未知电路板原理图测绘系统的设计与实现

近年来，我国引进了大量先进的仪器设备，这些设备系统庞大、结构复杂、集成度高。经过多年的使用，这些设备在维护修理、备件保障方面遇到了极大的困难。由于不是技术引进，几乎没有任何关于设备的技术资料，无法获得电子备件的电路原理图，所以对未知(无电路原理图)电路板电路原理图的测绘，对于电子备件尤其是军工产品的反设计具有重要意义。
1 基本原理
　　要完成对未知电子备件的反设计，必须首先获知该备件的连线表，然后才能依据元器件数据库的相关知识绘制出原电路原理图，进而通过技术分析和设计形成替代方案，实现反设计。对未知电路板的测绘所使用的常用办法主要有如下两种：
　　(1)用万用表的欧姆档，对印制电路板上的各外露焊点和元器件管脚进行连接测试，即首先测量第一个焊点(或管脚)和第二、第三个焊点(或管脚)之间的电阻，直至测量完所有焊点和管脚，从而得到第一个焊点或管脚在电路板上的连接图。用同样的方法，再测第二个焊点(或管脚)与第三、第四个焊点(或管脚)之间的电阻，直至测量完所有焊点和管脚，得到第二个焊点或管脚在电路板上的连接图。依次类推，可以得到电路板上各焊点和元器件管脚的连接关系(即网络图)。这种方法虽然能够得到电路板的网络图，但十分繁琐、效率低、差错率也高，因此应开发自动测绘设备。
　　(2)采用固定针床的办法进行测绘，对于每种电路板设计专门的测试针床，将专用针床与被测电路板的所有接点可靠接触，在计算机测试软件的控制下，通过专门的通道控制器可在较短时间内完成测试工作，而且能完成对多层电路板的测绘。但这种方式要求为每种被测对象设计一个专门的针床和测试软件，投入成本高、周期长。
　　综合以上两种方法的优点，根据常用的通路电阻测试法，设计了“柔性针床网络图测绘系统”，实现了灵活高效的测绘。连线表测试完成后，借助专门建立的器件数据库，通过人工干预的方式即可完成电路原理图的绘制工作。
2 系统硬件设计
2.1 系统总体结构
　　该系统由计算机、开关矩阵、柔性针床阵列和被测备件组成，其结构见图1。其中，柔性针床阵列通过柔性针与电路板上的所有节点可靠连接，开关矩阵实现通道的自动切换或顺序切换，柔性针床宽度仅能够覆盖一个电子芯片，这样通过多个针床，即可覆盖整个待测电路板。

测试时将电路板水平固定，在电路板上方和下方间距为2至3厘米处水平固定柔性针床，柔性针床的一面有密集分布的焊点，这些焊点通过长短可变的弹性探针与被测电路板一面上的外露焊点或元器件管脚相连。柔性针床的另一面由连线将各焊点与开关矩阵相连，电路板的另一面也进行相同的操作，从而将电路板的外露焊点或元器件管脚引到柔性针床上，通过计算机对开关矩阵进行控制，实现柔性针床上各节点之间的连接关系的自动测试。
2.2 测试电路结构组成