技术交流
汇能客户
             
 
 
 

_________________________________________________________________ 专 题 讨 论 _______________________________________________________________

IC器件的端口、功能、性能测试 ——Ver6.0的hFT测试

前言:


市面上有多种IC测试仪器,便宜的以百元计,贵的以万元、十数万元计。有的有明确的测试范围(能测哪些型号),有的声称能测试任何器件,有的具有“疑难器件测试”功能,专测各种“疑难器件”(虽然事实上不存在所谓“疑难器件”的定义),等等。


“能测”是一回事,“测了哪些内容”是另一回事。如果只是“能测”的话,一块万用表就“能测”所有的IC——事实上,很多场合就是这么干的。“测试的内容”才关系到检测效果,才是除了万用表,还需要其它测试仪器的原因。


1.有哪些测试方法及其原理


1.1 IC的故障类型


a. 端口故障


故障落在与IC管脚直接关联的PN结上,叫做端口故障。就测试而言,端口故障指通过检测IC管脚的电压-电流特征可发现的故障。
器件在使用中,各种干扰、冲击等首先作用在端口上,所以在维修中,大部分IC故障属于端口故障,有资料介绍在维修中端口故障大概能占到总故障的80%。

b.功能故障


功能故障就是常说的“器件坏了”。就测试而言,功能故障指在任何测试条件下,器件都不能实现规定的电路过程。
新买来的器件有功能故障的可能性很小,即使是“二手器件”、“水货”,也不会有功能故障。卖方不可能公开销售“坏器件”。

c. 性能故障


性能故障就是常说的“器件不好”,或者说“劣质器件”。性能故障多指器件完成电路过程的质量不符合规定。例如,不能驱动规定大小的负载、不能工作在规定的最大频率、漏电流超过规定值等等。


“二手”、“水货”、“小厂”器件通常意味着性能不好,也就是器件有参数不达标。


在电路板维修中,性能故障历来让人头痛。维修中常说的“疑难”故障、不稳定类故障,多数由于性能故障所导致,主要是缺乏测试手段,很少确定为性能故障。

 

1.2 测试方法及原理


与三类故障类型相对应有三种测试。无论哪种测试,都分两步完成。第一步,按照器件型号建库,保存在电脑中;第二步,按照型号调用电脑中的建库数据,执行测试。

 

a.端口测试

 

目前的端口测试都是通过ASA曲线测试法实现的。

  • 建库:首先测试一个好器件的管脚ASA曲线,按照器件型号存入电脑;
  • 测试:测试被测IC的管脚曲线,与库中的曲线数据求差,任何一个管脚的比较差值超过规定大小,提示测试失败。

 

ASA曲线测试不加电,逐管脚进行测试,对每个管脚的测试过程都是一样的,有以下特点:

  • 不受类型(模拟、数字),功能是否已知(例如专用器件、可编程器件)的限制,可用于测试任何器件;
  • 建库十分容易。只要有一个好器件,可以马上建库用于测试。

 

市面上凡是声称能够测试各种器件的测试仪、所谓专测“疑难器件”的功能,实际上都是利用了ASA曲线测试的上述特点。
ASA曲线测试的不足在于:

  • 只能发现端口故障。从1.1的介绍可知,用于维修检测的效果不错,但不适用于IC器件的入厂检测和器件筛选(确有产品这样宣传);
  • IC规范不规定器件不加电时的端口特征,型号完全相同的器件会有不一样的端口特征(同型号不同品牌、偶尔不同批次),导致测试失败;

 

b.功能测试

功能测试检测IC能否实现规定的电路过程。

  • 建库:根据器件手册中规定的器件电路过程编写测试程序,按照器件型号存入电脑;
  • 测试:按型号调用相应测试程序,检测器件能否实现电路过程。

 

例如对一个“双输入与非门”,测试程序控制测试仪在器件两个输入脚上加“00、01、10、11”,回读输出是否为“1、1、1、0”,只要有一拍不符,测试失败。
功能测试需要加电、测试信号是并行的,同时施加于所有管脚(不能逐管脚进行测试)。有以下特点:

  • 功能已知是前提条件,还得是可描述的,否则无法编程建库。由于建库有一定难度,通常由仪器厂家完成,以器件库的形式提供用户使用(虽然有不少测试仪提供用户建库接口);
  • 功能测试不考虑测试条件,原则上属于定性测试。在功能测试下,74LS00、74HC00、74F00(由于逻辑功能相同)是一样的。换句话说,如果你选择了功能测试,库中没有74ACT00,按照74LS00测试效果是一样的。有的测试仪干脆把这些型号都处理成7400;
  • 用于器件入厂检测、筛选效果较差。

 

C.性能测试


性能测试不但检查器件能否完成规定的电路过程,而且检查完成的质量。质量指标由参数定义,性能测试通过测试参数实现。

  • 建库:根据器件手册中规定的器件电路过程、以及参数指标编写测试程序,按照器件型号存入电脑;
  • 测试:按型号调用相应测试程序,检测器件能否实现电路过程,质量参数是否达标。

 

性能测试包含了功能测试,在功能测试成功的基础上,检查参数是否合格。在性能测试下,74LS00、74HC00、74F00是不同器件;性能测试建库要逐个处理器件参数,比功能测试建库内容多;对硬件要求高,技术实现困难,因此,在早期电路板维修中,基本没有人考虑性能测试,近年来有所改变。原因在于:

  • 越是通用器件,水货的可能性越大。水货在技术上的定义,就是功能没问题(否则是“坏”器件),性能不好(有参数不达标)。电子市场买来的器件在上板子前,最好用性能测试;
  • 有些器件已经停产,只能使用拆机件。长期使用也会导致性能下降;
  • 对从板子上拆下来的器件,用性能测试确认更有信心。

 

一个器件有很多个参数。测试的参数越多,对器件的质量把握越大。能够测试器件所有参数的集成电路测试仪价格高昂,多用于集成电路研发、制造以及特殊应用场合。在中、小企业器件入厂检测、电路板维修场合,需要在测试成本和效果之间平衡,选择测试部分参数(的产品)。


性能测试必须在规定的条件下测试参数是否达标。总是有人搞不清楚这一点。例如,某种国产测试仪自称数字测试频率达到2兆,“目前足以覆盖高频动态参数故障”——原文如此。要知道一般IC器件最高工作频率都在数十兆以上,比2兆高很多倍。这种说法就好比把最高时速200公里的汽车,仅开到时速20公里,来检查最高车速是否达标。常识告诉我们,如果开不到20公里,一定是其它问题,最不可能的反而是高速性能不达标。


还有人认为ASA曲线也能测试参数。理由是如果ASA曲线测试漏电严重,器件不能工作,一定有参数不达标。按照这种逻辑,可以证明人的眼睛有参数测试能力:看出器件被烧坏(发黑),不能工作,一定有参数问题,证毕。

 


2. 关于IC在线测试

  • 在线测试:测试焊接在电路板上的器件;
  • 离线测试:测试脱离了电路板的器件。

 

a.端口测试

前面讲过,端口测试适用于各种IC的测试。从实施测试方面:

  • 端口测试是逐管脚进行的,在没有测试夹的情况下,可以用探棒、飞针进行测试,将逐渐成为唯一的在线测试方法;
  • 目前没有任何技术能够隔离外电路对端口测试的影响,即使在同一块电路板上的型号完全相同的器件,也必须分别建库。

 

b.功能测试和性能测试

受器件功能是否已知、测试复杂性和测试成本的限制,目前在面向维修应用的测试仪器中,功能、性能测试范围主要包括:逻辑器件(74、4000、26等系列为代表)、运放、电压比较器、光电耦合器等。


目前没有任何技术能够在线测试IC性能是否达标。


对于逻辑器件和运算放大器,有一般性的在线功能测试的技术。限制功能测试使用、发展的主要是“测试夹”。功能测试是并行测试信号,必须通过“测试夹”,把被测器件的所有管脚都与测试通道相连接,才能进行测试。近年来,随着器件封装不断细小化,严重缺乏适用的测试夹,使得在线测试越来越难有用武之地,把器件焊下来离线测试渐成主流。

 

  • 逻辑器件在线功能测试技术

外国人发明的:

