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高速PCB设计指南之三


第一篇 改进电路设计规程提高可测试性
   随着微型化程度不断提高,元件和布线技术也取得巨大发展,例如BGA外壳封装的高集成度的微型IC,以及导体之间的绝缘间距缩小到0.5mm,这些仅是其中的两个例子。电子元件的布线设计方式,对以后制作流程中的测试能否很好进行,影响越来越大。下面介绍几种重要规则及实用提示。
  通过遵守一定的规程(DFT-Design for Testability,可测试的设计),可以大大减少生产测试的准备和实施费用。这些规程已经过多年发展,当然,若采用新的生产技术和元件技术,它们也要相应的扩展和适应。随着电子产品结构尺寸越来越小,目前出现了两个特别引人注目的问题:一是可接触的电路节点越来越少;二是像在线测试(In-Circuit-Test)这些方法的应用受到限制。为了解决这些问题,可以在电路布局上采取相应的措施,采用新的测试方法和采用创新性适配器解决方案。第二个问题的解决还涉及到使原来作为独立工序使用的测试系统承担附加任务。这些任务包括通过测试系统对存储器组件进行编程或者实行集成化的元器件自测试(Built-in Self Test,BIST,内建的自测试)。将这些步骤转移到测试系统中去,总起来看,还是创造了更多的附加价值。为了顺利地实施这些措施,在产品科研开发阶段,就必须有相应的考虑。

1、什么是可测试性
可测试性的意义可理解为:测试工程师可以用尽可能简单的方法来检测某种元件的特性,看它能否满足预期的功能。简单地讲就是:
l 检测产品是否符合技术规范的方法简单化到什么程度?
l 编制测试程序能快到什么程度?
l 发现产品故障全面化到什么程度?
l 接入测试点的方法简单化到什么程度?
   为了达到良好的可测试必须考虑机械方面和电气方面的设计规程。当然,要达到最佳的可测试性,需要付出一定代价,但对整个工艺流程来说,它具有一系列的好处,因此是产品能否成功生产的重要前提。
2、为什么要发展测试友好技术
  过去,若某一产品在上一测试点不能测试,那么这个问题就被简单地推移到直一个测试点上去。如果产品缺陷在生产测试中不能发现,则此缺陷的识别与诊断也会简单地被推移到功能和系统测试中去。相反地,今天人们试图尽可能提前发现缺陷,它的好处不仅仅是成本低,更重要的是今天的产品非常复杂,某些制造缺陷在功能测试中可能根本检查不出来。例如某些要预先装软件或编程的元件,就存在这样的问题。(如快闪存储器或ISPs:In-System Programmable Devices系统内可编程器件)。这些元件的编程必须在研制开发阶段就计划好,而测试系统也必须掌握这种编程。
  测试友好的电路设计要费一些钱,然而,测试困难的电路设计费的钱会更多。测试本身是有成本的,测试成本随着测试级数的增加而加大;从在线测试到功能测试以及系统测试,测试费用越来越大。如果跳过其中一项测试,所耗费用甚至会更大。一般的规则是每增加一级测试费用的增加系数是10倍。通过测试友好的电路设计,可以及早发现故障,从而使测试友好的电路设计所费的钱迅速地得到补偿。
3、文件资料怎样影响可测试性
  只有充分利用元件开发中完整的数据资料,才有可能编制出能全面发现故障的测试程序。在许多情况下,开发部门和测试部门之间的密切合作是必要的。文件资料对测试工程师了解元件功能,制定测试战略,有无可争议的影响。
  为了绕开缺乏文件和不甚了解元件功能所产生的问题,测试系统制造商可以依靠软件工具,这些工具按照随机原则自动产生测试模式,或者依靠非矢量相比,非矢量方法只能算作一种权宜的解决办法。
  测试前的完整的文件资料包括零件表,电路设计图数据(主要是CAD数据)以及有关务元件功能的详细资料(如数据表)。只有掌握了所有信息,才可能编制测试矢量,定义元件失效样式或进行一定的预调整。
  某些机械方面的数据也是重要的,例如那些为了检查组件的焊接是否良好及定位是否所需要的数据。最后,对于可编程的元件,如快闪存储器,PLD、FPGA等,如果不是在最后安装时才编程,是在测试系统上就应编好程序的话,也必须知道各自的编程数据。快闪元件的编程数据应完整无缺。如快闪芯片含16Mbit的数据,就应该可以用到16Mbit,这样可以防止误解和避免地址冲突。例如,如果用一个4Mbit存储器向一个元件仅仅提供300Kbit数据,就可能出现这种情况。当然数据应准备成流行的标准格式,如Intel公司的Hex或Motorola公司的S记录结构等。大多数测试系统,只要能够对快闪或ISP元件进行编程,是可以解读这些格式的。前面所提到的许多信息,其中许多也是元件制造所必须的。当然,在可制造性和可测试性之间应明确区别,因为这是完全不同的概念,从而构成不同的前提。
4、良好的可测试性的机械接触条件
  如果不考虑机械方面的基本规则,即使在电气方面具有非常良好的可测试性的电路,也可能难以测试。许多因素会限制电气的可测试性。如果测试点不够或太小,探针床适配器就难以接触到电路的每个节点。如果测试点位置误差和尺寸误差太大,就会产生测试重复性不好的问题。在使用探针床配器时,应留意一系列有关套牢孔与测试点的大小和定位的建议。
5、最佳可测试性的电气前提条件
  电气前提条件对良好的可测试性,和机械接触条件一样重要,两者缺一不可。一个门电路不能进行测试,原因可能是无法通过测试点接触到启动输入端,也可能是启动输入端处在封装壳内,外部无法接触,在原则上这两情况同样都是不好的,都使测试无法进行。在设计电路时应该注意,凡是要用在线测试法检测的元件,都应该具备某种机理,使各个元件能够在电气上绝缘起来。这种机理可以借助于禁止输入端来实现,它可以将元件的输出端控制在静态的高欧姆状态。
  虽然几乎所有的测试系统都能够逆驱动(Backdriving)方式将某一节点的状态带到任意状态,但是所涉及的节点最好还是要备有禁止输入端,首先将此节点带到高欧姆状态,然后再“平缓地”加上相应的电平。
  同样,节拍发生器总是通过启动引线,门电路或插接电桥从振荡器后面直接断开。启动输入端决不可直接与电路相连,而是通过100欧姆的电阻与电路连接。每个元件应有自己的启动,复位或控制引线脚。必须避免许多元件的启动输入端共用一个电阻与电路相连。这条规则对于ASIC元件也适用,这些元件也应有一个引线脚,通过它,可将输出端带到高欧姆状态。如果元件在接通工作电压时可实行复位,这对于由测试器来引发复位也是非常有帮助的。在这种情况下,元件在测试前就可以简单地置于规定的状态。

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