Недавно наш постоянный и любимый автор Ник Корнфорд предложил нам интересную и оригинальную конструкцию акустического интерфейса для измерителя сверхнизких сопротивлений, позволяющего по звуку обнаруживать дефекты печатных плат: «Мелодичная проверка дорожек» [1].
Конструкция на Рисунке 1 беззастенчиво копирует концепцию Корнфорда. Она расширяет диапазон измерения сопротивлений на несколько порядков, охватывая шкалу от единиц миллиом до сотен ом. Это добавляет дополнительную универсальность для обнаружения ложных соединений как на платах с компонентами, так и на платах с короткими замыканиями во внутренних слоях земли. Вот как это работает.
 | |
| Рисунок 1. | Частота звукового сигнала миллиомметра линейно зависит от сопротивления в пределах нескольких порядков его величины. |
Ток возбуждения 50 мА подается на тестируемую печатную плату через резистор R5, соединенный с контактами A (источник) и B (подключение Кельвина и возврат тока). Диод D1 ограничивает максимальное прикладываемое напряжение до уровня порядка 700 мВ. Это предотвращает (потенциально разрушительное) прямое смещение компонентов на смонтированных платах в случае неожиданного исчезновения обнаруженного короткого замыкания.
Возвратный путь тока состоит из (приблизительно) известного сопротивления (44 мОм) отрезка медного провода диаметром 0.5 мм длиной 104 см. Результирующее падение напряжения 44 мОм × 0.05 А, равное примерно 2 мВ, обеспечивает нулевое опорное напряжение для усилителя тока A1a. Подробнее мы обсудим это чуть позже.
Сигнал напряжения щупа преобразуется в ток с помощью транскондуктивного усилителя Q1/A1a, соответствующей резисторной цепи и переключателя выбора диапазонов S1. Резистор R6 обеспечивает защиту входа усилителя A1 от статических разрядов, внося смещение всего в несколько микровольт благодаря пикоамперному входному току A1. Переключатель S1 предназначен для выбора одного из двух диапазонов частот/сопротивлений: 100 Гц/Ом или 10 кГц/Ом.
Процесс обнаружения короткого замыкания заключается в перемещении щупа C вдоль проблемного участка печатной платы с прослушиванием получаемого звукового сигнала. Частота увеличивается или уменьшается в зависимости от сопротивления между контактом щупа и контактом Кельвина B. Максимальное разрешение достигается при быстром первоначальном обнулении напряжения смещения с помощью регулировки потенциометра R1 «Ноль». Он обеспечивает регулировку входного смещения в пределах ±2 мВ для компенсации смещения операционного усилителя и получения выходного сигнала с нулевой частотой (или близкой к нулю), когда щуп C удерживается в точке ввода возбуждающего тока в тестируемую печатную плату. Конечно, при такой низкой частоте колебаний вы не услышите реальную частоту основной гармоники, а только (раздражающее) жужжание нарастающих и спадающих фронтов прямоугольных импульсов.
Сам генератор треугольных/прямоугольных импульсов (более или менее симметричных) на усилителе A1b построен на основе двустороннего токового зеркала, включающего элементы Q2, Q3 и D2, как описано в более ранней статье «Двустороннее зеркало – то есть, токовое зеркало» [2].
Зеркало подает ток во времязадающий конденсатор C1, линейно увеличивая напряжение на нем при высоком уровне на выводе 7 усилителя A1b, и забирает ток при низком, уменьшая напряжение. Получающиеся треугольные импульсы размахом 1 В на конденсаторе C1 и прямоугольные импульсы на выводе 7 приблизительно симметричны.
Их фактическая частота может находиться в диапазонах от дозвуковой до ультразвуковой, но, конечно же (по определению), ни один из этих диапазонов не передаст вашему уху много информации. В этом и заключается полезность переключателя диапазонов S1.