在線測試的基本知識(shí)和基本原理
本文介紹在線測試的基本知識(shí)和基本原理。
1 慨述
1.1 定義
ICT在線測試儀，ICT，In-Circuit Test，是通過對(duì)在線元器件的電性能及電氣連接進(jìn)行測試來檢查生產(chǎn)制造缺陷及元器件不良的一種標(biāo)準(zhǔn)測試手段。它主要檢查在線的單個(gè)元器件以及各電路網(wǎng)絡(luò)的開、短路情況，具有操作簡單、快捷迅速、故障定位準(zhǔn)確等特點(diǎn)。
飛針ICT基本只進(jìn)行靜態(tài)的測試，優(yōu)點(diǎn)是不需制作夾具，程序開發(fā)時(shí)間短。
針床式ICT可進(jìn)行模擬器件功能和數(shù)字器件邏輯功能測試，故障覆蓋率高，但對(duì)每種單板需制作專用的針床夾具，夾具制作和程序開發(fā)周期長。
1.2 ICT的范圍及特點(diǎn)
檢查制成板上在線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)行功能測試，對(duì)中小規(guī)模的集成電路進(jìn)行功能測試，如所有74系列、Memory 類、常用驅(qū)動(dòng)類、交換類等IC。
它通過直接對(duì)在線器件電氣性能的測試來發(fā)現(xiàn)制造工藝的缺陷和元器件的不良。元件類可檢查出元件值的超差、失效或損壞，Memory類的程序錯(cuò)誤等。對(duì)工藝類可發(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、斷線等故障。
測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業(yè)知識(shí)。采用程序控制的自動(dòng)化測試，操作簡單，測試快捷迅速，單板的測試時(shí)間一般在幾秒至幾十秒。
1。3意義
在線測試通常是生產(chǎn)中第一道測試工序，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在線測試儀測試過的故障板,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。因其測試項(xiàng)目具體，是現(xiàn)代化大生產(chǎn)品質(zhì)保證的重要測試手段之一。
1.2 隔離（Guarding）
上面的測試方法是針對(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，測試時(shí)必須加以隔離（Guarding）。隔離是在線測試的基本技術(shù)。
1.2 IC的測試
對(duì)數(shù)字IC，采用Vector（向量）測試。向量測試類似于真值表測量，激勵(lì)輸入向量，測量輸出向量，通過實(shí)際邏輯功能測試判斷器件的好壞。
如:與非門的測試
對(duì)模擬IC的測試，可根據(jù)IC實(shí)際功能激勵(lì)電壓、電流，測量對(duì)應(yīng)輸出，當(dāng)作功能塊測試。
2 非向量測試
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，編寫器件的向量測試程序常�；ㄙM(fèi)大量的時(shí)間，如80386的測試程序需花費(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，使器件引腳開路的故障現(xiàn)象變得更加突出。為此各公司非向量測試技術(shù)，Teradyne推出MultiScan；GenRad推出的Xpress非向量測試技術(shù)。
2.1 DeltaScan模擬結(jié)測試技術(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)被測器件的獨(dú)立引腳對(duì)進(jìn)行簡單的直流電流測試。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流過管腳A之正向偏壓二極管。測量流過管腳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 再次測量流過管腳A的電流Ia。如果當(dāng)電壓被加到管腳B時(shí)Ia沒有變化（delta），則一定存在連接問題。
DeltaScan軟件綜合從該器件上許多可能的管腳對(duì)得到的測試結(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測試，這就意味著除管腳脫開之外，DeltaScan也可以檢測出器件缺失、插反、焊線脫開等制造故障。
GenRad類式的測試稱Junction Xpress。其同樣利用IC內(nèi)的二極管特性，只是測試是通過測量二極管的頻譜特性（二次諧波）來實(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電容藕合測試
FrameScan利用電容藕合探測管腳的脫開。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 夾具上的多路開關(guān)板選擇某個(gè)器件上的電容性探頭。
2 測試儀內(nèi)的模擬測試板（ATB）依次向每個(gè)被測管腳發(fā)出交流信號(hào)。
3 電容性探頭采集并緩沖被測管腳上的交流信號(hào)。
4 ATB測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)測到信號(hào)；如果該管腳脫開，則不會(huì)有信號(hào)。
GenRad類式的技術(shù)稱Open Xpress。原理類似。
此技術(shù)夾具需要傳感器和其他硬件，測試成本稍高。
3 Boundary-Scan邊界掃描技術(shù)
ICT測試儀要求每一個(gè)電路節(jié)點(diǎn)至少有一個(gè)測試點(diǎn)。但隨著器件集成度增高，功能越來越強(qiáng)，封裝越來越小，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，為增加測試點(diǎn)，使制造費(fèi)用增高；同時(shí)為開發(fā)一個(gè)功能強(qiáng)大器件的測試庫變得困難，開發(fā)周期延長。為此，聯(lián)合測試組織（JTAG）頒布了IEEE1149.1測試標(biāo)準(zhǔn)。
IEEE1149.1定義了一個(gè)掃描器件的幾個(gè)重要特性。首先定義了組成測試訪問端口（TAP）的四（五〕個(gè)管腳：TDI、TDO、TCK、TMS，（TRST）。測試方式選擇（TMS）用來加載控制信息；其次定義了由TAP控制器支持的幾種不同測試模式，主要有外測試（EXTEST）、內(nèi)測試（INTEST）、運(yùn)行測試（RUNTEST）；最后提出了邊界掃描語言（Boundary Scan Description
Language），BSDL語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，用來控制和檢測器件引腳。其特定的四個(gè)管腳用來完成測試任務(wù)。
將多個(gè)掃描器件的掃描鏈通過他們的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，虛擬訪問代替實(shí)際物理訪問，去掉大量的占用PCB板空間的測試焊盤，減少了PCB和夾具的制造費(fèi)用。
作為一種測試策略，在對(duì)PCB板進(jìn)行可測性設(shè)計(jì)時(shí)，可利用專門軟件分析電路網(wǎng)點(diǎn)和具掃描功能的器件，決定怎樣有效地放有限數(shù)量的測試點(diǎn)，而又不減低測試覆蓋率，最經(jīng)濟(jì)的減少測試點(diǎn)和測試針。
邊界掃描技術(shù)解決了無法增加測試點(diǎn)的困難，更重要的是它提供了一種簡單而且快捷地產(chǎn)生測試圖形的方法，利用軟件工具可以將BSDL文件轉(zhuǎn)換成測試圖形，如Teradyne的Victory，GenRad的Basic Scan和Scan Path Finder。解決編寫復(fù)雜測試庫的困難。
用TAP訪問口還可實(shí)現(xiàn)對(duì)如CPLD、FPGA、Flash Memroy的在線編程（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)換成測試向量。
ICT測試要做到故障定位準(zhǔn)、測試穩(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)要安裝可測性要求。
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