某型产品接收通道数据异常故障分析

郑乙

摘要：某型产品自导系统在进行陆上验收试验时，出现发射通道、接收通道自检故障。故障发生后，在试验现场通过交叉置换的方法，故障定位于电子装置组件。另一套产品在陆上验收试验时曾报相似故障，两次故障现象相似，对故障原因一并进行分析。本文通过对产品故障分析并对工艺进行改进及验证，自导系统陆上验收试验前视接收第14通道接收信号异常故障定位是：接收装置BAS16H二极管失效，由于组件检测设备的检测方法与产品实际情况存在一定差异，未能检测出该故障，从而造成自导系统陆上验收试验时，发现前视接收第14通道接收幅度低。目前共生产接收装置生产100多套，使用该型号二极管5000余只，只发生2次此类故障，为小概率个例问题。

关键词：产品故障分析；数据异常；验收试验

0引言

某型产品自导系统在进行自导系统陆上验收试验时，出现发射通道、接收通道自检故障。进行故障排查时，前视接收通道第14通道接收信号输出异常，该通道信号幅度明显小于其它通道。本文通过对产品故障分析并对工艺进行改进及验证。某型产品自导系统在进行自导系统陆上验收试验时，出现发射通道、接收通道自检故障。故障发生后，在试验现场通过交叉置换的方法，故障定位于电子装置组件。另一套产品在陆上验收试验时曾报相似故障，两次故障现象相似，对故障原因一并进行分析。

1故障排查

1.1产品组成及分析

某型产品声学装置由声学基阵、减震器、匹配器、电缆组成；电子装置（以下简称32组件）由321发射机、322发射机、323接收装置（以下简称323组件）、32W1电缆、YMA-EMI滤波器组成。本套产品故障为接收通道故障，故障相关组、部件为：323接收装置、32W1电缆。

接收信号在产品中传输流程示意如图1。从图示可见，声学基阵接收到的信号经过匹配器，再通过31W1电缆传送到32W1电缆，再由32W1电缆传送到接收装置。产品返厂后首先对32组件接收信号输入端XP304接插件进行排查，测量XP304接插件前视接收第14通道信号正负端（XP304：46、47）电阻值，测试值为1.49kΩ，其它通道阻值为49.3kΩ～49.8kΩ，存在较大差异。根据接收通道电阻值测量结果分析，接收第14通道阻值异常可能与故障相关。

图 1接收信号传输流程示意图

1.2建立故障树

根据故障分析情况，建立自导系统陆上验收试验前视接收第14通道接收信号异常故障树，见图2。

图 2自导系统陆上验收试验接收第14通道接收信号异常故障树

从故障树分析，底事件X1～X3可引起自导系统陆上验收试验接收第14通道接收信号异常故障。

X1: 声学装置组件接收第14通道故障，会导致自导系统陆上验收试验接收第14通道接收信号异常故障；

X2: 32W1电缆接收第14通道正负间短路桥连或短路，会导致自导系统陆上验收试验接收第14通道接收信号异常故障；

X3: 323接收装置接收第14通道相关器件失效，会导致自导系统陆上验收试验接收第14通道接收信号异常故障。

1.3故障排查定位

故障发生时，在故障现场通过与合格产品进行交叉置换办法，排除了声学装置组件；该套声学装置返厂后进行了测试，正常。因此，底事件X1可以排除。

从32组件中分解出32W1电缆，使用万用表测量32W1电缆XP304接插件56、57针（前视接收第14通道）之间电阻值，阻值为∞，分别测量32W1电缆XP304接插件56、57针对应导线的连通性，均正常，可以排除底事件X2。

从32组件中分解出323组件，使用接收装置检查台对323组件进行测试，测试结果符合323组件技术指标。使用万用表测量323组件XP310接插件25、66针（前视接收第14通道）之间电阻值，阻值为1.49kΩ，其它通道电阻值为49.5 kΩ左右。进一步分解323组件，排查323组件相关电路，发现323组件接收第14通道D12二极管（BAS16H）失效，见图3,，该二极管正、反向阻值均为1.49kΩ，无二极管单向导通特性。因此，底事件X3不能排除。

通过以上排查，初步确定底事件X3，即二极管（BAS16H）失效，可能导致自导系统陆上验收试验接收第14通道接收信号异常。失效二极管与另一套故障产品失效器件型号相同，另一套故障产品失效器件为其配套323组件接收第17通道D1二极管（BAS16H），更换失效二极管后，陆上验收试验合格，故障排除。

