【正达集成电路失效性分析系列论文】



[图说]对大于40管脚数字器件功能测试




摘要:【正达集成电路失效性分析系列论文】第三代在线电路维修测试仪的一个突出特点是:具有80数字通道,可对>40管脚数字器件功能测试。这是电路测试仪技术的重大跨越。


关键词:80路数字通道;对>40管脚数字器件功能测试;第三代电路测试仪


0.前言

    旅游部门评定酒店。A城市评定方法:只对酒店做外观观察。若某酒店门窗破损外墙皮脱落,一定不是好酒店。若某酒店门窗完好外墙干净,应该是好酒店。通过改进观察技术,发现某酒店一块玻璃上存在一小块灰尘,或许不是好酒店。B城市评定方法:除了外观观察之外,一定要进入酒店内部。检查酒店的软硬件设施和服务运转情况。

    A城市的评定方法简单便捷。有合理性,也有盲目性。就如同使用电路测试仪对器件进行VI曲线测试。B城市的评定方法科学准确,结论可靠。就如同使用电路测试仪对器件进行功能测试。

    本文为:器件功能测试之——对大于40管脚数字器件功能测试。

1.80路数字通道
    具有80路数字通道、能够对>40管脚数字器件直接功能测试并测试数字器件动态参数故障是第三代电路测试仪的基本特征。代表机型是ZD9610测试仪。

    数字通道有几个显著特点:

    ①从测试排缆中输出,通过测试夹(或测试插座)施加于数字器件进行功能测试;

    ②每个通道都是均匀的。即:每个通道都能施加数字信号/采集数字信号和作为被测器件电源管脚;

    ③可以向测试仪外灌注/向测试仪内拉入后驱动大电流;

    ④可以调整测试频率/设定测试阈值。

    有的测试仪将隔离通道归为数字通道。例如48路数字通道。实际上测试夹是40路通道,另外8路是从隔离通道中产生隔离信号。隔离信号的作用是若电路板出现总线连接等特殊情况时,可以施加在同被测器件存在总线连接关系的外围器件的使能端管脚,同步关闭外围器件,避免影响对被测器件的功能测试。隔离通道一般的电路测试仪都有,通常不归为数字通道。

    有的测试仪虽然具有很多测试夹通道,但却是用以测试VI曲线,也不是数字通道。

    第三代ZD9610测试仪的80路数字通道不包括隔离通道,都是直接从测试夹施加,用以测试数字器件功能。


2.数字器件的发展趋势

    数字器件的发展趋势是:

    ①管脚趋多

    比如之前常用的74LS245是8位总线驱动器,20管脚器件。现在多采用的新型74ABT16245是16位总线驱动器,48管脚器件。

    ②电压趋低

    以前数字器件多为+5V供电,某些CMOS结构的数字器件还支持+12V供电。现在逐渐形成主流+3.3V供电,甚至出现更低的+1.8V.

    ③体积趋小

    早期数字器件普遍采用DIP双列直插封装形式,管脚中心间距2.54mm.现在SOP双列贴片封装器件非常普遍,管脚中心间距1.27mm.更小的SSOP,TSSOP双列贴片封装器件也渐成主流。

    ④速度趋快
    比如早期的74LS245传输延迟时间
tPd是18ns左右,现在多采用的新型74ABT16245传输延迟时间tPd是5ns左右,速度有明显提高。

    面对数字器件的发展趋势,只有40路数字通道的第一代和第二代电路测试仪存在局限性,第三代ZD9610测试仪在数字器件测试广度、测试深度以及测试使用环节上寻求突破是必然选择。

    关于器件测试深度问题请详见论文《[前沿]2000kHz测试频率在元器件检测筛选中的应用》一文。

    关于测试使用环节问题请见论文《新型在线测试夹和多样离线测试板》一文。

    本文采用图文相结合方式,主要就第三代ZD9610测试仪在提高数字器件测试广度上的相关问题加以介绍。


3.数量庞大的>40管脚数字器件

    在新型设备实际应用以及电子元器件市场里,>40管脚数字器件早已是一个数量庞大的集合。

    实现对>40管脚数字器件功能测试之后,ZD9610测试仪面对了大量这方面的测试问题。例如:


图1    待测的近百种>40管脚数字器件


    图1中的待测器件存在有大量的>40管脚数字器件。


图2    常用的48管脚74FCT162245CTSM数字器件


    图2是常用的48管脚74FCT162245CTSM数字器件。图2中这三个芯片具有相同的生产批号和标识。之前的74LS245是8位总线驱动器,20管脚器件。现在74FCT162245CTSM是16位总线驱动器,48管脚器件。


图3    常用的56管脚74FCT162823数字器件


    图3是常用的56管脚74FCT162823数字器件。图3中这三个芯片具有不同的生产批号和标识。



图4    常用的48管脚74FCT162373TPV数字器件(市场上翻新器件)


    图4是常用的48管脚74FCT162373TPV数字器件。图4中这些芯片标识模糊不清,疑似为翻新器件,采用ZD9610测试仪进行检测确认。



图5    +3.3V供电的常用48管脚LVC161284数字器件


    图5是常用的48管脚LVC161284数字器件。LVC161284还具有一个重要特点:是+3.3V供电的器件。

    

