维修大讲堂之集成电路

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维修大讲堂之集成电路

    【定义】集成电路（integrated circuit),简称IC,是把构成具有一定功能的所需的半导体、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部集成在一小块硅片上，并经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导体制造工艺，焊接封装在一个管壳内的电子器件。
    【发明】集成电路发明者为杰克·基尔比（基于锗（Ge）的集成电路）和罗伯特·诺伊思（基于硅（Si）的集成电路）。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。
    【分类】因其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三大类。 模拟集成电路又称线性电路,用来产生、放大和处理各种模拟信号（指幅度随时间变化的信号。例如半导体收音机的音频信号，其输入信号和输出信号成比例关系）。而数字集成电路用来产生、放大和处理各种数字信号（指在时间上和幅度上离散取值的信号）
    【检测】
    1.万用表正反向阻值检测法：我们知道，集成块使用时，总有一个引脚与印制电路板上的“地”线是焊通的，在电路中称之为接地脚。由于集成电路内部都采用直接耦合，因此，集成块的其它引脚与接地脚之间都存在着确定的直流电阻，这种确定的直流电阻称为该脚内部等效直流电阻，我们就可以通过用万用表测量各引脚的内部等效直流电阻来判断其好坏，若各引脚的内部等效电阻与标准值相符，说明这块集成块是好的，反之若与标准值相差过大，说明集成块内部损坏。
    2.万用表电压测量法：测量每个引脚对地电压，同正常值比较的方法。如果电压异常，可断开引脚连线，测静态电压值，以判断该电压变化，是外围元件引起，还是集成块内部引起。
    3.编程器测量：大多数编程器都支持数字电路测试，其原理是由编程器产生一组数字信号，然后采集其输出端电平变化状况，对照真值表，看是否符合其功能的测试方法。
    4.在线维修测试仪测量：如果说编程器测试是定性测试，在线维修测试仪就是定量测试，测试仪能产生一组符合器件参数特征的信号，施加到被测器件上然后采集其响应，从而判断其性能好坏的测试方法。另外，测试仪可以测试光藕、运放等模拟器件。
    举例：常用集成电路的检测（以下的测试都是以万用表测试的方法，对于在线维修测试仪，因为属于智能工具，只要输入型号即可给出测试结果，后期我单独撰文来介绍测试仪的检测方法，以下暂不讨论）。
    1．微处理器集成电路的检测：微处理器集成电路的关键测试引脚是VDD电源端、RESET复位端、XIN晶振信号输入端、XOUT晶振信号输出端及其他各线输入、输出端。在路测量这些关键脚对地的电阻值和电压值，看是否与正常值（可从产品电路图或有关维修资料中查出）相同。不同型号微处理器的RESET 复位电压也不相同，有的是低电平复位，即在开机瞬间为低电平，复位后维持高电平；有的是高电平复位，即在开关瞬间为高电平，复位后维持低电平。
    2．开关电源集成电路的检测：开关电源集成电路的关键脚电压是电源端（VCC）、基准端、激励脉冲输出端、电压检测输入端、电流检测输入端。测量各引脚对地的电压值和电阻值，若与正常值相差较大，在其外围元器件正常的情况下，可以确定是该集成电路已损坏。比如常见的3842可通过测试其基准5V大致判断芯片是否损坏。有的内置大功率开关管的厚膜集成电路，还可通过测量开关管C、B、E极之间的正、反向电阻值，来判断开关管是否正常。
    3．音频功放集成电路的检测：检查音频功放集成电路时，应先检测其电源端（正电源端和负电源端）、音频输入端、音频输出端及反馈端对地的电压值和电阻值。若测得各引脚的数据值与正常值相差较大，其外围元件与正常，则是该集成电路内部损坏。对引起无声故障的音频功放集成电路，测量其电源电压正常时，可用信号干扰法来检查。测量时，万用表应置于R×1档，将红表笔接地，用黑表笔点触音频输入端，正常时扬声器中应有较强的“喀喀”声。
    4．运算放大器集成电路的检测：1.用万用表测试其输出端和反向输入端之间的阻值，如果很大如M级一般做比较器用，同向电压>反向电压，则输出电压接近正的最大值；同向电压<反向电压，则输出电压接近0V或负的最大值（视乎双电源或单电源）；如果该阻值很小一般做放大器用，根据放大器虚短的原理，就是说如果这个运算放大器工作正常的话，其同向输入端和反响输入端电压必然相等。如果有0.5V以上的差别，则放大器必坏无疑 2.用万用表直流电压档，测量运算放大器输出端与负电源端之间的电压值（在静态时电压值较高）。用手持金属镊子依次点触运算放大器的两个输入端（加入干扰信号），若万用表表针有较大幅度的摆动，则说明该运算放大器完好；若万用表表针不动，则说明运算放大器已损坏。
