IPC-2221A-2003中文版-印制板设计通用标准 - 第19页
设计电 路使用 测试 连 接 器作 为 电 路 的 激励 源 ( 例 如 把 数 据 总 线 连到 测试 连 接 器上 ) 、 或 作 为 电 路 功能开 关使用 。 3.5.3.2 触发和同步问题 一 些设计或设计的 一 部分不 需 要任何 触 发电 路、 因为 电 路 很 快 进 入 预定功能。 遗憾 的 是这种 电 路 很难 与 测试 仪 同步 、 因为 测试 仪需 在电 路输 出 端 得 到 预 期 的 信 号 触 发电 路 的…
板组装件的输入端施加预定的激励信号、通过
监测输出端的结果来确认设计是否正确。在线
测试是用于检测印制板组装件的制造缺陷。在
线测试仪通过测试针床进行测试、针床与印制
板的每个节点相接触。印制板上每个部件都被
执行检测。在线测试对设计的限制较少。敷形
涂覆印制板组装件和部分表贴技术以及混合技
术的印制板组装件在线测试存在针床接触问题
可能会禁止使用在线测试。在线测试的主要关
注点是(1)焊盘和管脚必须在网格上(因为要与
针床匹配起来)、(2)从印制板组装件的底
面
进行测试的可能性(通孔板的非元件面或焊接
面)。
制造缺陷分析器(MDA)与传统的在线测试相比
成本低廉。与在线测试仪相似、MDA检测印制
板组装件构造的缺陷。 它是测试类型的一部
分、它主要测试短路和断路而不需在印制板组
装件上施加电。在严格控制的制造工艺(即统
计过程控制技术)中、MDA在印制板组装件测试
策略中很有应用价值。
无向量测试是另一种低成本的在线测试技术。
它是测试SMT印制板上与制造流程相关的管脚
错误、不须
执行测试矢量程序。它是一种不通
电测试技术、包含三种类型:
1. 模拟连接测试 使用ESD二极管保护技术对
印制板组装件的独特的管脚对作直流测
试、该技术应用在大部分的数字和混合信
号管脚测试中。
2. RF感应测试 磁感应技术使用印制板组装
件元件二极管保护技术来检测元件故障部
件错误。它使用芯片的电源和接地的管脚
产生测试码、检测组件的信号线焊接是否
断路、簇线是否被截断、元件是否被ESD损
坏。部件的不正确定位也可检出。在这类
的测试中需
要磁感应夹具。
3. 电容耦合测试 使用电容耦合技术测试管
脚焊接是否正确、使用元件的金属引线结
构测试管脚而不是使用元件的互连电路进
行测试。此技术可应用于连接器、插座、
引线结构以及 电 容 的 极 性 正确与否的测
试。
3.5.2 边界扫描测试
随着器件管脚间距越来
越短、印制板器件和线路更密、在线测试可能
难以完成所有检测。集成电路的边界扫描标准
(IEEE 1149.1)提供了虚拟在线测试技术以解
决此类问题。边界扫描应用扫描寄存器技术、
在设计的关键位置放置特定的扫描寄存器代价
相当于损失一些I/O管脚。在大部分组合电路
中、测试问题得以简化。
在一些应用中、印制板组装件输入输出的扫描
寄存器允许边安装边测试。若设计更复杂、增
加扫描寄存器可捕获中间结果、部分设计需测
试矢量进行检测。
IEEE 1149.1中有标准存取接口和边界扫描结
构的完整描述。可测试性不需要完整的测试存
取接口通过扫描寄存器获得。
测试策略中使用边界扫描技术要进行可行性考
虑、实现此技术需要软件的支撑、同时要考虑
重要设备的投资回报。边界扫描测试可由一个
低成本以PC基础的测试仪进行。它只需通过边
界连接器或功能模块连接即可。在线测试、混
合测试仪都适合进行边界测试操作。
3.5.3 印制板组装件功能测试事项
有几个与
印制板组装件功能可测试性设计相关的问题。
关于测试连接器的使用、初始化和同步问题、
长计数器链、自我诊断、物理测试等、将在下
面各节详细讨论。这些讨论不是对可测试性的
指导、而是如何解决典型的功能测试问题的意
见。
3.5.3.1 测试连接器
