在線測試儀采用針床夾具接觸印制線路板上的每個節(jié)點，然后將每個元件單獨隔離起來進行測試，就好像它是PCB上唯一的元件一樣。如果每一個元件都測試通過，就可以認為這塊板沒有裝配缺陷并具有正常的應(yīng)用功能，這一測試策略之所以可行是因為測試儀使用的技術(shù)可以使被測元件周圍的元件不會對其產(chǎn)生電性影響。

數(shù)字隔離技術(shù)

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

為保證測試儀能夠驅(qū)動U8輸入腳達到所需邏輯狀態(tài)，數(shù)字引腳驅(qū)動器應(yīng)設(shè)計為低阻抗電流源，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)點達到測試所需的邏輯電平。這種短時間過度激勵元件輸出使一個節(jié)點變?yōu)榉聪蜻壿嫚顟B(tài)的技術(shù)通常稱為反向驅(qū)動。

在圖1當中，若N1或N2為邏輯低電平，那么U3的輸出將使N8也為低電平。如果在測試U8時測試儀要求引腳4為高電平，則連在節(jié)點N8上的驅(qū)動器就應(yīng)在短時內(nèi)輸出足夠的電流對U3輸出提供反向驅(qū)動，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，在線測試儀使用一種稱為“禁止”的技術(shù)。在圖1中，U5的輸出可由一個使能信號來控制，給節(jié)點N9一個低電平將使U5輸出為高阻狀態(tài)，從而有效地將它斷開，這樣就不會和U8的引腳16輸出相沖突。

禁止技術(shù)在驅(qū)動元件輸入引腳時也能有效消除對反向驅(qū)動輸出的要求。再看圖1，U1輸出可由一個使能信號進行控制，給節(jié)點N6一個高電平將使U1輸出為高阻狀態(tài)，相當于將U1從電路中取走。禁止U1之后，測試儀在施加測試向量到U8引腳11時，節(jié)點N7上的驅(qū)動器就無需再施加任何反向驅(qū)動電流了。

但這一技術(shù)只能用于具有三態(tài)邏輯輸出的器件，不能斷開像圖中U2和U3這類兩態(tài)邏輯輸出器件，因為這類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。在測試U8時，任何施加于N8的測試向量如果為低電平，都會要求測試儀驅(qū)動器在短時間內(nèi)提供大量電流使得節(jié)點N8變低。節(jié)點N1和N2中任一個邏輯狀態(tài)從高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖胶骍3輸出也將會由高變?yōu)榈?，如果這是在輸出受到反向驅(qū)動時發(fā)生，那么用于對輸出進行反向驅(qū)動的電流就不需要了，它將在受反向驅(qū)動的節(jié)點處以瞬態(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規(guī)定的電壓值，就會損傷節(jié)點上的器件，而更嚴重的是瞬態(tài)電壓會使被測器件表現(xiàn)為一個短暫的邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)換，從而使被測器件判為失效。

為防止這一情況發(fā)生，在線測試儀使用了一種稱為“抑制”的技術(shù)。圖1中在U8測試的時候會驅(qū)動節(jié)點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進行測試時狀態(tài)不發(fā)生改變。

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

反向驅(qū)動有害嗎？

在線測試應(yīng)用反向驅(qū)動已有二十多年了，但也一直存在著爭論，這是因為反向驅(qū)動常常造成電流超過元件的額定值。一些業(yè)界的研究證明，反向驅(qū)動技術(shù)使用不當會對數(shù)字元件產(chǎn)生過大的壓力或者引起永久性損害。反向驅(qū)動造成的失效可分為兩類：

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

如果反向驅(qū)動產(chǎn)生的電流使焊線溫度升至它的熔點以上，就會使焊線失效。此外，重復(fù)的電流脈沖即使不使引線溫度升至熔點之上也仍然會使其產(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”的電壓將會使晶體管處于大電流甚至是破壞狀態(tài)，當一個被反向驅(qū)動的輸出突然改變邏輯狀態(tài)時，會產(chǎn)生觸發(fā)閉鎖狀態(tài)的過壓或欠壓。

