ICT在線(xiàn)測(cè)試基本原理

　　1.1 定義

　　在線(xiàn)測(cè)試，ICT，In-Circuit Test，是通過(guò)對(duì)在線(xiàn)元器件的電性能及電氣連接進(jìn)行測(cè)試來(lái)檢查生產(chǎn)制造缺陷及元器件不良的一種標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試手段。它主要檢查在線(xiàn)的單個(gè)元器件以及各電路網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)、短路情況，具有操作簡(jiǎn)單、快捷迅速、故障定位準(zhǔn)確等特點(diǎn)。

　　飛針I(yè)CT基本只進(jìn)行靜態(tài)的測(cè)試，優(yōu)點(diǎn)是不需制作夾具，程序開(kāi)發(fā)時(shí)間短。

　　針床式ICT可進(jìn)行模擬器件功能和數(shù)字器件邏輯功能測(cè)試，故障覆蓋率高，但對(duì)每種單板需制作專(zhuān)用的針床夾具，夾具制作和程序開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)。

　　1.2 ICT的范圍及特點(diǎn)

　　檢查制成板上在線(xiàn)元器件的電氣性能和電路網(wǎng)絡(luò)的連接情況。能夠定量地對(duì)電阻、電容、電感、晶振等器件進(jìn)行測(cè)量，對(duì)二極管、三極管、光藕、變壓器、繼電器、運(yùn)算放大器、電源模塊等進(jìn)行功能測(cè)試，對(duì)中小規(guī)模的集成電路進(jìn)行功能測(cè)試，如所有74系列、Memory 類(lèi)、常用驅(qū)動(dòng)類(lèi)、交換類(lèi)等IC。

　　它通過(guò)直接對(duì)在線(xiàn)器件電氣性能的測(cè)試來(lái)發(fā)現(xiàn)制造工藝的缺陷和元器件的不良。元件類(lèi)可檢查出元件值的超差、失效或損壞，Memory類(lèi)的程序錯(cuò)誤等。對(duì)工藝類(lèi)可發(fā)現(xiàn)如焊錫短路，元件插錯(cuò)、插反、漏裝，管腳翹起、虛焊，PCB短路、斷線(xiàn)等故障。

　　測(cè)試的故障直接定位在具體的元件、器件管腳、網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)上，故障定位準(zhǔn)確。對(duì)故障的維修不需較多專(zhuān)業(yè)知識(shí)。采用程序控制的自動(dòng)化測(cè)試，操作簡(jiǎn)單，測(cè)試快捷迅速，單板的測(cè)試時(shí)間一般在幾秒至幾十秒。

　　1。3意義

　　在線(xiàn)測(cè)試通常是生產(chǎn)中第一道測(cè)試工序，能及時(shí)反應(yīng)生產(chǎn)制造狀況，利于工藝改進(jìn)和提升。ICT測(cè)試過(guò)的故障板,因故障定位準(zhǔn)，維修方便，可大幅提高生產(chǎn)效率和減少維修成本。因其測(cè)試項(xiàng)目具體，是現(xiàn)代化大生產(chǎn)品質(zhì)保證的重要測(cè)試手段之一。

　　ICT測(cè)試?yán)碚撟鲆恍┖?jiǎn)單介紹

　　1基本測(cè)試方法

　　1.1模擬器件測(cè)試

　　利用運(yùn)算放大器進(jìn)行測(cè)試。由“A”點(diǎn)“虛地”的概念有：

　　∵Ix = Iref

　　∴Rx = Vs/ V0*Rref

　　Vs、Rref分別為激勵(lì)信號(hào)源、儀器計(jì)算電阻。測(cè)量出V0，則Rx可求出。

　　若待測(cè)Rx為電容、電感，則Vs交流信號(hào)源，Rx為阻抗形式，同樣可求出C或L。

　　1.2 隔離(Guarding)

　　上面的測(cè)試方法是針對(duì)獨(dú)立的器件，而實(shí)際電路上器件相互連接、相互影響，使Ix笽ref，測(cè)試時(shí)必須加以隔離(Guarding)。隔離是在線(xiàn)測(cè)試的基本技術(shù)。

　　在上電路中，因R1、R2的連接分流，使Ix笽ref ，Rx = Vs/ V0*Rref等式不成立。測(cè)試時(shí)，只要使G與F點(diǎn)同電位，R2中無(wú)電流流過(guò)，仍然有Ix=Iref，Rx的等式不變。將G點(diǎn)接地，因F點(diǎn)虛地，兩點(diǎn)電位相等，則可實(shí)現(xiàn)隔離。實(shí)際實(shí)用時(shí)，通過(guò)一個(gè)隔離運(yùn)算放大器使G與F等電位。ICT測(cè)試儀可提供很多個(gè)隔離點(diǎn)，消除外圍電路對(duì)測(cè)試的影響。

