DE2806160C2 - Schaltungsanordnung zum Messen von auf Leiterplatten eingelöteten Kondensatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Messen von auf Leiterplatten zusammen mit anderen Bauteilen eingelöteten Kondensatoren, insbesondere von Stützkondensatoren.

Fertig bestückte Leiterplatten weisen eine gewisse Kapazität zwischen den einzelnen Leiterbahnen auf. Insbesondere kommt diese Kapazität dadurch zustande, daß beispielsweise zwischen der spannungsführenden Leitung und der Erdleitung je nach verwendeter Technik ein oder mehrere Stützkondensatoren eingebaut sind. Diese Stützkondensatoren sind erforderlich, um beispielsweise bei schnellen Schaltern in der Umschaltphase eine zusätzliche Energie an die Bauelemente der Leiterplatte zu liefern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, mit der schnell und genau diese Kapazitäten gemessen werden können. Fehlströme, die beispielsweise durch die anderen Bauelemente bedingt sind, dürfen das Meßergebnis nicht verfälschen.

Es sind schon zahlreiche Geräte bekannt, mit denen Kapazitäten gemessen werden, beispielsweise Meßbrücken. Auf dem Umweg über eine Ladezeitmessung können sie auch berechnet werden. Alle diese Meßmethoden haben den Nachteil, daß die Einflüsse der anderen sich auf der Leiterplatte befindenden Bauelemente nicht ausgeschaltet werden können. Aus diesem Grunde beschränkte man sich bisher meistens auf eine Sichtprüfung der Leiterplatten.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kapazitätsmessung der Bauteile

in zwei Schritten vorgenommen wird, daß vor dem ersten Meßschritt mit einem Kontakt durch Kurzschließen der Kapazitäten ein definierter Ausgangszustand hergestellt ist, daß nach Beginn der Meßzeit ein anderer Kontakt eine Gleichspannungsquelle mit niedriger Meßspannung, die unter der Ansprechschwelle von Halbleiter-Bauelementen liegt, für eine von einem Zeitglied abgemessene Zeitspanne über ein integrierendes Digitalvoltmeter an die Kapazitäten anlegt, daß das Digitalvoltmeter das Strom-Zeit-Integral der Ladung

der Kapazitäten beim ersten Meßschritt mißt, daß dieses Meßergebnis in einem ersten Speicher abgelegt wird, daß in einem zweiten Meßschritt mit dem gleichen Zeitglied eine gleiche Zeitspanne abgemessen wird, während der bei geladenen Kapazitäten das Digitalvolt-

meter ebenfalls das Strom-Zeit-Integral mißt, daß, gegebenenfalls nach einer Zwischenspeicherung des zweiten Meßergebnisses, ein Subtrahierer den Differenzwert bildet, und daß dieser Differenzwert nach einer Umrechnung in Kapazitätseinheiten digital ausgegeben wird.

Dadurch, daß die Messung in zwei Schritten vorgenommen wird, wobei im ersten Schritt sämtliche Ströme in der abgemessenen Zeitspanne erfaßt werden, im zweiijn Schritt nur die Ströme bei geladenen Kondensatoren, ist das Meßergebnis ein exakter Wert der vorhandenen Kapazitäten. Alle Leckströme, Parallelwiderstände sowie sonstige Bauteile, die einen Dauerstrom zwischen den Leitern verursachen, sind durch die Subtraktion der beiden Werte eliminiert.

Selbst Nullfehler des verwendeten Digitalvoltmeters fallen bei dieser Messung heraus.

Durch die Schaffung eines definierten Ausgangszustandes mit Hilfe des einen Koniaktes werden die Kapazitäten zunächst entladen. Auf diese Weise kommt

man bei wiederholter Messung zu einem jederzeit reproduzierbaren Meßergebnis.

Dadurch, daß der die Kapazitäten kurzschließende Kontakt und der die Meßspannung anlegende Kontakt nach Beginn der Meßzeit geschaltet werden, ist die

Erfassung des gesamten Strom-Zeit-Integrals gewährleistet.

