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改進(jìn)電路設(shè)計(jì)規(guī)程提高可測(cè)試性

發(fā)布時(shí)間:2011-10-26

中心議題:
  • 改進(jìn)電路設(shè)計(jì)規(guī)程提高可測(cè)試性
  • 分析良好的可測(cè)試性的機(jī)械接觸條件
解決方案:
  • 通過(guò)遵守規(guī)程可減少生產(chǎn)測(cè)試的費(fèi)用
  • 采用新的測(cè)試方法和采用創(chuàng)新性適配器解決方案

隨著微型化程度不斷提高,元件和布線技術(shù)也取得巨大發(fā)展,例如BGA外殼封裝的高集成度的微型IC,以及導(dǎo)體之間的絕緣間距縮小到0.5mm,這些僅是其中的兩個(gè)例子。電子元件的布線設(shè)計(jì)方式,對(duì)以后制作流程中的測(cè)試能否很好進(jìn)行,影響越來(lái)越大。下面介紹幾種重要規(guī)則及實(shí)用提示。

通過(guò)遵守一定的規(guī)程(DFT-Design for Testability,可測(cè)試的設(shè)計(jì)),可以大大減少生產(chǎn)測(cè)試的準(zhǔn)備和實(shí)施費(fèi)用。這些規(guī)程已經(jīng)過(guò)多年發(fā)展,當(dāng)然,若采用新的生產(chǎn)技術(shù)和元件技術(shù),它們也要相應(yīng)的擴(kuò)展和適應(yīng)。隨著電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸越來(lái)越小,目前出現(xiàn)了兩個(gè)特別引人注目的問(wèn)題:一是可接觸的電路節(jié)點(diǎn)越來(lái)越少;二是像在線測(cè)試(In-Circuit-Test)這些方法的應(yīng)用受到限制。為了解決這些問(wèn)題,可以在電路布局上采取相應(yīng)的措施,采用新的測(cè)試方法和采用創(chuàng)新性適配器解決方案。第二個(gè)問(wèn)題的解決還涉及到使原來(lái)作為獨(dú)立工序使用的測(cè)試系統(tǒng)承擔(dān)附加任務(wù)。這些任務(wù)包括通過(guò)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)器組件進(jìn)行編程或者實(shí)行集成化的元器件自測(cè)試(Built-in Self Test,BIST,內(nèi)建的自測(cè)試)。將這些步驟轉(zhuǎn)移到測(cè)試系統(tǒng)中去,總起來(lái)看,還是創(chuàng)造了更多的附加價(jià)值。為了順利地實(shí)施這些措施,在產(chǎn)品科研開(kāi)發(fā)階段,就必須有相應(yīng)的考慮。

1、什么是可測(cè)試性

可測(cè)試性的意義可理解為:測(cè)試工程師可以用盡可能簡(jiǎn)單的方法來(lái)檢測(cè)某種元件的特性,看它能否滿足預(yù)期的功能。簡(jiǎn)單地講就是:
  • 檢測(cè)產(chǎn)品是否符合技術(shù)規(guī)范的方法簡(jiǎn)單化到什么程度?
  • 編制測(cè)試程序能快到什么程度?
  • 發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品故障全面化到什么程度?
  • 接入測(cè)試點(diǎn)的方法簡(jiǎn)單化到什么程度?

為了達(dá)到良好的可測(cè)試必須考慮機(jī)械方面和電氣方面的設(shè)計(jì)規(guī)程。當(dāng)然,要達(dá)到最佳的可測(cè)試性,需要付出一定代價(jià),但對(duì)整個(gè)工藝流程來(lái)說(shuō),它具有一系列的好處,因此是產(chǎn)品能否成功生產(chǎn)的重要前提。

2、為什么要發(fā)展測(cè)試友好技術(shù)


過(guò)去,若某一產(chǎn)品在上一測(cè)試點(diǎn)不能測(cè)試,那么這個(gè)問(wèn)題就被簡(jiǎn)單地推移到直一個(gè)測(cè)試點(diǎn)上去。如果產(chǎn)品缺陷在生產(chǎn)測(cè)試中不能發(fā)現(xiàn),則此缺陷的識(shí)別與診斷也會(huì)簡(jiǎn)單地被推移到功能和系統(tǒng)測(cè)試中去。

