改進電路設(shè)計以規(guī)程提高可測試性

　　隨著微型化程度不斷提高，元件和布線技術(shù)也取得巨大發(fā)展，例如BGA外殼封裝的高集成度的微型IC，以及導(dǎo)體之間的絕緣間距縮小到0.5mm，這些僅是其中的兩個例子。電子元件的布線設(shè)計方式，對以后制作流程中的測試能否很好進行，影響越來越大。下面介紹幾種重要規(guī)則及實用提示。

　　通過遵守一定的規(guī)程（DFT-Design for Testability，可測試的設(shè)計），可以大大減少生產(chǎn)測試的準(zhǔn)備和實施費用。這些規(guī)程已經(jīng)過多年發(fā)展，當(dāng)然，若采用新的生產(chǎn)技術(shù)和元件技術(shù)，它們也要相應(yīng)的擴展和適應(yīng)。隨著電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸越來越小，目前出現(xiàn)了兩個特別引人注目的問題：一是可接觸的電路節(jié)點越來越少；二是像在線測試（In-Circuit-Test）這些方法的應(yīng)用受到限制。為了解決這些問題，可以在電路布局上采取相應(yīng)的措施，采用新的測試方法和采用創(chuàng)新性適配器解決方案。第二個問題的解決還涉及到使原來作為獨立工序使用的測試系統(tǒng)承擔(dān)附加任務(wù)。這些任務(wù)包括通過測試系統(tǒng)對存儲器組件進行編程或者實行集成化的元器件自測試（Built-in Self Test，BIST，內(nèi)建的自測試）。將這些步驟轉(zhuǎn)移到測試系統(tǒng)中去，總起來看，還是創(chuàng)造了更多的附加價值。為了順利地實施這些措施，在產(chǎn)品科研開發(fā)階段，就必須有相應(yīng)的考慮。

　　1、什么是可測試性

　　可測試性的意義可理解為：測試工程師可以用盡可能簡單的方法來檢測某種元件的特性，看它能否滿足預(yù)期的功能。簡單地講就是：

• 檢測產(chǎn)品是否符合技術(shù)規(guī)范的方法簡單化到什么程度？
• 編制測試程序能快到什么程度？
• 發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品故障全面化到什么程度？
• 接入測試點的方法簡單化到什么程度？

為了達到良好的可測試必須考慮機械方面和電氣方面的設(shè)計規(guī)程。當(dāng)然，要達到最佳的可測試性，需要付出一定代價，但對整個工藝流程來說，它具有一系列的好處，因此是產(chǎn)品能否成功生產(chǎn)的重要前提。

　　2、為什么要發(fā)展測試友好技術(shù)

　　過去，若某一產(chǎn)品在上一測試點不能測試，那么這個問題就被簡單地推移到直一個測試點上去。如果產(chǎn)品缺陷在生產(chǎn)測試中不能發(fā)現(xiàn)，則此缺陷的識別與診斷也會簡單地被推移到功能和系統(tǒng)測試中去。

　　相反地，今天人們試圖盡可能提前發(fā)現(xiàn)缺陷，它的好處不僅僅是成本低，更重要的是今天的產(chǎn)品非常復(fù)雜，某些制造缺陷在功能測試中可能根本檢查不出來。例如某些要預(yù)先裝軟件或編程的元件，就存在這樣的問題。（如快閃存儲器或ISPs：In-System Programmable Devices系統(tǒng)內(nèi)可編程器件）。這些元件的編程必須在研制開發(fā)階段就計劃好，而測試系統(tǒng)也必須掌握這種編程。

　　測試友好的電路設(shè)計要費一些錢，然而，測試?yán)щy的電路設(shè)計費的錢會更多。測試本身是有成本的，測試成本隨著測試級數(shù)的增加而加大；從在線測試到功能測試以及系統(tǒng)測試，測試費用越來越大。如果跳過其中一項測試，所耗費用甚至?xí)?。一般的?guī)則是每增加一級測試費用的增加系數(shù)是10倍。通過測試友好的電路設(shè)計，可以及早發(fā)現(xiàn)故障，從而使測試友好的電路設(shè)計所費的錢迅速地得到補償。

　　3、文件資料怎樣影響可測試性

　　只有充分利用元件開發(fā)中完整的數(shù)據(jù)資料，才有可能編制出能全面發(fā)現(xiàn)故障的測試程序。在許多情況下，開發(fā)部門和測試部門之間的密切合作是必要的。文件資料對測試工程師了解元件功能，制定測試戰(zhàn)略，有無可爭議的影響。