  1. 后驱动技术:一种硬件技术,用来隔离与被测器件关联的数字器件对测试的影响;
  2. 自适应技术:一种软件技术,用来解决被测器件管脚被锁定对测试的影响。
  • 运算放大器在线功能测试技术

 

笔者发明的“等效隔离测试”专利技术。


详细讨论这些技术超出本文范围。有兴趣者可索阅相关资料。

 


3. IC器件测试与电路维修测试仪


a. 端口测试

  • 模拟通道数

端口测试使用测试仪的模拟通道。模拟通道越多,一次测试能够测试的引脚越多,除此之外,不再有别的限制。在以下场合进行端口测试时用到模拟通道:

  1. 测试夹在线测试IC。超过40脚的测试夹很少好用,所以,40个通道足以;
  2. 测试座离线测试IC。通道数最好多于要测试的IC的脚数;
  3. 定制转接板通过电路板外接插件快速测试板上接口器件。通道数最好多于电路板插件脚数。
  • 模拟测试频率

注意端口测试是不加电的。在不加电的情况下,IC可看成一堆PN结的串并联。用几赫兹、几百赫兹、还是几兆赫兹的ASA曲线测试差别不大。实际测试时较高频率下曲线的变化是由于测试通道的分布参数造成的,与器件没什么关系


离线测试时,频率低影响测试效率,频率高增加实现成本、难度。


在线测试时,要考虑到关联的电容、电感(频率相关),频率过高或过低时不能得到有意义曲线。


综上所述,模拟频率一般在十赫兹到数百赫兹之间即可。除非有其它用途,否则超出这个范围没有实用价值。

 

  • 模拟测试幅度

端口测试的幅度最好处于略大于实际工作电压,小于它的最大工作电压之间,所以信号幅度有以下几档可满足一般要求:4V/7V/15V/28V。
《汇能》测试仪有256个档,是为了满足在线测试RCL、IC参数测试要求。

 

b. 数字器件功能测试

 

  • 数字通道数

首先,数字通道数必须多于被测器件管脚数,其次,器件功能必须是已知的、可描述的,两者缺一不可。从当前实际情况来看,超过40脚的器件基本属于专用器件、可编程器件,很难搞清楚器件功能;即使有说明,也会因为过于复杂,无法描述而无法测试。
上述情况是《汇能》测试仪停产80数字通道的型号的原因。

 

  • 数字通道测试频率

当前市场上的电路维修测试仪的结构、所用的测试电缆、使用方式等决定了它是一种低频仪器。当测试频率远低于器件最高工作频率时,测试频率与测试结果无关。这里唯一需要考虑测试频率的,是逻辑器件在线功能测试。后驱动隔离技术限制测试时间不得超过20ms,测试频率越高,在一定时间内执行的测试代码就越多,能够测试越复杂的器件。例如,测试一个双输入与非门,需要4拍。假如测试频率1K,最多可执行20拍测试,10K就能测试200拍。最高几十K即可满足功能测试的需要。

 

  • 数字通道电平范围

在实际测试时,测试代码中的0和1被转换成具体电压值。这个电压值与数字器件的工作电压相关。对于5V TTL系列,0定义为大于0V小于0.8V的电平;1定义为大于2.4V小于5V的电平。类似的,有5V CMOS系列、12V 系列、3V系列、EIA(±12V)系列,各自有相应的信号电平标准。


1)5V通道


通道输出、接受的数字信号电平范围,满足5V TTL和5V CMOS的标准,不能改变。例如《汇能》测试仪的HN1600系列,以及市面上大多数的其它电路维修测试仪。这当然是因为这类器件应用最为广泛;


2)全电平通道


指通道输入、输出信号电平可以设置,能够支持各种电平系列标准的数字通道;例如《汇能》测试仪的HN2600系列,电平范围可设置为满足测试3.3V系列至±12V系列的标准 ;


3)组合通道


由于全电平通道比较复杂,固定电平通道相对简单,可以把多种固定电平通道组合使用。


例如某国产测试仪有80路5V通道,20路12V通道。为了加以区别,把12V通道称作“高压”通道。


c. 性能测试


器件的性能参数通常分为两类:静态参数(或直流参数)——与时间无关的参数;动态参数(或交流参数)——时间相关的参数。限于测试成本、技术难度和应用特点,笔者尚未见到适用于维修场合的、具有测试器件动态参数的测试仪。