相反地,今天人們?cè)噲D盡可能提前發(fā)現(xiàn)缺陷,它的好處不僅僅是成本低,更重要的是今天的產(chǎn)品非常復(fù)雜,某些制造缺陷在功能測(cè)試中可能根本檢查不出來(lái)。例如某些要預(yù)先裝軟件或編程的元件,就存在這樣的問(wèn)題。(如快閃存儲(chǔ)器或ISPs:In-System Programmable Devices系統(tǒng)內(nèi)可編程器件)。這些元件的編程必須在研制開(kāi)發(fā)階段就計(jì)劃好,而測(cè)試系統(tǒng)也必須掌握這種編程。

測(cè)試友好的電路設(shè)計(jì)要費(fèi)一些錢(qián),然而,測(cè)試?yán)щy的電路設(shè)計(jì)費(fèi)的錢(qián)會(huì)更多。測(cè)試本身是有成本的,測(cè)試成本隨著測(cè)試級(jí)數(shù)的增加而加大;從在線測(cè)試到功能測(cè)試以及系統(tǒng)測(cè)試,測(cè)試費(fèi)用越來(lái)越大。如果跳過(guò)其中一項(xiàng)測(cè)試,所耗費(fèi)用甚至?xí)?。一般的?guī)則是每增加一級(jí)測(cè)試費(fèi)用的增加系數(shù)是10倍。通過(guò)測(cè)試友好的電路設(shè)計(jì),可以及早發(fā)現(xiàn)故障,從而使測(cè)試友好的電路設(shè)計(jì)所費(fèi)的錢(qián)迅速地得到補(bǔ)償。

3、文件資料怎樣影響可測(cè)試性


只有充分利用元件開(kāi)發(fā)中完整的數(shù)據(jù)資料,才有可能編制出能全面發(fā)現(xiàn)故障的測(cè)試程序。在許多情況下,開(kāi)發(fā)部門(mén)和測(cè)試部門(mén)之間的密切合作是必要的。文件資料對(duì)測(cè)試工程師了解元件功能,制定測(cè)試戰(zhàn)略,有無(wú)可爭(zhēng)議的影響。

為了繞開(kāi)缺乏文件和不甚了解元件功能所產(chǎn)生的問(wèn)題,測(cè)試系統(tǒng)制造商可以依靠軟件工具,這些工具按照隨機(jī)原則自動(dòng)產(chǎn)生測(cè)試模式,或者依靠非矢量相比,非矢量方法只能算作一種權(quán)宜的解決辦法。
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測(cè)試前的完整的文件資料包括零件表,電路設(shè)計(jì)圖數(shù)據(jù)(主要是CAD數(shù)據(jù))以及有關(guān)務(wù)元件功能的詳細(xì)資料(如數(shù)據(jù)表)。只有掌握了所有信息,才可能編制測(cè)試矢量,定義元件失效樣式或進(jìn)行一定的預(yù)調(diào)整。

某些機(jī)械方面的數(shù)據(jù)也是重要的,例如那些為了檢查組件的焊接是否良好及定位是否所需要的數(shù)據(jù)。最后,對(duì)于可編程的元件,如快閃存儲(chǔ)器,PLD、FPGA等,如果不是在最后安裝時(shí)才編程,是在測(cè)試系統(tǒng)上就應(yīng)編好程序的話,也必須知道各自的編程數(shù)據(jù)??扉W元件的編程數(shù)據(jù)應(yīng)完整無(wú)缺。如快閃芯片含16Mbit的數(shù)據(jù),就應(yīng)該可以用到16Mbit,這樣可以防止誤解和避免地址沖突。例如,如果用一個(gè)4Mbit存儲(chǔ)器向一個(gè)元件僅僅提供300Kbit數(shù)據(jù),就可能出現(xiàn)這種情況。當(dāng)然數(shù)據(jù)應(yīng)準(zhǔn)備成流行的標(biāo)準(zhǔn)格式,如Intel公司的Hex或Motorola公司的S記錄結(jié)構(gòu)等。大多數(shù)測(cè)試系統(tǒng),只要能夠?qū)扉W或ISP元件進(jìn)行編程,是可以解讀這些格式的。前面所提到的許多信息,其中許多也是元件制造所必須的。當(dāng)然,在可制造性和可測(cè)試性之間應(yīng)明確區(qū)別,因?yàn)檫@是完全不同的概念,從而構(gòu)成不同的前提。

