解決ICT測(cè)試的受限接觸點(diǎn)問(wèn)題
傳統(tǒng)模擬在電路技術(shù)通常用于判斷組裝 PCB 是否有缺陷。這些缺陷包括短路、器件立起、或者器件放置錯(cuò)誤。模擬在電路測(cè)試 (ICT) 的功能就是藉由自動(dòng)測(cè)試程序 (ATPG) 生成錯(cuò)誤器件糾正報(bào)告。自從 1972 年起，這種測(cè)試方法就成為無(wú)源器件測(cè)試的根本方法，但現(xiàn)在這些方法正受到電子器件封裝改變而帶來(lái)的威脅。
現(xiàn)今所用無(wú)源 SMD 的最小尺寸已達(dá) 0.5mm×1mm ，表面黏著器件又在器件底部隱藏了節(jié)點(diǎn)，硅片封裝已經(jīng)邁向細(xì)間距、超細(xì)間距和 BGA ，而 500 至 750 腳的封裝也已出現(xiàn)。
采用 SMD ，就沒(méi)有可以用來(lái)探測(cè)的器件引腳。探測(cè)只有藉由過(guò)孔來(lái)進(jìn)行，而通常線路板兩面都需要探測(cè)。如果在電路節(jié)點(diǎn)上找不到過(guò)孔，就要人為增加測(cè)試點(diǎn)。但現(xiàn)今開(kāi)發(fā)者既面臨巨大的“盡快上市”壓力，同時(shí)器件可能比測(cè)試點(diǎn)還要小。因此可測(cè)試性設(shè)計(jì) (DFT) 常常被拋在一邊，既便有測(cè)試點(diǎn)，也很少會(huì)加上。
PCB 上的線徑一般為 0.1mm 寬，過(guò)孔則“埋在”內(nèi)層里，根本沒(méi)有接觸的可能。此外，探針的尺寸并不隨著與其接觸的焊盤尺寸的縮小而成比例縮小。焊盤已由 1mm 縮至 0.1mm ，而相臨探針的中心點(diǎn)間距已從 2.54mm 降至 1.27mm ，僅縮小了一半。
傳統(tǒng)的 ICT
模擬在電路測(cè)試的基本技術(shù)是藉由受測(cè)器件 (DUT) 的一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)施加電壓，而在該器件的另一節(jié)點(diǎn)上測(cè)量電流 ( 圖 1) 。
圖 1 ：可接觸節(jié)點(diǎn)的減少意味著將無(wú)法采用傳統(tǒng) ICT 技術(shù)測(cè)試與其相連的所有分支。
假設(shè)電壓源 Vs 為理想電壓源，并且可以供應(yīng) Zs 和 Zx 所需的足夠電流；同時(shí)假定測(cè)量電流的 Im 是一個(gè)理想電流表，其插入損耗為零。所用的電流表常采用運(yùn)算放大器的形式。設(shè) Zi 兩端的電壓為 0 ， Zi 也沒(méi)有電流流過(guò)，則 Zx 的值為：
Zx=Vs/Im
如果節(jié)點(diǎn) A 無(wú)法接觸，那么就不能從 Vs 提供電流。如果電壓源施加于相鄰節(jié)點(diǎn)上， A 點(diǎn)的電壓就無(wú)從知道，上面關(guān)于 Zx 的計(jì)算也就不可能了。
與此類似，如果節(jié)點(diǎn) B 無(wú)法接觸，也就不能夠斷定流過(guò) Zx 的電流。在相鄰節(jié)點(diǎn)測(cè)量電流會(huì)使流過(guò) Zi 的電流不為 0 ，從而導(dǎo)致電流測(cè)量不準(zhǔn)確。最后，如果保護(hù)節(jié)點(diǎn)也不能接觸到，則在 Zx 兩端會(huì)有一等效阻抗，改變了公式 1 的計(jì)算。因此，在電路中漏掉任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)使得該器件無(wú)法測(cè)試。
受限接觸測(cè)試技術(shù)