敷形涂层板以及大多数
SMT和混合贴装技术设计进行故障隔离非常困
难、因为缺少与板上电路的接触点。
如果关键信号可连接到测试连接器上或在印制
板的某一信号可探测区域(测试点)、则故障就
可分离、这样就降低了检测、隔离和纠正的成
本。
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设计电路使用测试连接器作为电路的激励源
(例如把数据总线连到测试连接器上)、或作为
电路功能开关使用。
3.5.3.2 触发和同步问题
一些设计或设计的
一部分不需要任何触发电路、因为电路很快进
入预定功能。遗憾的是这种电路很难与测试仪
同步、因为测试仪需在电路输出端得到预期的
信号触发电路的程序进行测试,这样实现比较
困难。
可以在设计中进行改进、将触发能力设计到电
路中、印制板将快速触发、电路和测试仪将在
印制板组装件上获取预期的输出。
在测试中、无约束运行的晶振也会产生问题、
因为测试设
备总产生难于同步的问题。这些问
题能够克服、方法如下：①在测试电路中使用
测试时钟代替晶振；②测试时移出晶振并外加
测试时钟； ③将信号超驰；④设计时钟系统
并使时钟能通过测试连接器或测试点得到控
制。
3.5.3.3 长计数器链
在设计的信号中使用长
计数器链将产生可测试性减弱问题。无意义预
设不同值的计数器链驱动设计、并简化逻辑测
试时会使可测试性变差。
如果将长计数器链截短为短计数器链(最好不
超过10级)、单独进行控制、或由软件进行装
载、可测试性将得到较大的改善。测试软件可
校验来自计数器驱动逻辑操作、不浪费仿真和
测试时间、但需要使用时钟控制整
个计数器
链。
3.5.3.4 ⾃诊断
自诊断有时是合同要求有时
是派生的要求、因此要仔细考虑并决定如何实
现这些要求。
有时印制板组装件在PCB组装件级检测中不包
含自诊断功能、但一小组印制板组装件作为一
个单元时、就能进行很好的自诊断。例如、一
个复杂的傅立叶转换(FFT)函数功能需要多块
印制板组装件来实现、其中任一块板进行自诊
断都可能非常困难、然而整个FFT函数电路进
行自
诊断则非常简单。
自诊断所需的深度由行转换单元(LRU)根据需
求不同而不同。它可能是集成电路、也可能是
合同规定的电子、设计的功能或者是系统级的
维护原理。
印制板组装件的自诊断中、通常将其进入一个
测试模式、然后施加一套已知的测试输入并与
存储的预期输出结果相比较。如果结果与预期
结果不匹配、测试设备产生印制板组装件自检
失败的信号。这种方案有许多变异、例如下述
例子：
1. 印制板组装件处于反馈回路中、在运行预
设次数的周期后校验其结果；
2. 在特定的测试电路或中央处理器(CPU)执行
激励、并将响应讯号与已知的图形进行比
较。
3. 印制板组装件在待机时进行自检、然后将
结果送至其它(或诊断)印制板组件进行验
证。
3.5.3.5 物理测试考虑
印制板组装件功能测
试设备通常价格昂贵并需要技术熟悉人员进行
操作。如果印制板组装件可测试性差、则测试
操作代价将很高。通过简单的物理考虑能够减
少校验时间和测试成本。
极性部件的定位要保持一致、使操作员不会混
淆部件和部件180°旋转后的极性。非极性器
件也要标识出器件的第一管脚、使测试员了解
是从哪个特定管脚引向探针。
测试连接器优于需要使用测试夹具或连线的测
试点。然而测试点例如引线的增加优于部件引
线的夹具。如果增加的引线是用于暂时测试、
例如来确定通过测试选择电阻器、建议将增加
的引线保留到被选择的元件安装后。这样就无
需对组件再固定就可验证所选择元件。
探针不能检测到的信号(例如无引线元件时可
能发生）、会增加故障隔离的难度。若没有使
用扫描寄存器、推荐所有的信号都采用焊盘或
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在组件其它位置使用其他测试点以便于测试。