　　1.2 IC的測(cè)試

　　對(duì)數(shù)字IC，采用Vector(向量)測(cè)試。向量測(cè)試類(lèi)似于真值表測(cè)量，激勵(lì)輸入向量，測(cè)量輸出向量，通過(guò)實(shí)際邏輯功能測(cè)試判斷器件的好壞。

　　如:與非門(mén)的測(cè)試

　　對(duì)模擬IC的測(cè)試，可根據(jù)IC實(shí)際功能激勵(lì)電壓、電流，測(cè)量對(duì)應(yīng)輸出，當(dāng)作功能塊測(cè)試。

　　2 非向量測(cè)試

　　隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，超大規(guī)模集成電路的使用，編寫(xiě)器件的向量測(cè)試程序常常花費(fèi)大量的時(shí)間，如80386的測(cè)試程序需花費(fèi)一位熟練編程人員近半年的時(shí)間。SMT器件的大量應(yīng)用，使器件引腳開(kāi)路的故障現(xiàn)象變得更加突出。為此各公司非向量測(cè)試技術(shù)，Teradyne推出MultiScan;GenRad推出的Xpress非向量測(cè)試技術(shù)。

　　2.1 DeltaScan模擬結(jié)測(cè)試技術(shù)

　　DeltaScan利用幾乎所有數(shù)字器件管腳和絕大多數(shù)混合信號(hào)器件引腳都有的靜電放電保護(hù)或寄生二極管，對(duì)被測(cè)器件的獨(dú)立引腳對(duì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的直流電流測(cè)試。當(dāng)某塊板的電源被切斷后，器件上任何兩個(gè)管腳的等效電路如下圖中所示。

　　1 在管腳A加一對(duì)地的負(fù)電壓，電流Ia流過(guò)管腳A之正向偏壓二極管。測(cè)量流過(guò)管腳A的電流Ia。

　　2 保持管腳A的電壓，在管腳B加一較高負(fù)電壓，電流Ib流過(guò)管腳B之正向偏壓二極管。由于從管腳A和管腳B至接地之共同基片電阻內(nèi)的電流分享，電流Ia會(huì)減少。

　　3 再次測(cè)量流過(guò)管腳A的電流Ia。如果當(dāng)電壓被加到管腳B時(shí)Ia沒(méi)有變化(delta)，則一定存在連接問(wèn)題。

　　DeltaScan軟件綜合從該器件上許多可能的管腳對(duì)得到的測(cè)試結(jié)果，從而得出精確的故障診斷。信號(hào)管腳、電源和接地管腳、基片都參與DeltaScan測(cè)試，這就意味著除管腳脫開(kāi)之外，DeltaScan也可以檢測(cè)出器件缺失、插反、焊線(xiàn)脫開(kāi)等制造故障。

　　GenRad類(lèi)式的測(cè)試稱(chēng)Junction Xpress。其同樣利用IC內(nèi)的二極管特性，只是測(cè)試是通過(guò)測(cè)量二極管的頻譜特性(二次諧波)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　DeltaScan技術(shù)不需附加夾具硬件，成為首推技術(shù)。

　　2.2 FrameScan電容藕合測(cè)試

　　FrameScan利用電容藕合探測(cè)管腳的脫開(kāi)。每個(gè)器件上面有一個(gè)電容性探頭，在某個(gè)管腳激勵(lì)信號(hào)，電容性探頭拾取信號(hào)。如圖所示：

