼電路上C17 電容額定電壓為20 V，而該電容在編碼電路中功能為-5 V 濾波電容，遠(yuǎn)低于20 V額定電壓要求，故可排除該故障原因。電容焊接反向。檢查故障印制板，發(fā)現(xiàn)印制板上燒毀的C17 電容焊接方向與印制板上絲印層所標(biāo)識(shí)的極性相反，說明該電容一直處于反向使用狀態(tài)。經(jīng)咨詢電容生產(chǎn)廠家，電容反向使用會(huì)出現(xiàn)擊穿燒毀的情況，基本上確定本次故障是由電容焊反所致。編碼電路其他部分故障。取下燒毀的C17 電容，在不重新焊接C17 電容的情況下，加電測試故障瞬時(shí)測頻組件，組件工作恢復(fù)正常，說明C17 電容燒毀故障不是由編碼電路其他部分故障導(dǎo)致。外部環(huán)境故障。重新按正確極性焊接C17 電容，瞬時(shí)測頻組件工作仍然正常，返分機(jī)、系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，工作均正常，說明C17 電容燒毀也不是由外部環(huán)境所致。因此推斷本次故障原因?yàn)镃17 電容焊接反向。

圖3 編碼電路定位故障樹

2.3 更換驗(yàn)證，故障復(fù)現(xiàn)

將擊穿更換下的損壞C17 電容重新更換到返修正常的瞬時(shí)測頻組件上，組件故障現(xiàn)象再次復(fù)現(xiàn)，與返修前一致，問題能夠得到穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)。因此確定本次故障原因?yàn)殡娙莺附臃聪颉?/p>

3 原因分析

檢查故障印制板，發(fā)現(xiàn)印制板上燒毀的C17 電容焊接方向與印制板上絲印層所標(biāo)識(shí)的極性相反，說明該電容一直處于反向使用狀態(tài)。C17 電容為有極性固態(tài)鉭電容。在編碼電路中，在C17 電容焊反時(shí)，給電容施加的反向電壓為-5 V，超出器件手冊(cè)要求的極限值。鉭電容存在正負(fù)極性，器件手冊(cè)中所給值為經(jīng)過驗(yàn)證后的無故障值。在實(shí)際情況下，器件有較大冗余量，保證鉭電容可以承受一定的反向電壓（反向電壓由電容設(shè)計(jì)、制作工藝、材料特性等因素綜合決定，不同的電容可能會(huì)有差異），在給電容施加反向電壓后，電容不會(huì)立即被擊穿。鉭電容是用稀硫酸等配液做負(fù)極，金屬鉭做正極，鉭表面生成的氧化膜做介質(zhì)制成[2]。鉭電容的介質(zhì)層是陽極金屬在電解液中氧化而成。生成的介質(zhì)薄膜在外加電壓的作用下，會(huì)產(chǎn)生熱量，容易產(chǎn)生電阻率很高的氧化物。從而修復(fù)了氧化膜中存在缺陷、裂痕等疵點(diǎn)，即具有自愈作用。這種獨(dú)特的自愈作用，保證了鉭電容的長壽命和可靠性的優(yōu)勢。鉭電容的陽極塊具有微孔結(jié)構(gòu)，單位體積內(nèi)電容量特別大，比容量高，特別適宜于小型化電路板。