    以上这些大量涌现的>40管脚数字器件,采用第一代测试仪和第二代测试仪无法进行最基本的功能测试。更不要说在高频测试环境下的动态参数性能测试以及对>40管脚数字器件型号识别了。

    第三代ZD9610测试仪器件库具有500余种+5V和+3.3V供电的>40管脚数字器件测试程序,还在不断扩充中。而且可以根据用户实际需要随时进行专门扩充。


4.>40管脚数字器件测试时的放置方式

    以采用第三代ZD9610测试仪离线测试48管脚常用数字器件74ABT16245C为例。离线测试板介绍以及在线测试解决方案请见论文《新型在线测试夹和多样离线测试板》一文。

    待测48管脚74ABT16245C是SSOP双列贴片封装器件,管脚中心间距0.65mm.必须使用离线测试板中的SSOP测试插座进行测试。



图6    离线测试48管脚常用数字器件74ABT16245C


    图6是首先将74ABT16245C器件轻轻放置于离线测试板中的56pin的SSOP测试插座中。



图7    将56pin的SSOP测试插座的插座上盖扣住后锁紧74ABT16245C器件


    图7是再将56pin的SSOP测试插座的插座上盖扣住,将74ABT16245C器件锁紧。


5.>40管脚数字器件功能测试



图8    >40管脚的+5V系列器件库


    图8是在40管脚以上器件_+5V器件库选择74ABT16245器件。器件测试频率选择2000kHz.

    40管脚以下的数字器件大部分不能在2000kHz测试频率下通过功能测试。而>40管脚的数字器件则恰恰相反,大部分都可以在2000kHz测试频率下通过功能测试。这说明新型>40管脚数字器件的综合性能有了很大提高。关于测试频率和器件综合性能的关系问题请见论文《[前沿]2000kHz测试频率在元器件检测筛选中的应用》一文。



图9    74ABT16245器件在2000kHz测试频率下通过功能测试


    图9是74ABT16245器件在2000kHz测试频率下通过功能测试。实测结果同理论计算值完全相符。


6.>40管脚数字器件型号识别

    >40管脚数字器件已经比较常用,翻新器件和型号标识被故意涂抹掉的器件愈发普遍。对于数字器件而言,除了通过逻辑功能进行型号识别以外,没有其它任何方法。所以要识别>40管脚数字器件的型号,必须要能够对其进行功能测试。这是型号识别的必然前提。



图10    识别48管脚未知型号的数字器件


    图10是面对一个48管脚未知型号的数字器件,只需输入器件管脚数48,第三代ZD9610测试仪通过循环测试比对计算,可以将符合该器件功能的所有器件型号罗列出来。

    目前,只有第三代ZD9610测试仪可以对>40管脚数字器件进行型号识别。


7.对>40管脚3.3V数字器件功能测试

    数字器件电源电压越来越低早已经是一个明确的发展趋势。第三代ZD9610测试仪不但有普通+3.3V器件库,其中包含数百种器件。还具有40管脚以上器件_+3.3V器件库,其中包含器件也有数百种之多。



图11    >40管脚的+3.3V器件库


    图11是在40管脚以上器件_+3.3V器件库选择74ALB16245器件。器件测试频率选择2000kHz.


8.电路板上的>40管脚数字器件

    有别于过去的工控电路板,在新型自动化设备中的电路板上,>40管脚/+3.3V供电的新型数字器件被普遍采用。


图12    机器人电路板局部中的4片48管脚74ALVC164245


    图12是采用第三代ZD9610测试仪修复的机器人设备中的电路板局部。


9.结语

    第一代测试仪和第二代测试仪只有通过VI曲线对>40管脚数字器件进行好坏判断。VI曲线测试是通过发现器件管脚阻抗特性的改变,从而间接分析器件可能存在的功能故障。

    这里面存在几个难点。其一:并非所有器件功能故障都会出现器件管脚阻抗特性改变,因此无法通过VI曲线测试发现故障。其二:VI曲线测试并不涉及器件的频率特性,所以对器件动态参数性能差异无法区分辨别。其三:由于数字器件各个管脚VI曲线的趋同特性,只能通过逻辑功能识别>40管脚数字器件的型号。除此之外,没其它方法可以实现型号识别。再有:VI曲线测试通常需要相同器件对比测试,许多检测会受到限制。

    所以电路测试仪始终强调对器件的直接功能测试,特别强调器件库中器件测试程序的数量。器件功能测试能够直接给出最为明确的测试结论。例如:对于40管脚以上数字器件来说,哪组内部单元有问题,哪段逻辑波形不正确,哪个输出管脚不满足阈值要求,最高测试频率能够达到多少,被人为故意涂抹掉型号的器件到底是什么...等等。这些都可以通过对>40管脚数字器件功能测试加以解决。

    高端电路测试仪的价值是:做别的测试仪做不了的事。第三代ZD9610测试仪可以对>40管脚数字器件功能测试,正是高端价值的具体体现。

2018年02月28日

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