模擬 ICT 的主要優(yōu)點(diǎn)是 ATPG 、診斷準(zhǔn)確。如果滿足下面兩種條件，這些優(yōu)點(diǎn)在接觸受到限制時(shí)也可以保留下來(lái)。第一，先從小激勵(lì)電壓的弱加電測(cè)量開(kāi)始，同傳統(tǒng) ICT 方法一樣。弱加電測(cè)量將電路拆成小部份，使得分析可以很快完成。在小電壓下，硅器件的阻抗大到等同開(kāi)路，可以形成不連或僅有一個(gè)節(jié)點(diǎn)相連的幾組模擬器件?，F(xiàn)代電路設(shè)計(jì)中，這些器件組尺寸有限，而且通常都是隔離的。第二個(gè)條件與每個(gè)器件組最大的器件出錯(cuò)數(shù)量有關(guān)。將整個(gè)電路板分為一個(gè)個(gè)器件組效果非常好。對(duì)一個(gè)接觸受限的電路來(lái)講，如果有幾處缺陷同時(shí)存在，那是無(wú)法準(zhǔn)確斷定的。因此為得到正確判斷，必須限定器件組內(nèi)缺陷的數(shù)量。
圖 2 ：這個(gè)條件可能顯得有些限制，它相當(dāng)于大多數(shù)制造商遇到的最糟情況。
藉由示例 ( 圖 2) ，我們可以很容易明白新的 ICT 測(cè)量技術(shù)。這里，受試電路 (CUT) 由電阻 R1 到 R4 組成，電流源 I 是與測(cè)試系統(tǒng)相連的激勵(lì)電流， V1 、 V2 和 V3 是各節(jié)點(diǎn)相對(duì) GND 測(cè)得的電壓。當(dāng)電路器件都等于標(biāo)定值時(shí)，節(jié)點(diǎn)電壓也就定義為標(biāo)定值 ( 公式 2) 。
Δ V1=V1-V1 \/\/noia\/\/ Δ V2=V2-V2 \/\/noia\/\/ Δ V3=V3-V3 \/\/noia\/\/
首先讓我們來(lái)看一下，當(dāng)激勵(lì)源 I 保持恒定，而器件可以在整個(gè)允許誤差范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，該電路的表現(xiàn)情況。這里的范圍可以很容易地由任何標(biāo)準(zhǔn)仿真套件來(lái)制定，如能進(jìn)行 Monte Carlo 分析的 HSPICE 。如果從每個(gè)仿真的Δ V 值減去標(biāo)定電壓，可以將每次仿真結(jié)果的值繪制成曲線 ( 圖 3a) 。
圖 3 ：這是 10,000 次仿真結(jié)果圖形，都在一個(gè)限制方框里，方框中心定為 (0,0,0) 。 
仿真合格
藉由檢查節(jié)點(diǎn)電壓變化是在著色區(qū)域內(nèi)還是在著色區(qū)域外，可以判斷一塊電路是合格還是不合格 ( 圖 3a) 。如果節(jié)點(diǎn)電壓變化是在區(qū)域外，那么該電路就是不合格的，實(shí)際失效器件數(shù)目可再單獨(dú)確定。
假如所有器件允許在± 100% 范圍內(nèi)變化，則仿真合格的結(jié)果在外形上很相似，但數(shù)量卻要大得多 ( 圖 3b) 。曲線并未提供有關(guān)失效原因的進(jìn)一步情況，有人也許會(huì)問(wèn)：限制錯(cuò)誤的數(shù)量為什么能增加圖線的信息量？這正是獲得診斷信息的關(guān)鍵。
在圖 3b 中，還有兩組被仿真的電壓值畫(huà)于圖 3a 中。每個(gè)器件都是 5,000 次仿真的結(jié)果。標(biāo)有 R2 的一組電壓值是藉由將 R2 隨機(jī)地由 0 變化到無(wú)窮大而得到的結(jié)果，同時(shí)去除處于誤差范圍內(nèi)的 R2 值。其它器件則在各自相應(yīng)的范圍內(nèi)變化。還有為 R3 而測(cè)量的一組類似的電壓值，也采用同樣的技術(shù)。為清楚起見(jiàn)，器件 R1 和 R4 則都省掉了。
當(dāng)Δ V1 、Δ V2 和Δ V3 的變化限于這些區(qū)域中的任一個(gè)時(shí)，就可以作出診斷。只要每個(gè)器件都有各自不同的區(qū)域，就有可能找出出錯(cuò)的器件；一旦出錯(cuò)器件找到了，可藉由直接了當(dāng)?shù)姆椒ㄕ页鲆蚱骷刀鸬墓?jié)點(diǎn)電壓的具體變化。