图3 323组件失效二极管电路板

2 故障机理分析

图4自导系统接收通道电路示意图

接收通道电路示意图如图4所示，前视接收通道中，两只开关二极管反向并联，当二极管D12失效呈1.49 kΩ电阻特性时，接收电路的输入特性发生了变化。在正常的接收电路中，两个二极管并联有两个作用，一是起到双向限幅作用，防止过大的信号进入接收电路；二是由于接收的信号远小于二极管的导通电压，输入信号进入接收电路时，两个二极管处于未导通状态，相当于开路状态，因此，接收电路的输入阻抗取决于接收模块的输入阻抗。当二极管D12失效呈1.49 kΩ电阻时，对输入信号来说，输入阻抗就等于1.49 kΩ。接收机接收的信号来自于声学装置的换能器单元，换能器单元接收的声信号功率非常小，所以，输送给接收机的信号本身就很微弱。假设换能器能够输出的信号功率为P，正常时信号的电压值为V1，对应输入阻抗Ｒ１＝４９．５ｋΩ。故障时接收信号的电压为Ｖ２，对应输入阻抗Ｒ２＝１．４９k

Ω。根据电功率式（１）

   （１）

可得：

         （２）

将式（２）变换整理可得

       （３）

给式（３）代入具体数值可得

说明该故障通道的输出电压只有正常值的０．１７倍。由于接收电路本身就是电压值的比例放大电路，当输入信号的电压只有正常值的０．１７倍时，接收电路的输出电压值也只有正常输出值的０．１７倍。这个计算结果与实际测试结果基本相符，能够解释对应故障现象。

该套产品故障返厂后，使用接收装置检查台按技术条件要求对其进行测试，测试结果合格。该套产品用组件检测台测试时不能发现故障，是因为换能器是无源器件，通过声压转换过来的电信号功率非常微小，而检测台是用有源集成板卡模拟换能器的电信号，电信号的幅度是程序设定的，有源集成板卡所具有输出电功率的能力是换能器的几十倍甚至上百倍，因此，即使接收机的输入阻抗降低，板卡还是能够保持输出电压稳定不变。对接收机来说，输入电压只要不变，输出电压也就不变，所以，检查台测试时，很难发现此类故障。

3 二极管失效分析

失效二极管型号为BAS16H，质量等级A5，生产厂家为xxx厂，封装为SOD323(1.8mm×1.4 mm× 1.1mm)，定位故障后对故障部位外观进行检查，未发现外观有肉眼可见明显异常。将该二极管（D12）和故障失效二极管（D1）一并送航天半导体器件失效分析中心进行失效分析，失效二极管（D1、D12）外观立体放大形貌见图5、图6所示。分析报告结果是“由于引入异常过电应力（包括静电应力）损伤所致”。

图5失效二极管（D1）外观立体放大形貌

图6失效二极管（D12）外观立体放大形貌

在整个产品测试过程中，接收通道信号来自换能器，接收通道信号为mV级信号，BAS16H二极管反向击穿电压最小值为75V，不会造成二极管击穿失效情况。故障发生后通过对声学装置、电子装置进行交叉置换及排查，除发现该二极管失效外，未发现其它组部件、元器件有异常现象，因此排除产品本身其它组件故障导致该二极管失效的可能。

对323接收装置测试过程进行排查，323接收装置调试使用某型产品接收装置检查台，故障发生后对检查台进行排查，未发现异常现象，后续生产过程中的几百套次测试，也未发现有BAS16H二极管失效现象，因此基本可以排除检测设备故障导致该二极管失效的可能。

生产过程中，323接收装置组件调试合格后装配成32电子装置组件。对32组件测试过程进行排查，323组件配套装配成32组件后，只针对产品连通、绝缘等性能进行测试检查，对产品接收、发射等性能指标不做测试。在进行绝缘测试时，只针对发射80V电源部分进行250V下对壳绝缘测试，且80V电源信号在接插件XP11，前视接收通道在接插件XP304,两者相距较远。所有测试项目与接收通道不相关，不会引入异常电应力，因此排除32电子装置组件测试过程导致该二极管失效的可能。32电子装置组件测试合格后，配套31声学装置组件，进行自导系统陆上验收试验，不做其他调试。

