在線測(cè)試儀采用針床夾具接觸印制線路板上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，然后將每個(gè)元件單獨(dú)隔離起來(lái)進(jìn)行測(cè)試，就好像它是PCB上唯一的元件一樣。如果每一個(gè)元件都測(cè)試通過(guò)，就可以認(rèn)為這塊板沒(méi)有裝配缺陷并具有正常的應(yīng)用功能，這一測(cè)試策略之所以可行是因?yàn)闇y(cè)試儀使用的技術(shù)可以使被測(cè)元件周?chē)脑粫?huì)對(duì)其產(chǎn)生電性影響。

數(shù)字隔離技術(shù)

圖1是一個(gè)數(shù)字電路的例子，其中U8為被測(cè)元件，測(cè)試儀在U8的輸入引腳施加一系列數(shù)字測(cè)試向量，然后在輸出引腳處進(jìn)行測(cè)量以確認(rèn)功能正常。

為保證測(cè)試儀能夠驅(qū)動(dòng)U8輸入腳達(dá)到所需邏輯狀態(tài)，數(shù)字引腳驅(qū)動(dòng)器應(yīng)設(shè)計(jì)為低阻抗電流源，典型狀態(tài)下能輸出或吸收600mA或更大電流，該電流源可以立刻使節(jié)點(diǎn)達(dá)到測(cè)試所需的邏輯電平。這種短時(shí)間過(guò)度激勵(lì)元件輸出使一個(gè)節(jié)點(diǎn)變?yōu)榉聪蜻壿嫚顟B(tài)的技術(shù)通常稱為反向驅(qū)動(dòng)。

在圖1當(dāng)中，若N1或N2為邏輯低電平，那么U3的輸出將使N8也為低電平。如果在測(cè)試U8時(shí)測(cè)試儀要求引腳4為高電平，則連在節(jié)點(diǎn)N8上的驅(qū)動(dòng)器就應(yīng)在短時(shí)內(nèi)輸出足夠的電流對(duì)U3輸出提供反向驅(qū)動(dòng)，這樣U8的引腳4就獲得了邏輯高電平。

◆禁止 為了避免總線沖突和減少反向驅(qū)動(dòng)，在線測(cè)試儀使用一種稱為“禁止”的技術(shù)。在圖1中，U5的輸出可由一個(gè)使能信號(hào)來(lái)控制，給節(jié)點(diǎn)N9一個(gè)低電平將使U5輸出為高阻狀態(tài)，從而有效地將它斷開(kāi)，這樣就不會(huì)和U8的引腳16輸出相沖突。

禁止技術(shù)在驅(qū)動(dòng)元件輸入引腳時(shí)也能有效消除對(duì)反向驅(qū)動(dòng)輸出的要求。再看圖1，U1輸出可由一個(gè)使能信號(hào)進(jìn)行控制，給節(jié)點(diǎn)N6一個(gè)高電平將使U1輸出為高阻狀態(tài)，相當(dāng)于將U1從電路中取走。禁止U1之后，測(cè)試儀在施加測(cè)試向量到U8引腳11時(shí)，節(jié)點(diǎn)N7上的驅(qū)動(dòng)器就無(wú)需再施加任何反向驅(qū)動(dòng)電流了。

但這一技術(shù)只能用于具有三態(tài)邏輯輸出的器件，不能斷開(kāi)像圖中U2和U3這類(lèi)兩態(tài)邏輯輸出器件，因?yàn)檫@類(lèi)器件的輸出只有兩種狀態(tài)，要末高電平，要末低電平。

◆抑制 在圖1中，如果N1和N2為高電平，N8將因U3的輸出置為邏輯高電平。在測(cè)試U8時(shí)，任何施加于N8的測(cè)試向量如果為低電平，都會(huì)要求測(cè)試儀驅(qū)動(dòng)器在短時(shí)間內(nèi)提供大量電流使得節(jié)點(diǎn)N8變低。節(jié)點(diǎn)N1和N2中任一個(gè)邏輯狀態(tài)從高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖胶骍3輸出也將會(huì)由高變?yōu)榈?，如果這是在輸出受到反向驅(qū)動(dòng)時(shí)發(fā)生，那么用于對(duì)輸出進(jìn)行反向驅(qū)動(dòng)的電流就不需要了，它將在受反向驅(qū)動(dòng)的節(jié)點(diǎn)處以瞬態(tài)電壓脈沖形式耗散掉。