如果所有器件的區(qū)域沒(méi)有太大區(qū)別，則會(huì)有多個(gè)器件同時(shí)落入 R2 或 R3 等區(qū)域內(nèi)，于是診斷結(jié)論就是“該區(qū)域有一個(gè)或以上的器件出錯(cuò)”。因?yàn)闊o(wú)法知道是一個(gè)器件出錯(cuò)還是一組器件出錯(cuò)，因此假定其它器件而對(duì)某個(gè)器件值進(jìn)行計(jì)算是沒(méi)有多大價(jià)值的。
受限節(jié)點(diǎn)接觸
前面我們只討論了所有節(jié)點(diǎn)都可以測(cè)量的情況，但有時(shí)會(huì)有多個(gè)節(jié)點(diǎn)無(wú)法接觸，比如 V3( 圖 4a) 。當(dāng)無(wú)法接觸 V3 時(shí)，我們只能觀測(cè) V1 和 V2 的電壓，所見(jiàn)到的是包括 V1 和 V2 在內(nèi)的對(duì)象在平面上產(chǎn)生的“投影”。雖然形狀上有些微差異，但 R2 和 R3 仍然是可以區(qū)別的 。
假設(shè)另有一組節(jié)點(diǎn)可以接觸，比如 V1 和 V3 ，這相當(dāng)于從下往上觀察圖 4b( 圖 4c) 。這里因 R2 或 R3 改變產(chǎn)生的電壓值是不易區(qū)別的，從觀測(cè)中無(wú)法辨別關(guān)于出錯(cuò)器件的信息，只能鑒別出整個(gè)范圍內(nèi)的正確或出錯(cuò)部份。
測(cè)試點(diǎn)選擇
為得到明確的診斷，測(cè)試點(diǎn)的選擇很重要。在某些情況下，只要有少量器件能被指示出來(lái)就是可以接受的；而在另一些情況下，適宜地選擇測(cè)試點(diǎn)可進(jìn)一步縮小被測(cè)器件組數(shù)目。
在任何情況下，所作選擇都應(yīng)該與器件誤差容限、器件值，甚至器件類型無(wú)關(guān)，而應(yīng)完全根據(jù)器件內(nèi)部連接，即線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這樣就可以判斷何處需要增加測(cè)試點(diǎn)，或在設(shè)計(jì)中添加一個(gè)器件以省掉一個(gè)測(cè)試點(diǎn)。
發(fā)展方向
與傳統(tǒng) ICT 不同，這種測(cè)試法能方便地?cái)U(kuò)展到有源器件的全加電測(cè)試，這種擴(kuò)展也包括 ATPG 。有源器件的參數(shù)變化同樣可以很容易地仿真，并確定明確的區(qū)域。注意，測(cè)試一個(gè)線路并不需要知道電路的關(guān)鍵參數(shù)，只需了解聯(lián)機(jī)布局即可。如果電路節(jié)點(diǎn)電壓不在合格區(qū)域內(nèi)，而電路裝配是正確的，那么一定有器件值超出容限范圍。
關(guān)鍵參數(shù)必須藉由設(shè)計(jì)來(lái)保證，或經(jīng)功能測(cè)試來(lái)篩選。幾乎所有關(guān)鍵參數(shù)都能表示為某些節(jié)點(diǎn)電壓的函數(shù)，因而可大大減少所需的功能測(cè)試數(shù)量。
與標(biāo)準(zhǔn)兼容
采用數(shù)字電路邊緣連接器功能測(cè)試來(lái)生成和開(kāi)發(fā)有效的診斷，費(fèi)用很高。在數(shù)字節(jié)點(diǎn)的接觸受到限制時(shí)，需采用數(shù)字邊界掃描 (IEEE1149.1) 技術(shù)。用于模擬測(cè)試的一個(gè)類似標(biāo)準(zhǔn) (P1149.4) 也正在出現(xiàn)。該標(biāo)準(zhǔn)確定了一種藉由 AT1 總線為 P1149.4 兼容器件的管腳分配電流激勵(lì)的方法，以及藉由 AT2 總線測(cè)量管腳電壓的方法 ( 圖 5) 。
物理探測(cè)節(jié)點(diǎn)的減少并不意味著將會(huì)倒退到模擬功能測(cè)試，無(wú)法形成有效的診斷。雖然還遠(yuǎn)不能替代傳統(tǒng) ICT ，但是可以看到，在少得令人驚奇的探測(cè)節(jié)點(diǎn)上仍然能夠獲得有意義的結(jié)果。如果因測(cè)試點(diǎn)選擇的困難而得不到明確結(jié)果，那么診斷組內(nèi)的器件數(shù)目就要更少一些。