Die Messung wird mit einer geringen Meßspannung durchgeführt, die unter der Ansprechschwelle von Halbleiter-Bauelementen liegt. Dadurch ist der Einfluß von parallel zu den Kapazitäten liegenden Halbleiterbauelementen so gering, daß ihr Einfluß vernachlässigt werden kann. Darüber hinaus braucht die Polung von angeschalteten Elektroiytkondensatoren nicht berücksichtigt zu werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Ein Beispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Während in F i g. 1 eine

Schaltungsanordnung dargestellt ist, mit der die Kapazität eingebauter Kondensatoren, insbesondere von Stützkondensatoren, gemessen werden kann, zeigt Fig.2 den Verlauf der Messung und das Spiel der Kontakte in Abhängigkeit von der Zeit.

Die Gleichspannungsquelle U der F i g. 1 liefert eine niedrige Meßspannung von beispielsweise 0,2 Volt. Diese Spannungsquelle ist über ein Digitalvoltmeter D mit zwei Leiterbahnen verbunden, zwischen denen ein

oder mehrere Stützkondensatoren Or eingelötet sind.

Das Digital voltmeter D hat einen inneren Widerstand Ri, an dem der Spannungsabfall, verursacht durch den durch die Schaltungsanordnung fließenden Strom, gemessen wird. Zusätzlich ist auch noch ein Parallelwiderstand Rp vorgesehen, der, durch einen Kontakt 3 schaltbar, den Meßbereich des inicgrierenden Digitalvoltmeters D erweitert. Bei mehreren Meßbereichen sind auch mehrere derartige Parallelwiderstände vorgesehen, die je nach der Größe der zu messenden Kapazität wahlweise eingeschaltet werden.

Das Digitalvoltmeter D enthält auch noch eine Steuerung St die die Steuersignale zum Betätigen der Kontakte 1 und 2 vom Einschaltezeitpunkt des Digitalvoltmeters ableitet. Der Arbeitskontakt 1 und der Ruhekontakt 2 sind in der Regel mit Halbleiterschaltern realisiert. Ein Zeitkreis Z steuert die Dauer der einzelnen Meßvorgänge.

Im Digitalvoltmeter D sind außerdem noch Speicher 51, S 2 vorgesehen, in denen die gemessenen Werte bis zu ihrer weiteren Verwertung gespeichert werden. Außerdem ist in diesem Gerät auch noch ein Subtrahierer Sr eingebaut, mit dem zwei in den Speichern Sl, 52 abgelegte Werte voneinander subtrahiert werden können, um sie anschließend mit Hilfe einer Digitalanzeige sichtbar zu machen.

Die gesamte Messung setzt sich aus zwei Teilvorgängen zusammen, wie aus F i g. 2, Kurve m, ersichtlich ist. Beim Starten der Messung wird im Digitalvoltmeter D ein Zeitkreis Z angeworfen, der den ersten Schritt der Messung bestimmt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kontakt 2 noch geschlossen, so daß sich durch Entladen der Kapazitäten Cx ein definierter Ausgangszustand einstellt. Erst wenn dieser Zustand erreicht ist, öffnet der Kontakt 2 (Fig.2, Kurve 2). Etwa zur gleichen Zeit schließt der Kontakt 1 (Kurve 1) und vollendet damit den Stromkreis, in dem die Kapazitäten Cx durch die Meßspannungsquelle U geladen werden. Der Kontakt 1 bleibt für eine Zeitdauer geschlossen, die ein Vielfaches der Ladezeitkonstante der Kapazitäten beträgt.

Nach Ablauf der vom Zeitglied Z im Digitalvoltmeter D abgemessenen Zeit öffnet wieder der Kontakt 1. Das Strom-Zeit-Integral, das vom Digitalvoltmeter D festgestellt worden ist, wird nun in einem ersten Speicher 51 abgelegt. In diesem Meßwert ist jedoch nicht nur der Wert der Ladungsmenge der Kapazitäten Cx enthalten, sondern, weil auch noch andere Bauteile sich zwischen den Leiterhahnen befinden, auch noch der Strom durch diese Bauelemente und eventuelle Leckströme. Diese zusätzlichen Größen werden nun in einem zweiten Meßschritt festgestellt und eliminiert.
Zu diesem Zweck wird das Zeitglied Z ein zweites Mal für genau die gleiche Zeit betätigt Jetzt bleibt jedoch der Kontakt 2 geöffneL Wegen der kurzen Zeit zwischen den beiden Messungen können auch durch Leckströme die Kapazitäten Cx nicht entladen werden.