4、良好的可測(cè)試性的機(jī)械接觸條件

如果不考慮機(jī)械方面的基本規(guī)則,即使在電氣方面具有非常良好的可測(cè)試性的電路,也可能難以測(cè)試。許多因素會(huì)限制電氣的可測(cè)試性。如果測(cè)試點(diǎn)不夠或太小,探針床適配器就難以接觸到電路的每個(gè)節(jié)點(diǎn)。如果測(cè)試點(diǎn)位置誤差和尺寸誤差太大,就會(huì)產(chǎn)生測(cè)試重復(fù)性不好的問(wèn)題。在使用探針床配器時(shí),應(yīng)留意一系列有關(guān)套牢孔與測(cè)試點(diǎn)的大小和定位的建議

5、最佳可測(cè)試性的電氣前提條件

電氣前提條件對(duì)良好的可測(cè)試性,和機(jī)械接觸條件一樣重要,兩者缺一不可。一個(gè)門(mén)電路不能進(jìn)行測(cè)試,原因可能是無(wú)法通過(guò)測(cè)試點(diǎn)接觸到啟動(dòng)輸入端,也可能是啟動(dòng)輸入端處在封裝殼內(nèi),外部無(wú)法接觸,在原則上這兩情況同樣都是不好的,都使測(cè)試無(wú)法進(jìn)行。在設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)該注意,凡是要用在線測(cè)試法檢測(cè)的元件,都應(yīng)該具備某種機(jī)理,使各個(gè)元件能夠在電氣上絕緣起來(lái)。這種機(jī)理可以借助于禁止輸入端來(lái)實(shí)現(xiàn),它可以將元件的輸出端控制在靜態(tài)的高歐姆狀態(tài)。

雖然幾乎所有的測(cè)試系統(tǒng)都能夠逆驅(qū)動(dòng)(Backdriving)方式將某一節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)帶到任意狀態(tài),但是所涉及的節(jié)點(diǎn)最好還是要備有禁止輸入端,首先將此節(jié)點(diǎn)帶到高歐姆狀態(tài),然后再“平緩地”加上相應(yīng)的電平。

同樣,節(jié)拍發(fā)生器總是通過(guò)啟動(dòng)引線,門(mén)電路或插接電橋從振蕩器后面直接斷開(kāi)。啟動(dòng)輸入端決不可直接與電路相連,而是通過(guò)100歐姆的電阻與電路連接。每個(gè)元件應(yīng)有自己的啟動(dòng),復(fù)位或控制引線腳。必須避免許多元件的啟動(dòng)輸入端共用一個(gè)電阻與電路相連。這條規(guī)則對(duì)于ASIC元件也適用,這些元件也應(yīng)有一個(gè)引線腳,通過(guò)它,可將輸出端帶到高歐姆狀態(tài)。如果元件在接通工作電壓時(shí)可實(shí)行復(fù)位,這對(duì)于由測(cè)試器來(lái)引發(fā)復(fù)位也是非常有幫助的。在這種情況下,元件在測(cè)試前就可以簡(jiǎn)單地置于規(guī)定的狀態(tài)。

不用的元件引線腳同樣也應(yīng)該是可接觸的,因?yàn)樵谶@些地方未發(fā)現(xiàn)的短路也可能造成元件故障。此外,不用的門(mén)電路往往在以后會(huì)被利用于設(shè)計(jì)改進(jìn),它們可能會(huì)改接到電路中來(lái)。所以同樣重要的是,它們從一開(kāi)始就應(yīng)經(jīng)過(guò)測(cè)試,以保證其工件可靠。
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