防止反向驅(qū)動問題

為防止反向驅(qū)動造成可能的損傷，在線測試儀使用了下面一些方式：

◆電流回饋 一些在線測試儀具有固定電流回饋電路，限制驅(qū)動器在整個測試時間內(nèi)施加反向驅(qū)動電流的總量，這一內(nèi)置的硬件保護可確保受到反向驅(qū)動的IC焊線沒有足夠的時間達到受損溫度。

◆測試時間限制 一些在線測試儀裝有可以控制******測試時間的可編程定時器，這種方法可作為一種附加的保護限制反向驅(qū)動的時間。由于對測試時間進行了限制，所以反向驅(qū)動產(chǎn)生的熱應(yīng)力可保持在元件運行的安全范圍內(nèi)。

◆自動冷卻延遲 元件引腳應(yīng)力過大不只是因為某次測試時間太長，也可能因為一系列測試都在同一節(jié)點進行。例如有一個元件輸出腳要驅(qū)動10個不同元件的輸入腳，該輸出腳在這10個元件進行測試時都將受到反向驅(qū)動，如果這10個元件依次連著進行測試，則該輸出腳上的反向驅(qū)動應(yīng)力將超過其額定值。

為防止這種情況導(dǎo)致輸出引腳應(yīng)力過大，一些測試儀在每次數(shù)字測試之間插入一段自動冷卻延遲時間，它保證了引腳驅(qū)動器的占空比不超過10%，即驅(qū)動時間不超過整個測試時間的10%。

◆反驅(qū)動預(yù)分析 一些在線測試儀使用了反向驅(qū)動預(yù)分析軟件，該軟件對元件型號、電路連接和元件使用技術(shù)等進行綜合考慮，預(yù)測出元件在每次測試時將承受的反向驅(qū)動電流應(yīng)力，并對反向驅(qū)動應(yīng)力超過預(yù)定閾值的測試提前進行報告。

出錯原因

正確運用這些技術(shù)能消除反向驅(qū)動可能會對元件造成的應(yīng)力，然而在有些情況下，上述技術(shù)常常無法有效地工作。

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

在元件型號不完全或沒有的情況下，在線測試儀軟件缺少所需資料對周圍元件實施正確的禁止和抑制。即使能提供完整的元件型號資料，有時候電路的布線配置還是會使禁止和抑制無法正確實施。這樣就有可能在沒有適當隔離的情況下進行測試，導(dǎo)致一些元件的引腳產(chǎn)生過量反向驅(qū)動并可能在某些元件引腳上出現(xiàn)瞬態(tài)電壓。

◆PCB有故障 在線測試儀使用的反向驅(qū)動保護特性在測試沒有故障的PCB時能正常工作，但是第一次進行測試的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)動保護特性。

在圖1的數(shù)字電路中，對U8進行測試時有許多故障情形都會產(chǎn)生異常反向驅(qū)動，例如：

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

2．U3可能被一個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．測試探針與PCB上其它節(jié)點發(fā)生短路引起測試儀驅(qū)動器的反向驅(qū)動電流大于正常值。

傳統(tǒng)的在線測試儀一般檢測不到這4種故障狀態(tài)，因為連在故障節(jié)點上的驅(qū)動器會補償反向驅(qū)動電流以克服故障，獲得所需的編程電壓，從而掩蓋了故障缺陷，而測試操作員根本就不知道還需要比正常值大的反向驅(qū)動電流來克服這些故障狀態(tài)。

◆反向驅(qū)動預(yù)測不準確 用以預(yù)測反向驅(qū)動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上沒有故障，當這些假設(shè)不成立時它就不能精確地預(yù)測出反向驅(qū)動電流；另外僅僅因為元件與元件之間輸出電流特性方面存在差異也會導(dǎo)致反向驅(qū)動預(yù)測軟件分析不準確。

反向驅(qū)動檢測

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

◆反向驅(qū)動電流檢測 新型引腳驅(qū)動器電路技術(shù)包括了能指示反向驅(qū)動電流幅值的電流檢測電路，它可以實時監(jiān)測驅(qū)動器所需電流的大小以使被驅(qū)動PCB節(jié)點達到所設(shè)置的電壓。