    5．光耦检测：简单的可以用两个万用表，一个万用表做信号激励，另外一个万用表测试输出端有无变化。也可以用信号发生器做激励，示波器采集，这样能看到量变的过程。
    【代换】
一、直接代换
    直接代换是指用其他IC不经任何改动而直接取代原来的IC，代换后不影响机器的主要性能与指标，其代换原则是：代换IC的功能、性能指标、封装形式、引脚用途、引脚序号和间隔等几方面均相同。其中IC的功能相同不仅指功能相同；还应注意逻辑极性相同，即输出输入电平极性、电压、电流幅度必须相同。性能指标是指IC 的主要电参数（或主要特性曲线）、最大耗散功率、最高工作电压、频率范围及各信号输入、输出阻抗等参数要与原IC相近。功率小的代用件要加大散热片。
    同一型号IC的代换：
    同一型号IC的代换一般是可靠的，安装集成电路时，要注意方向不要搞错，否则，通电时集成电路很可能被烧毁。.
    不同型号IC的代换：
⑴型号前缀字母相同、数字不同IC的代换。这种代换只要相互间的引脚功能完全相同，其内部电路和电参数稍有差异，也可相互直接代换。
⑵型号前缀字母不同、数字相同IC 的代换。一般情况下，前缀字母是表示生产厂家及电路的类别，前缀字母后面的数字相同，大多数可以直接代换。但也有少数，虽数字相同，但功能却完全不同。
二、非直接代换
    非直接代换是指不能进行直接代换的IC，通过 稍加修改外围电路，改变原引脚的排列或增减个别元件等，使之成为可代换的IC的方法。
    代换原则：代换所用的IC可与原来的IC引脚功能不同、外形不同，但功能要相同，特性要相近；代换后不应影响原机性能。
1.不同封装IC的代换
    相同类型的IC 芯片，但封装外形不同，代换时只要将新器件的引脚按原器件引脚的形状和排列进行整形。例如贴片的代直插的。
2.电路功能相同但个别引脚功能不同IC的代换
    代换时可根据各个型号IC的具体参数及说明进行。如电视机中的AGC、视频信号输出有正、负极性的区别，只要在输出端加接倒相器后即可代换。
3.类型相同但引脚功能不同IC的代换
    这种代换需要改变外围电路及引脚排列，因而需要一定的理论知识、完整的资料和丰富的实践经验与技巧。
4.有些空脚不应擅自接地
    内部等效电路和应用电路中有的引出脚没有标明，遇到空的引出脚时，不应擅自接地，这些引出脚为更替或备用脚，有时也作为内部连接。
5.用分立元件代换IC
    有时可用分立元件代换IC 中被损坏的部分，使其恢复功能。代换前应了解该IC 的内部功能原理、每个引出脚的正常电压、波形图及与外围元件组成电路的工作原理。同时还应考虑：
⑴信号能否从IC中取出接至外围电路的输入端：
⑵经外围电路处理后的信号，能否连接到集成电路内部的下一级去进行再处理（连接时的信号匹配应不影响其主要参数和性能）。如中放IC损坏，从典型应用电路和内部电路看，由伴音中放、鉴频以及音频放大级成，可用信号注入法找出损坏部分，若是音频放大部分损坏，则可用分立元件代替。
6.组合代换
    组合代换就是把同一型号的多块IC内部未受损的电路部分，重新组合成一块完整的IC，用以代替功能不良的IC的方法。对买不到原配IC的情况下是十分适用的。但要求所利用IC内部完好的电路一定要有接口引出脚。
    注：非直接代换关键是要查清楚互相代换的两种IC 的基本电参数、内部等效电路、各引脚的功能、IC 与外部元件之间连接关系的资料。实际操作时予以注意。
⑴集成电路引脚的编号顺序，切勿接错；
⑵为适应代换后的IC的特点，与其相连的外围电路的元件要作相应的改变；
⑶电源电压要与代换后的IC相符，如果原电路中电源电压高，应设法降压；电压低，要看代换IC能否工作。
⑷代换以后要测量IC的静态工作电流，如电流远大于正常值，则说明电路可能产生自激，这时须进行去耦、调整。若增益与原来有所差别，可调整反馈电阻阻值；
⑸代换后IC的输入、输出阻抗要与原电路相匹配；检查其驱动能力。
⑹在改动时要充分利用原电路板上的脚孔和引线,外接引线要求整齐，避免前后交叉，以便检查和防止电路自激，特别是防止高频自激;
(7)在通电前电源Vcc回路里最好再串接一直流电流表，降压电阻阻值由大到小观察集成电路总电流的变化是否正常。
    【程序芯片】

    这个我单独列出，是想再重复强调其重要性。程序芯片也分在线测试和离线测试，在线测试一般利用原有调试接口，比如JTAG接口来读写程序，需要注意的是有时间程序能读写，但是并不意味着其芯片功能OK；离线测试则是通过拆下该芯片，用编程器读写的方法。程序芯片无论好坏，拆下即做备份，切记！另外一般编程器都可以建立工程文件，尽量用工程文件去保存