如果瞬態(tài)電壓脈沖的幅度大到超過(guò)規(guī)定的電壓值，就會(huì)損傷節(jié)點(diǎn)上的器件，而更嚴(yán)重的是瞬態(tài)電壓會(huì)使被測(cè)器件表現(xiàn)為一個(gè)短暫的邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)換，從而使被測(cè)器件判為失效。

為防止這一情況發(fā)生，在線測(cè)試儀使用了一種稱為“抑制”的技術(shù)。圖1中在U8測(cè)試的時(shí)候會(huì)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)N1為低電平，避免U3輸出改變狀態(tài)，這樣可使U3輸出保持為低電平，并在U8進(jìn)行測(cè)試時(shí)狀態(tài)不發(fā)生改變。

通過(guò)對(duì)連接電路進(jìn)行分析以及在多個(gè)層次上使用禁止和抑制技術(shù)，測(cè)試儀可以將被測(cè)元件隔離開(kāi)來(lái)，大大減少板上電路的干擾，從而施加更加全面的測(cè)試信號(hào)。這些隔離技術(shù)提高了在線數(shù)字測(cè)試的精度、穩(wěn)定性和重復(fù)性，在生產(chǎn)測(cè)試中能得到準(zhǔn)確的結(jié)果。

反向驅(qū)動(dòng)有害嗎？

在線測(cè)試應(yīng)用反向驅(qū)動(dòng)已有二十多年了，但也一直存在著爭(zhēng)論，這是因?yàn)榉聪蝌?qū)動(dòng)常常造成電流超過(guò)元件的額定值。一些業(yè)界的研究證明，反向驅(qū)動(dòng)技術(shù)使用不當(dāng)會(huì)對(duì)數(shù)字元件產(chǎn)生過(guò)大的壓力或者引起永久性損害。反向驅(qū)動(dòng)造成的失效可分為兩類(lèi)：

◆熱失效 受到反向驅(qū)動(dòng)的元件上面流過(guò)的電流會(huì)提高元件輸出節(jié)點(diǎn)和焊線的溫度，溫度升高與多個(gè)變量有關(guān)，包括電流大小、持續(xù)時(shí)間、元件封裝和所用技術(shù)等。當(dāng)元件內(nèi)連在一個(gè)焊接線路上的多個(gè)輸出腳同時(shí)被反向驅(qū)動(dòng)為一種邏輯狀態(tài)時(shí)，該線路的溫度就會(huì)上升到很高，這種情況下一個(gè)IC的******安全反向驅(qū)動(dòng)時(shí)間是受驅(qū)動(dòng)輸出的數(shù)量和電流總量的函數(shù)。

如果反向驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的電流使焊線溫度升至它的熔點(diǎn)以上，就會(huì)使焊線失效。此外，重復(fù)的電流脈沖即使不使引線溫度升至熔點(diǎn)之上也仍然會(huì)使其產(chǎn)生疲勞，導(dǎo)致潛在缺陷和早期失效。

◆晶體管閉鎖 在一些數(shù)字元件(主要是CMOS元件)引腳上施加大于元件“安全值”的電壓將會(huì)使晶體管處于大電流甚至是破壞狀態(tài)，當(dāng)一個(gè)被反向驅(qū)動(dòng)的輸出突然改變邏輯狀態(tài)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生觸發(fā)閉鎖狀態(tài)的過(guò)壓或欠壓。

防止反向驅(qū)動(dòng)問(wèn)題

為防止反向驅(qū)動(dòng)造成可能的損傷，在線測(cè)試儀使用了下面一些方式：

◆電流回饋 一些在線測(cè)試儀具有固定電流回饋電路，限制驅(qū)動(dòng)器在整個(gè)測(cè)試時(shí)間內(nèi)施加反向驅(qū)動(dòng)電流的總量，這一內(nèi)置的硬件保護(hù)可確保受到反向驅(qū)動(dòng)的IC焊線沒(méi)有足夠的時(shí)間達(dá)到受損溫度。

◆測(cè)試時(shí)間限制 一些在線測(cè)試儀裝有可以控制******測(cè)試時(shí)間的可編程定時(shí)器，這種方法可作為一種附加的保護(hù)限制反向驅(qū)動(dòng)的時(shí)間。由于對(duì)測(cè)試時(shí)間進(jìn)行了限制，所以反向驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的熱應(yīng)力可保持在元件運(yùn)行的安全范圍內(nèi)。