ίο Der nun während der abgemessenen Zeitdauer festgestellte zweite Strom ist folglich nur der Fehlstrom, der durch die einzelnen Schaltelemente auf der Leiterplatte bedingt ist

Dieser Wert wird nun, gegebenenfalls nach einer Zwischenspeicherung in einem zweiten Speicher 52, von dem ersten gemessenen Wert mit Hilfe des enthaltenen Subtrahierers Srabgezogen. Das so erzielte Ergebnis ist ein Maß der den Stützkondensatoren Cx zugeführten Ladung.

Diese Ladung wird daraufhin im Digitalvoltmeter D umgerechnet und über die digitale Anzeige ausgegeben. Dabei ist die Meßwertausgabe so eingerichtet daß der angezeigte Wert gleich als Kapazitätswert der Stützkondensatoren Cx abgelesen werden kann.

Es ist bisher beschrieben, daß die Speicher S1,52 der Subtrahierer Sr, die Steuereinrichtung Si und das Zeitglied Z im Digitalvoltmeter D eingebaut sind. Diese Zusatzgeräte können aber auch außerhalb des Digitalvoltmeters D, beispielsweise in einem Rechner, zusammengefaßt sein und von dort aus mit einem unveränderten, handelsüblichen integrierenden Digitalvoltmeter zusammenarbeiten.

Bei der Festlegung der Meßspannung ist darauf zu achten, daß diese unterhalb der Ansprechschwelle von Halbleiter-Bauelementen liegt, damit diese nicht durchschalten und auf diese Weise zusätzliche Querströme hervorrufen. Außerdem braucht bei der Anschaltung des beschriebenen Kapazitätsmessers nicht auf die Polarität der angeschlossenen Kondensatoren geachtet zu werden, weil bei einer so geringen Spannung auch Elektrolytkondensatoren weder zerstört noch sonstwie beeinträchtigt werden.

In besonderen Fällen kann auf die zweite Messung verzichtet werden. Außerdem ist durch die Dimensionierung des Meßkreises eine direkte Anzeige der Kapazität sowohl im Ein- und Zweischritt-Meßverfahren möglich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   3. Schaltungsanordnung zum Messen von auf Leiterplatten zusammen mit anderen Bauteilen eingelöteten Kondensatoren, insbesondere von Stützkondensatoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitätsmessung der Bauteile in zwei Schritten vorgenommen wird, daß vor dem ersten Meßschritt mit einem Kontakt (2) durch Kurzschließen der Kapazitäten (Cx) ein definierter Ausgangszustand hergestellt ist, daß nach Beginn der Meßzeit ein anderer Kontakt (1) eine Gleichspannungsquelle (U) mit niedriger Meßspannung (0,2 V), die unter der Ansprechschwelle von Halbleiter-Bauelementen liegt, für eine von einem Zeitglied ^abgemessene Zeitspanne über ein integrierendes Digitalvoltmeter (D) an die Kapazitäten (Cx) anlegt, daß das Digitalvoltmeter (D) das Stfom-Z«it-Integral der Ladung der Kapazitäten (Cx) beim ersten Meßschritt mißt, daß dieses Meßergebnis in einem ersten Speicher (Sl) abgelegt wird, daß in einem zweiten Meßschritt mit dem gleichen Zeitglied (Z) eine gleiche Zeitspanne abgemessen wird, während der bei geladenen Kapazitäten (Cx) das Digitalvoltmeter (D) ebenfalls das Strom-Zeit-Integral mißt, daß, gegebenenfalls nach einer Zwischenspeicherung (S2) des zweiten Meßergebnisses, ein Subtrahierer (Sr) den Differenzwert bildet, und das dieser Differenzwert nach einer Umrechnung in Kapazitätseinheiten digital ausgegeben wird.

   2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Zeitglied ^abgemessene Zeitspanne um ein Mehrfaches größer ist als die Ladezeitkonstante der Kapazitäten (Cx)

   3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (1, 2) mit Halbleiterschaltern realisiert sind.