鉭電容器能方便地獲得較大的電容量，具有單向?qū)щ娦裕此^的“極性”。應(yīng)用時(shí)須按電源的正、負(fù)方向接入電流，電容器的陽極（正極）接電源“+”極，陰極（負(fù)極）接電源的“-”極。如果接反了，電容器不僅發(fā)揮不了作用，而且漏電流很大，短時(shí)間內(nèi)芯子就會(huì)發(fā)熱，破壞氧化膜，隨即失效，造成不良的后果。所以根據(jù)鉭電容內(nèi)部材料特性，鉭電容在非擊穿情況下，反向聯(lián)接可近似為一個(gè)電阻（而且該電阻值還會(huì)隨著使用溫度變化而變化，類似于一個(gè)溫敏電阻）。在使用過程中，反向電流未超過擊穿電流時(shí)，鉭電容器內(nèi)部未完全擊穿，但是會(huì)對(duì)電容器內(nèi)部電極膜產(chǎn)生不可逆的損傷。單次損傷較小，隨著使用時(shí)間的增加而累計(jì)，導(dǎo)致反向內(nèi)阻逐漸變小，直至在使用過程中出現(xiàn)反向電流超過擊穿電流的情況，鉭電容完全擊穿燒毀。檢查編碼電路的設(shè)計(jì)文件發(fā)現(xiàn)，PCB 文件對(duì)C17 電容的極性標(biāo)識(shí)與裝配圖對(duì)該電容的極性標(biāo)識(shí)相反。PCB 文件是正確的，裝配圖是錯(cuò)誤的，印制板裸板是根據(jù)PCB 文件進(jìn)行加工，印制板絲印層的極性標(biāo)識(shí)是正確的。按照工藝要求，印制板裝配是以裝配圖作為依據(jù)（圖4），因此，裝配圖電容極性標(biāo)識(shí)錯(cuò)誤，則會(huì)導(dǎo)致電容焊反。

圖4 電容C17 極性標(biāo)注對(duì)比

追溯設(shè)計(jì)文件錯(cuò)誤的原因：該印制板在印制板設(shè)計(jì)師對(duì)圖紙進(jìn)行了更改，當(dāng)時(shí)更改原因是FPGA 換型后需增加上拉電阻R157，在此次更改中誤將裝配圖中電容C17 極性標(biāo)識(shí)錯(cuò)誤。因此，編碼電路在圖紙更改時(shí)，裝配圖中誤將電容C17 極性標(biāo)錯(cuò)，導(dǎo)致該電容焊反燒毀，從而引起瞬時(shí)測頻組件故障。

4 整改驗(yàn)證

（1）更改措施驗(yàn)證。重新焊接故障電容后，組件工作恢復(fù)正常，返回分機(jī)、系統(tǒng)后進(jìn)行驗(yàn)證，故障未再復(fù)現(xiàn)，說明更改措施有效。

（2）對(duì)編碼電路的裝配圖進(jìn)行更改。

（3）開展影響性分析。系統(tǒng)的電源模塊最大輸出電流為2.4 A，具備短路保護(hù)功能，當(dāng)輸出電流在達(dá)到2.8 A 左右（115%最大輸出電流）時(shí)，會(huì)進(jìn)行限流。因此在瞬時(shí)測頻組件-5 V 電流增大后，電源模塊不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成影響。另外電源板在+28 V 電源輸入端設(shè)計(jì)有斷路器，這是第二重防護(hù)措施，可以在分機(jī)出現(xiàn)短路大電流時(shí)切斷系統(tǒng)供電端和分機(jī)的聯(lián)系，防止對(duì)系統(tǒng)造成影響。分機(jī)內(nèi)部供電電源板中DC-DC 電源模塊具備短路保護(hù)功能，當(dāng)出現(xiàn)-5 V 電流超過2.8 A 情況時(shí)，DC-DC 模塊會(huì)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，輸出電壓為0 V。實(shí)際測試時(shí)，當(dāng)分機(jī)出現(xiàn)故障后，發(fā)現(xiàn)電源板2 輸出的-5 V 電源輸出電壓為0 V，與設(shè)計(jì)要求一致。

（4）對(duì)于在制品，需全部檢查瞬時(shí)測頻組件上編碼電路C17 鉭電容的焊接方向，對(duì)于焊接反向的按工藝要求更換鉭電容，焊接方向按照正確方向焊接，并重新進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測試。對(duì)于已制品，企業(yè)準(zhǔn)備備件，根據(jù)外部需求和故障批次對(duì)已交付產(chǎn)品進(jìn)行分批更換。