◆自動(dòng)冷卻延遲 元件引腳應(yīng)力過(guò)大不只是因?yàn)槟炒螠y(cè)試時(shí)間太長(zhǎng)，也可能因?yàn)橐幌盗袦y(cè)試都在同一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行。例如有一個(gè)元件輸出腳要驅(qū)動(dòng)10個(gè)不同元件的輸入腳，該輸出腳在這10個(gè)元件進(jìn)行測(cè)試時(shí)都將受到反向驅(qū)動(dòng)，如果這10個(gè)元件依次連著進(jìn)行測(cè)試，則該輸出腳上的反向驅(qū)動(dòng)應(yīng)力將超過(guò)其額定值。

為防止這種情況導(dǎo)致輸出引腳應(yīng)力過(guò)大，一些測(cè)試儀在每次數(shù)字測(cè)試之間插入一段自動(dòng)冷卻延遲時(shí)間，它保證了引腳驅(qū)動(dòng)器的占空比不超過(guò)10%，即驅(qū)動(dòng)時(shí)間不超過(guò)整個(gè)測(cè)試時(shí)間的10%。

◆反驅(qū)動(dòng)預(yù)分析 一些在線測(cè)試儀使用了反向驅(qū)動(dòng)預(yù)分析軟件，該軟件對(duì)元件型號(hào)、電路連接和元件使用技術(shù)等進(jìn)行綜合考慮，預(yù)測(cè)出元件在每次測(cè)試時(shí)將承受的反向驅(qū)動(dòng)電流應(yīng)力，并對(duì)反向驅(qū)動(dòng)應(yīng)力超過(guò)預(yù)定閾值的測(cè)試提前進(jìn)行報(bào)告。

出錯(cuò)原因

正確運(yùn)用這些技術(shù)能消除反向驅(qū)動(dòng)可能會(huì)對(duì)元件造成的應(yīng)力，然而在有些情況下，上述技術(shù)常常無(wú)法有效地工作。

◆禁止不完全或有遺漏 由于電子市場(chǎng)變化迅速以及定制數(shù)字元件使用的增長(zhǎng)，使得測(cè)試設(shè)備供應(yīng)商和測(cè)試技術(shù)開(kāi)發(fā)人員很難使他們的元件庫(kù)能根據(jù)最新型號(hào)元件進(jìn)行更新。由于這一原因，許多測(cè)試技術(shù)開(kāi)發(fā)人員都被迫使用不完整及未經(jīng)認(rèn)證的元件型號(hào)，或者只好選擇不需要元件型號(hào)的那種不徹底的非矢量測(cè)試技術(shù)。

在元件型號(hào)不完全或沒(méi)有的情況下，在線測(cè)試儀軟件缺少所需資料對(duì)周?chē)?shí)施正確的禁止和抑制。即使能提供完整的元件型號(hào)資料，有時(shí)候電路的布線配置還是會(huì)使禁止和抑制無(wú)法正確實(shí)施。這樣就有可能在沒(méi)有適當(dāng)隔離的情況下進(jìn)行測(cè)試，導(dǎo)致一些元件的引腳產(chǎn)生過(guò)量反向驅(qū)動(dòng)并可能在某些元件引腳上出現(xiàn)瞬態(tài)電壓。

◆PCB有故障 在線測(cè)試儀使用的反向驅(qū)動(dòng)保護(hù)特性在測(cè)試沒(méi)有故障的PCB時(shí)能正常工作，但是第一次進(jìn)行測(cè)試的PCB很可能是有故障的，下面看一下PCB故障狀態(tài)如何影響反向驅(qū)動(dòng)保護(hù)特性。

在圖1的數(shù)字電路中，對(duì)U8進(jìn)行測(cè)試時(shí)有許多故障情形都會(huì)產(chǎn)生異常反向驅(qū)動(dòng)，例如：

1．節(jié)點(diǎn)N6開(kāi)路或U1內(nèi)部有缺陷都會(huì)使U1輸出始終處于使能狀態(tài)；

2．U3可能被一個(gè)邏輯功能相同但電氣特性不同的元件替換；

3．U2輸出晶體管的內(nèi)部故障使得輸出電流大于正常值；

4．測(cè)試探針與PCB上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)生短路引起測(cè)試儀驅(qū)動(dòng)器的反向驅(qū)動(dòng)電流大于正常值。