◆可編程反向驅(qū)動電流/時間限制 新型引腳驅(qū)動器技術(shù)還配了一個定時器，監(jiān)測驅(qū)動器輸出超過規(guī)定反向驅(qū)動電流值的時間長度，這樣當節(jié)點電流值和時間超出設(shè)置人員認為正常的閾值時在線測試儀能夠立即動作，切斷反向驅(qū)動電流。

反向驅(qū)動電流閾值可設(shè)定為50mA到600mA，反向驅(qū)動時間可設(shè)為750ns到23ms，反向驅(qū)動時間監(jiān)測電路的分辨率使測試儀可以檢測到短至一個測試向量的反向驅(qū)動狀態(tài)。

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

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

如果測試過程中超過反向驅(qū)動極限，測試儀將停止測試并報告超出設(shè)置閾值的驅(qū)動器和PCB節(jié)點。

新方法的優(yōu)點

這種新型引腳驅(qū)動器技術(shù)的優(yōu)點包括：

◆反向驅(qū)動報告準確，測試更加可靠 因為這種新方法測量的是真實工作條件下的反向驅(qū)動電流和時間，比之用元件型號資料來預(yù)測反向驅(qū)動電流的軟件技術(shù)更為精確，操作者可以相信使用這一新方法所報告的反向驅(qū)動信息是可靠的。

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

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

◆測試程序開發(fā)更加簡化 由于開發(fā)人員不需要在他們的元件庫中保持反向驅(qū)動狀態(tài)信息或者運行額外的軟件來預(yù)測元件反向驅(qū)動電流理論值，所以測試程序開發(fā)工作簡化多了。

◆可以設(shè)置反向驅(qū)動閾值 不像以前在線引腳技術(shù)中連線反向驅(qū)動電流要受引腳驅(qū)動器設(shè)計的限制，新型引腳驅(qū)動器技術(shù)的反向驅(qū)動電流和時間閾值可以按引腳、測試分別進行設(shè)置，這樣可以使測試編程人員對敏感元件節(jié)點設(shè)置獨立的反向驅(qū)動閾值，而不必顧及非敏感元件節(jié)點。

◆增加故障檢測 由于新型引腳驅(qū)動器技術(shù)既可以測量反向驅(qū)動特性又可對它進行編程，因此可以在一塊已知的好板上測量反向驅(qū)動電流，然后根據(jù)測量值來設(shè)置反向驅(qū)動電流閾值。

這樣測試儀就可以檢測到上文提及一般檢測不到的故障狀態(tài)，包括：

1．有故障元件控制信號。

2．零件錯誤，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．測試探針與其它節(jié)點短路。

這些故障之所以可檢測到是因為故障板上的反向驅(qū)動電流特性與好板上的反向驅(qū)動電流特性不同，軟件檢測到故障板所需的反向驅(qū)動電流要比無故障板大得多。

◆測試生產(chǎn)率更高 只有在對同一節(jié)點進行連續(xù)測試并且該節(jié)點在第一次測試時確實處于反向驅(qū)動的情況下，才需要用到冷卻延遲將反向驅(qū)動占空比限制為10%或更少。

過去的引腳處理技術(shù)無法判定節(jié)點在第一次測試時是否處于實際反向驅(qū)動狀態(tài)，所以執(zhí)行下一次測試之前軟件會無條件等待；新的引腳處理技術(shù)很好地利用了已有的反向驅(qū)動信息，軟件能夠判定公共節(jié)點在第一次測試時是否處于反向驅(qū)動狀態(tài)。如果公共節(jié)點沒有受到反向驅(qū)動，軟件就立即進行下一個測試而不用等待冷卻時間，從而提高了數(shù)字測試的整體生產(chǎn)率。

本文小結(jié)

新一代在線數(shù)字引腳電子技術(shù)能準確測量反向驅(qū)動電流、檢測其它PCB故障、提高測試可靠性、減少元件反向驅(qū)動應(yīng)力、簡化測試程序生成并提高線路測試的生產(chǎn)率。