　　為了繞開缺乏文件和不甚了解元件功能所產(chǎn)生的問題，測試系統(tǒng)制造商可以依靠軟件工具，這些工具按照隨機原則自動產(chǎn)生測試模式，或者依靠非矢量相比，非矢量方法只能算作一種權(quán)宜的解決辦法。

　　測試前的完整的文件資料包括零件表，電路設(shè)計圖數(shù)據(jù)（主要是CAD數(shù)據(jù)）以及有關(guān)務(wù)元件功能的詳細資料（如數(shù)據(jù)表）。只有掌握了所有信息，才可能編制測試矢量，定義元件失效樣式或進行一定的預(yù)調(diào)整。

　　某些機械方面的數(shù)據(jù)也是重要的，例如那些為了檢查組件的焊接是否良好及定位是否所需要的數(shù)據(jù)。最后，對于可編程的元件，如快閃存儲器，PLD、FPGA等，如果不是在最后安裝時才編程，是在測試系統(tǒng)上就應(yīng)編好程序的話，也必須知道各自的編程數(shù)據(jù)。快閃元件的編程數(shù)據(jù)應(yīng)完整無缺。如快閃芯片含16Mbit的數(shù)據(jù)，就應(yīng)該可以用到16Mbit，這樣可以防止誤解和避免地址沖突。例如，如果用一個4Mbit存儲器向一個元件僅僅提供300Kbit數(shù)據(jù)，就可能出現(xiàn)這種情況。當(dāng)然數(shù)據(jù)應(yīng)準(zhǔn)備成流行的標(biāo)準(zhǔn)格式，如Intel公司的Hex或Motorola公司的S記錄結(jié)構(gòu)等。大多數(shù)測試系統(tǒng)，只要能夠?qū)扉W或ISP元件進行編程，是可以解讀這些格式的。前面所提到的許多信息，其中許多也是元件制造所必須的。當(dāng)然，在可制造性和可測試性之間應(yīng)明確區(qū)別，因為這是完全不同的概念，從而構(gòu)成不同的前提。

　　4、良好的可測試性的機械接觸條件

　　如果不考慮機械方面的基本規(guī)則，即使在電氣方面具有非常良好的可測試性的電路，也可能難以測試。許多因素會限制電氣的可測試性。如果測試點不夠或太小，探針床適配器就難以接觸到電路的每個節(jié)點。如果測試點位置誤差和尺寸誤差太大，就會產(chǎn)生測試重復(fù)性不好的問題。在使用探針床配器時，應(yīng)留意一系列有關(guān)套牢孔與測試點的大小和定位的建議

　　5、最佳可測試性的電氣前提條件

　　電氣前提條件對良好的可測試性，和機械接觸條件一樣重要，兩者缺一不可。一個門電路不能進行測試，原因可能是無法通過測試點接觸到啟動輸入端，也可能是啟動輸入端處在封裝殼內(nèi)，外部無法接觸，在原則上這兩情況同樣都是不好的，都使測試無法進行。在設(shè)計電路時應(yīng)該注意，凡是要用在線測試法檢測的元件，都應(yīng)該具備某種機理，使各個元件能夠在電氣上絕緣起來。這種機理可以借助于禁止輸入端來實現(xiàn)，它可以將元件的輸出端控制在靜態(tài)的高歐姆狀態(tài)。

　　雖然幾乎所有的測試系統(tǒng)都能夠逆驅(qū)動（Backdriving）方式將某一節(jié)點的狀態(tài)帶到任意狀態(tài)，但是所涉及的節(jié)點最好還是要備有禁止輸入端，首先將此節(jié)點帶到高歐姆狀態(tài)，然后再“平緩地”加上相應(yīng)的電平。

　　同樣，節(jié)拍發(fā)生器總是通過啟動引線，門電路或插接電橋從振蕩器后面直接斷開。啟動輸入端決不可直接與電路相連，而是通過100歐姆的電阻與電路連接。每個元件應(yīng)有自己的啟動，復(fù)位或控制引線腳。必須避免許多元件的啟動輸入端共用一個電阻與電路相連。這條規(guī)則對于ASIC元件也適用，這些元件也應(yīng)有一個引線腳，通過它，可將輸出端帶到高歐姆狀態(tài)。如果元件在接通工作電壓時可實行復(fù)位，這對于由測試器來引發(fā)復(fù)位也是非常有幫助的。在這種情況下，元件在測試前就可以簡單地置于規(guī)定的狀態(tài)。

　　不用的元件引線腳同樣也應(yīng)該是可接觸的，因為在這些地方未發(fā)現(xiàn)的短路也可能造成元件故障。此外，不用的門電路往往在以后會被利用于設(shè)計改進，它們可能會改接到電路中來。所以同樣重要的是，它們從一開始就應(yīng)經(jīng)過測試，以保證其工件可靠。