傳統(tǒng)的在線測(cè)試儀一般檢測(cè)不到這4種故障狀態(tài)，因?yàn)檫B在故障節(jié)點(diǎn)上的驅(qū)動(dòng)器會(huì)補(bǔ)償反向驅(qū)動(dòng)電流以克服故障，獲得所需的編程電壓，從而掩蓋了故障缺陷，而測(cè)試操作員根本就不知道還需要比正常值大的反向驅(qū)動(dòng)電流來(lái)克服這些故障狀態(tài)。

◆反向驅(qū)動(dòng)預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確 用以預(yù)測(cè)反向驅(qū)動(dòng)電流的軟件首先假設(shè)所有禁止和抑制都工作正常并且PCB上沒(méi)有故障，當(dāng)這些假設(shè)不成立時(shí)它就不能精確地預(yù)測(cè)出反向驅(qū)動(dòng)電流；另外僅僅因?yàn)樵c元件之間輸出電流特性方面存在差異也會(huì)導(dǎo)致反向驅(qū)動(dòng)預(yù)測(cè)軟件分析不準(zhǔn)確。

反向驅(qū)動(dòng)檢測(cè)

新一代在線測(cè)試技術(shù)可以測(cè)量和報(bào)告實(shí)際反向驅(qū)動(dòng)電流值和施加時(shí)間，這種技術(shù)使測(cè)試程序開(kāi)發(fā)人員能更清楚地看到每次測(cè)試的反向驅(qū)動(dòng)電流大小，并使他們可以設(shè)置反向驅(qū)動(dòng)電流閾值以便在生產(chǎn)測(cè)試中檢測(cè)出其它故障。

◆反向驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè) 新型引腳驅(qū)動(dòng)器電路技術(shù)包括了能指示反向驅(qū)動(dòng)電流幅值的電流檢測(cè)電路，它可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)器所需電流的大小以使被驅(qū)動(dòng)PCB節(jié)點(diǎn)達(dá)到所設(shè)置的電壓。

◆可編程反向驅(qū)動(dòng)電流/時(shí)間限制 新型引腳驅(qū)動(dòng)器技術(shù)還配了一個(gè)定時(shí)器，監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)器輸出超過(guò)規(guī)定反向驅(qū)動(dòng)電流值的時(shí)間長(zhǎng)度，這樣當(dāng)節(jié)點(diǎn)電流值和時(shí)間超出設(shè)置人員認(rèn)為正常的閾值時(shí)在線測(cè)試儀能夠立即動(dòng)作，切斷反向驅(qū)動(dòng)電流。

反向驅(qū)動(dòng)電流閾值可設(shè)定為50mA到600mA，反向驅(qū)動(dòng)時(shí)間可設(shè)為750ns到23ms，反向驅(qū)動(dòng)時(shí)間監(jiān)測(cè)電路的分辨率使測(cè)試儀可以檢測(cè)到短至一個(gè)測(cè)試向量的反向驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。

下面的例句顯示連在節(jié)點(diǎn)N8上的驅(qū)動(dòng)器如何編程使得在反向驅(qū)動(dòng)電流施加時(shí)間大于750ns時(shí)防止它大于150mA：

ASSIGN LGC LVLA(N8) VIHA=3.0 VILA=0.2 BDIA=150M BDIT=750N

如果測(cè)試過(guò)程中超過(guò)反向驅(qū)動(dòng)極限，測(cè)試儀將停止測(cè)試并報(bào)告超出設(shè)置閾值的驅(qū)動(dòng)器和PCB節(jié)點(diǎn)。

新方法的優(yōu)點(diǎn)

這種新型引腳驅(qū)動(dòng)器技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括：

◆反向驅(qū)動(dòng)報(bào)告準(zhǔn)確，測(cè)試更加可靠 因?yàn)檫@種新方法測(cè)量的是真實(shí)工作條件下的反向驅(qū)動(dòng)電流和時(shí)間，比之用元件型號(hào)資料來(lái)預(yù)測(cè)反向驅(qū)動(dòng)電流的軟件技術(shù)更為精確，操作者可以相信使用這一新方法所報(bào)告的反向驅(qū)動(dòng)信息是可靠的。