将两套故障产品进行对比，2021-079#产品失效器件为D12，2021-075#产品失效器件为D1，两次失效二极管在电路中一个为正向连接，一个为负向连接，见图7。两次失效的二极管所处的接收通道不同，两个失效的二极管方向不同，根据这一特点，可以排除产品某一特定电路或结构特性引起二极管失效的可能性。

图7自两次失效二极管电路对比图

对该BAS16H二极管入厂验收及二次筛选情况进行了排查。失效二极管批次号为G2011395，数量4800只，该批次二极管入厂合格率100%，二筛合格率100%。因此，基本可以排除BAS16H二极管本身质量问题。

排除产品使用、测试及器件本身因素导致二极管失效的可能后，工厂再次对产品的装调过程进行了仔细排查，调查产品生产过程中是否存在异常情况。经排查，本批次323组件在单板调试过程中曾发现个别BAS16H二极管一端翘起现象，并对其进行手工二次补焊。在手工补焊的过程中，若防静电措施采取不到位，可能对该二极管造成静电损伤。人体静电可达几万伏，根据BAS16H二极管生产厂家xxx厂产品手册，BAS16H二极管静电敏感电压为4000V，即超过4000V以上的电压可能会对其造成损伤。因此不排除该二极管在补焊时就已经因静电因素造成内部损伤。由于接收装置在调试所有环节均不能检测到该故障，直到流转到至自导系统陆上验收试验，才暴露该故障。

4故障复现

在该套323-02前视预处理板D12位置焊接一个1.5kΩ电阻，模拟失效状态下的BAS16H二极管，装配成323组件后，在323组件XP110接插件对前视接收第14通道电阻值进行测试，测试值为1.5kΩ，323组件测试功能仍然正常，故障复现。

装配成32组件，在32组件XP304接插件, 对接收第14通道电阻值进行测试，测试值为1.5kΩ，故障复现。

5 采取措施及验证

5.1采取措施

对故障产品进行返工，更换D12二极管，对接收装置重新进行调试，调试合格后交验。

5.2工艺改进

1）在323-02预处理板装配工艺中增加两项措施：

①二极管如需进行二次补焊，需领取新器件进行焊接。补焊时严格按照防静电措施进行,并且在后续周转过程中严格遵守防静电要求。

②对前视24个接收通道电阻值测试要求，应为47kΩ≤测试值≤52 kΩ。

2）在323接收装置调试工艺中增加对前视24个接收通道电阻值测试要求，应为47kΩ≤测试值≤52 kΩ。

5.3措施验证情况

使用故障产品进行验证。该产品配套323组件接收第17通道D1二极管（BAS16H），更换失效二极管后，在 323-02前视预处理板测试前视接收第17通道电阻值为49.5 kΩ，在 323接收装置测试接收第17通道电阻值为49.5 kΩ，按照323接收装置调试工艺中测试合格，陆上验收试验合格，故障排除。本次故障与故障产品现象相同，失效器件型号相同，可以验证故障定位及处理措施有效。

6 举一反三情况

1）由于该故障能够在自导系统陆上验收试验得到检测，因此，已完成自导系统陆上验收试验的电子装置无需进行检查。

2）批产产品，属于逐台交验，性能均合格，未发现该类问题对性能的影响。后续结合产品修理过程对所有接收通道电阻值进行测试检查。

7在制品处理

1) 对调试合格的、未完成自导系统陆上验收试验的电子装置进行接收通道电阻值测试检查。

2) 对调试合格的、未装配成电子装置的接收装置组件进行接收通道电阻值测试检查。

3) 对调试合格的323-02接收预处理板进行接收通道电阻值测试检查。

4) 已完成自导系统陆上验收试验的电子装置无需进行检查。

5)批产产品，后续结合产品大修过程对前视24个接收通道电阻值进行测试检查。

备注： 1）、2）、3）工作已完成，未再发现接收通道二极管失效现象。

8结束语

自导系统陆上验收试验前视接收第14通道接收信号异常故障定位是：接收装置BAS16H二极管失效，由于组件检测设备的检测方法与产品实际情况存在一定差异，未能检测出该故障，从而造成自导系统陆上验收试验时，发现接收第14通道接收幅度低。目前共生产接收装置生产100多套，使用该型号二极管5000余只，只发生2次此类故障，为小概率个例问题。

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