直流参数包含了功能测试,在对测试仪硬件要求方面,除了与功能测试相同的部分外,还需要较高的测试精度。例如,《汇能》模拟测试信号幅度多达256个、可以动态构成恒压源、恒流源;测试电流跨度从±3微安至±150mA、恒压输出从±3mV至±12V等等,都是为测试器件直流参数的。


4. Ver6.0 的 hFT测试


hFT 测试包括:端口ASA测试、功能测试、主要直流参数测试。根据条件具体选用。


端口ASA测试建库对所有IC都是一样的,并且十分简单,一分钟就能掌握建库操作;只要测试仪的通道数多于器件的管脚数、并且有好器件就能建库。本文不再介绍。

功能建库相对性能建库简单很多。可以先建功能测试库用于眼下测试,有机会再完善性能测试库。

IC的功能、性能库分类、子类建立,建库前先要确定IC类别、子类。下面介绍目前已经完成的类别。

 

a.光耦器件


光耦器件按照电路结构划分子类。目前已经完成了6个子类。

 

1)PC817类

只要光耦的电路结构与下图相同,即归入此类。分类与一个封装中有多少个同结构光耦无关。 下同。

 


 

  • 功能库

 

只需给出下面参数。具体数值随器件型号不同。


 

  • 性能库

 

需给出下面参数。具体数值随器件型号不同。

 



@:测试条件;典型:平均取值;最大/最小:最坏情况。下同。


2)4N35类

 


功能库参数


性能库参数。在PC817类参数上增加了:


 

 

3)HCPL4504类


 

功能参数


性能参数。在PC817基础上增加:
输出低电源电流Iccl:输出高电源电流Icch: 测试CTR增加电源条件:

 

 

4)HCPL2503类

 


 

功能参数


性能参数: 等于HCPL4504和4N35的合并

 

 

5)HCPL M456类

 

 

 

功能参数:


性能参数:输出端有:


 

6)HCPL2201类

 


 

功能参数:


性能参数:输出端有:


 

 

b.运算放大器

 

目前只能测试电压型运算放大器。分为单电源、双电源两类。

 

1)单电源类

 

 

功能参数



 

 

性能参数:


 

 

 

2)双电源类

 

 

 

功能参数:



 

 

性能测试参数:


 

 

 

c.逻辑器件

 

逻辑器件按照生产工艺分类。各类的功能描述部分是一样的。

 

  • 功能描述部分

下面通过7403的逻辑功能描述说明一下格式。7403是一个集电极开路输出四双输入与非门。逻辑图如下和功能描述如下:

 

 

 

 

 

a)首先,给管脚换名便于后面引用。这项完成在左边一列。

b)看中间一列,从第一行开始:

行1:说明共有8个输入脚;
行2:说明共有4个输出脚;
行3:说明4个集电极开路脚;


从第4行开始,是从真值表得到的测试代码。为了阅读方便,一个门写在一组。仔细检查,每个门的测试代码都一样,都满足一个输入为0,输出为高;都为1,输出为低。


//:注释行
Iccl:7,Icch:1: 在第一拍测试输出低时的电源电流;第7拍测输出高时的电源电流。0拍表示不测试电源电流。

 

c)右边一列中,若为要求测试电源电流,不用输入电流值。其它很清楚。不再说明。

 

  • 性能参数部分

 

1)TTL系列

 

 

2)4000系列

 

 

 

3)HC(T)系列

 

 

4)AC(T)系列

 

 

d.模拟电压比较器

 

已经实现了LM393型功能测试。其它类型正在扩充之中。

功能参数:


 

 
 
 

版权所有©北京天惠维测电子有限公司

咨询电话:(公司座机)010-88570741 / 88571124

业务咨询:13121893732 (韩先生)

技术咨询:13911359741

传真:010-88570741-809

电子邮箱:thdza@163.com

通讯地址:北京市海淀区魏公村街1号韦伯豪家园2-1-604

 

京ICP备05079354 京公网安备110108006864 电路板在线维修测试仪 |集成电路测试仪 |电路板故障检测仪 |芯片级电路板维修 |IGBT测试仪