　　1 夾具上的多路開(kāi)關(guān)板選擇某個(gè)器件上的電容性探頭。

　　2 測(cè)試儀內(nèi)的模擬測(cè)試板(ATB)依次向每個(gè)被測(cè)管腳發(fā)出交流信號(hào)。

　　3 電容性探頭采集并緩沖被測(cè)管腳上的交流信號(hào)。

　　4 ATB測(cè)量電容性探頭拾取的交流信號(hào)。如果某個(gè)管腳與電路板的連接是正確的，就會(huì)測(cè)到信號(hào);如果該管腳脫開(kāi)，則不會(huì)有信號(hào)。

　　GenRad類(lèi)式的技術(shù)稱(chēng)Open Xpress。原理類(lèi)似。

　　此技術(shù)夾具需要傳感器和其他硬件，測(cè)試成本稍高。

　　3 Boundary-Scan邊界掃描技術(shù)

　　ICT測(cè)試儀要求每一個(gè)電路節(jié)點(diǎn)至少有一個(gè)測(cè)試點(diǎn)。但隨著器件集成度增高，功能越來(lái)越強(qiáng)，封裝越來(lái)越小，SMT元件的增多，多層板的使用，PCB板元件密度的增大，要在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)放一根探針變得很困難，為增加測(cè)試點(diǎn)，使制造費(fèi)用增高;同時(shí)為開(kāi)發(fā)一個(gè)功能強(qiáng)大器件的測(cè)試庫(kù)變得困難，開(kāi)發(fā)周期延長(zhǎng)。為此，聯(lián)合測(cè)試組織(JTAG)頒布了IEEE1149.1測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

　　IEEE1149.1定義了一個(gè)掃描器件的幾個(gè)重要特性。首先定義了組成測(cè)試訪(fǎng)問(wèn)端口(TAP)的四(五〕個(gè)管腳：TDI、TDO、TCK、TMS，(TRST)。測(cè)試方式選擇(TMS)用來(lái)加載控制信息;其次定義了由TAP控制器支持的幾種不同測(cè)試模式，主要有外測(cè)試(EXTEST)、內(nèi)測(cè)試(INTEST)、運(yùn)行測(cè)試(RUNTEST);最后提出了邊界掃描語(yǔ)言(Boundary Scan Description Language)，BSDL語(yǔ)言描述掃描器件的重要信息，它定義管腳為輸入、輸出和雙向類(lèi)型，定義了TAP的模式和指令集。

　　具有邊界掃描的器件的每個(gè)引腳都和一個(gè)串行移位寄存器(SSR)的單元相接，稱(chēng)為掃描單元，掃描單元連在一起構(gòu)成一個(gè)移位寄存器鏈，用來(lái)控制和檢測(cè)器件引腳。其特定的四個(gè)管腳用來(lái)完成測(cè)試任務(wù)。

　　將多個(gè)掃描器件的掃描鏈通過(guò)他們的TAP連在一起就形成一個(gè)連續(xù)的邊界寄存器鏈，在鏈頭加TAP信號(hào)就可控制和檢測(cè)所有與鏈相連器件的管腳。這樣的虛擬接觸代替了針床夾具對(duì)器件每個(gè)管腳的物理接觸，虛擬訪(fǎng)問(wèn)代替實(shí)際物理訪(fǎng)問(wèn)，去掉大量的占用PCB板空間的測(cè)試焊盤(pán)，減少了PCB和夾具的制造費(fèi)用。

　　作為一種測(cè)試策略，在對(duì)PCB板進(jìn)行可測(cè)性設(shè)計(jì)時(shí)，可利用專(zhuān)門(mén)軟件分析電路網(wǎng)點(diǎn)和具掃描功能的器件，決定怎樣有效地放有限數(shù)量的測(cè)試點(diǎn)，而又不減低測(cè)試覆蓋率，最經(jīng)濟(jì)的減少測(cè)試點(diǎn)和測(cè)試針。

　　邊界掃描技術(shù)解決了無(wú)法增加測(cè)試點(diǎn)的困難，更重要的是它提供了一種簡(jiǎn)單而且快捷地產(chǎn)生測(cè)試圖形的方法，利用軟件工具可以將BSDL文件轉(zhuǎn)換成測(cè)試圖形，如Teradyne的Victory，GenRad的Basic Scan和Scan Path Finder。解決編寫(xiě)復(fù)雜測(cè)試庫(kù)的困難。

　　用TAP訪(fǎng)問(wèn)口還可實(shí)現(xiàn)對(duì)如CPLD、FPGA、Flash Memroy的在線(xiàn)編程(In-System Program或On Board Program)。

　　4 Nand-Tree

　　Nand-Tree是Inter公司發(fā)明的一種可測(cè)性設(shè)計(jì)技術(shù)。在我司產(chǎn)品中，現(xiàn)只發(fā)現(xiàn)82371芯片內(nèi)此設(shè)計(jì)。描述其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的有一一般程*.TR2的文件，我們可將此文件轉(zhuǎn)換成測(cè)試向量。

　　ICT測(cè)試要做到故障定位準(zhǔn)、測(cè)試穩(wěn)定，與電路和PCB設(shè)計(jì)有很大關(guān)系。原則上我們要求每一個(gè)電路網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)都有測(cè)試點(diǎn)。電路設(shè)計(jì)要做到各個(gè)器件的狀態(tài)進(jìn)行隔離后，可互不影響。對(duì)邊界掃描、Nand-Tree的設(shè)計(jì)要安裝可測(cè)性要求。