用作测试点的焊盘最好设置在网格上并使顶层
或底层都能检测到。若对每个信号加探针不可
行、则:(1)目标信号必须有探针定位,(2)在一
个或多个器件中增加测试矢量或应用其它测试
技术来隔离故障。
许多故障通常是由于相邻器件引线间的短路、
PCB器件引线和外层布线层的短路、PCB外层导
体之间的短路引起。物理设计必须考虑正常工
艺的缺陷、不致由于没有或不方便信号读取导
致的无法减少的故障隔离。在线可测试性设计
中使用的探针和测试点应在网格上、以便探针
在夹具上可自动探测。
电气性能有时要求设计按功能分区、将数字电
路与模拟电路分离。物理设计中按照不同功能
进行分区对于测试也有帮助。不但电路分开、
测试连接器或至少是连接器上管脚也分开都可
提高可测试性。在高性能的模拟和数字混合设
计中、测试可能需要两种或多种测试设备。信
号分开对测试夹具和印制板组装件的查错操作
都有帮助。
使用在线测试夹具和功能测试夹具对成本有显
著的影响。通常采用测试一个标准板尺寸或极
少数板尺寸来代表设计中一个程序的所有板。
相似的一种或少数的测试夹具用于一个程序。
制造测试夹具是有代价的、在夹具中调试程序
或测试设备调试夹具的代价也是昂贵的。若夹
具与工程不匹配则无法进行正确的测试。典型
的做法是制作少量的测试
夹具并期望它们可在
所有的设计中使用。因此测试夹具的限制作用
应在印制板组件设计中充分考虑。这种限制作
用是显着的、例如:(1)特定的连接器管脚需要
电源和地:(2)管脚作为高速信号有哪些限制；
(3)管脚作为低噪声应用有哪些限制；(4)定义
电源开关限制、定义每个管脚的电压电流限制
等。
3.5.4 印制板组装件在线测试事项
在线测试
用于发现短路、断路、错误器件、倒置器件、
损坏的元件、印制板组装件的不正确安装及其
它的制造缺陷。在线测试无法发现边界部分的
错误、也无法验证关键时序参数和电路设计功
能。
数字电路板组装件的在线测试包含一个称作
“反向驱动”(见IPC-T-50)的过程。反向驱动
会导致器件振荡、驱动能力不够就无法带动设
备。反向驱动只能在受控时间内进行、否则器
件的结点(由于过驱动输出)会过热。印制板和
印制板组装件的在线可测试性设计主要包含两
个方面: 在线测试夹具兼容性的设计和电气设
计考虑。有关细节在下面讨论。
3.5.4.1 在线测试夹具
在线测试夹具通常叫
“针床”夹具、该夹具通过弹性探针与待测试
的印制板的每个节点相连．下面是印制板组件
布线应遵循的原则、以提高其在针床夹具上的
在线可测试性。
1. 作为测试盘的通孔焊盘和中继孔焊盘直径
是孔径的函数(见9.1.1)。用于探针的测
试盘直径应不小于0.9mm[0.0354in]、在
板面积小于7700mm
2
[11.935in
2
]时、使用
0.6mm[0.0236in]盘径是可行的。
2. 测试探针周围的间隙取决于组装工艺。探
针应放置在距离邻接器件高度的80％的间
距处、最小为0.6mm[0.0236in]、最大5mm
[0.20in](见图3-2)。
3. 板的探测面上器件的高度不得超过5.7mm
[0.224in]、 板上更高的器件将要求测试
夹具切割缺口。测试盘应距离高器件5mm
[0.20in]、这考虑了在测试夹具制造的轮
廓公差(见图3-3)。
4. 所有部件或测试盘 距 离 板边均不
小于3
mm。
5. 所有的探针区域必须为焊料涂覆或防氧化
导电层、不得有阻焊剂和标记。
6. 探针应测试焊盘或导通孔、不可测试无引
线表面安装器件的终端/城堡型端子或有
引线器件的引线(见图3-4)。接触压力可
能导致电路开路或使虚焊点表现合格。
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