使用軟件很容易分析測(cè)試中每個(gè)引腳驅(qū)動(dòng)器使用的反向驅(qū)動(dòng)電流量，并以報(bào)告形式給出信息(如圖2)。該報(bào)告能很快告訴編程人員哪一個(gè)引腳驅(qū)動(dòng)器使用了過(guò)量的反向驅(qū)動(dòng)電流，編程人員然后就可利用這一信息來(lái)增加或修正被遺漏或有缺陷的隔離信息。

在將測(cè)試程序用于生產(chǎn)之前消除不必要的反向驅(qū)動(dòng)可以減少PCB元件的應(yīng)力，提高測(cè)試程序可靠性。

◆測(cè)試程序開(kāi)發(fā)更加簡(jiǎn)化 由于開(kāi)發(fā)人員不需要在他們的元件庫(kù)中保持反向驅(qū)動(dòng)狀態(tài)信息或者運(yùn)行額外的軟件來(lái)預(yù)測(cè)元件反向驅(qū)動(dòng)電流理論值，所以測(cè)試程序開(kāi)發(fā)工作簡(jiǎn)化多了。

◆可以設(shè)置反向驅(qū)動(dòng)閾值 不像以前在線引腳技術(shù)中連線反向驅(qū)動(dòng)電流要受引腳驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)的限制，新型引腳驅(qū)動(dòng)器技術(shù)的反向驅(qū)動(dòng)電流和時(shí)間閾值可以按引腳、測(cè)試分別進(jìn)行設(shè)置，這樣可以使測(cè)試編程人員對(duì)敏感元件節(jié)點(diǎn)設(shè)置獨(dú)立的反向驅(qū)動(dòng)閾值，而不必顧及非敏感元件節(jié)點(diǎn)。

◆增加故障檢測(cè) 由于新型引腳驅(qū)動(dòng)器技術(shù)既可以測(cè)量反向驅(qū)動(dòng)特性又可對(duì)它進(jìn)行編程，因此可以在一塊已知的好板上測(cè)量反向驅(qū)動(dòng)電流，然后根據(jù)測(cè)量值來(lái)設(shè)置反向驅(qū)動(dòng)電流閾值。

這樣測(cè)試儀就可以檢測(cè)到上文提及一般檢測(cè)不到的故障狀態(tài)，包括：

1．有故障元件控制信號(hào)。

2．零件錯(cuò)誤，雖然邏輯功能相同但輸出電流能力不同。

3．晶體管輸出故障，輸出電流大于正常值。

4．測(cè)試探針與其它節(jié)點(diǎn)短路。

這些故障之所以可檢測(cè)到是因?yàn)楣收习迳系姆聪蝌?qū)動(dòng)電流特性與好板上的反向驅(qū)動(dòng)電流特性不同，軟件檢測(cè)到故障板所需的反向驅(qū)動(dòng)電流要比無(wú)故障板大得多。

◆測(cè)試生產(chǎn)率更高 只有在對(duì)同一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)測(cè)試并且該節(jié)點(diǎn)在第一次測(cè)試時(shí)確實(shí)處于反向驅(qū)動(dòng)的情況下，才需要用到冷卻延遲將反向驅(qū)動(dòng)占空比限制為10%或更少。

過(guò)去的引腳處理技術(shù)無(wú)法判定節(jié)點(diǎn)在第一次測(cè)試時(shí)是否處于實(shí)際反向驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，所以執(zhí)行下一次測(cè)試之前軟件會(huì)無(wú)條件等待；新的引腳處理技術(shù)很好地利用了已有的反向驅(qū)動(dòng)信息，軟件能夠判定公共節(jié)點(diǎn)在第一次測(cè)試時(shí)是否處于反向驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。如果公共節(jié)點(diǎn)沒(méi)有受到反向驅(qū)動(dòng)，軟件就立即進(jìn)行下一個(gè)測(cè)試而不用等待冷卻時(shí)間，從而提高了數(shù)字測(cè)試的整體生產(chǎn)率。

本文小結(jié)

新一代在線數(shù)字引腳電子技術(shù)能準(zhǔn)確測(cè)量反向驅(qū)動(dòng)電流、檢測(cè)其它PCB故障、提高測(cè)試可靠性、減少元件反向驅(qū)動(dòng)應(yīng)力、簡(jiǎn)化測(cè)試程序生成并提高線路測(cè)試的生產(chǎn)率。