解決ICT測試的受限接觸點問題
傳統(tǒng)模擬在電路技術通常用于判斷組裝 PCB 是否有缺陷。這些缺陷包括短路、器件立起、或者器件放置錯誤。模擬在電路測試 (ICT) 的功能就是藉由自動測試程序 (ATPG) 生成錯誤器件糾正報告。自從 1972 年起，這種測試方法就成為無源器件測試的根本方法，但現(xiàn)在這些方法正受到電子器件封裝改變而帶來的威脅。
現(xiàn)今所用無源 SMD 的最小尺寸已達 0.5mm×1mm ，表面黏著器件又在器件底部隱藏了節(jié)點，硅片封裝已經(jīng)邁向細間距、超細間距和 BGA ，而 500 至 750 腳的封裝也已出現(xiàn)。
采用 SMD ，就沒有可以用來探測的器件引腳。探測只有藉由過孔來進行，而通常線路板兩面都需要探測。如果在電路節(jié)點上找不到過孔，就要人為增加測試點。但現(xiàn)今開發(fā)者既面臨巨大的“盡快上市”壓力，同時器件可能比測試點還要小。因此可測試性設計 (DFT) 常常被拋在一邊，既便有測試點，也很少會加上。
PCB 上的線徑一般為 0.1mm 寬，過孔則“埋在”內(nèi)層里，根本沒有接觸的可能。此外，探針的尺寸并不隨著與其接觸的焊盤尺寸的縮小而成比例縮小。焊盤已由 1mm 縮至 0.1mm ，而相臨探針的中心點間距已從 2.54mm 降至 1.27mm ，僅縮小了一半。
傳統(tǒng)的 ICT
模擬在電路測試的基本技術是藉由受測器件 (DUT) 的一個節(jié)點對網(wǎng)絡施加電壓，而在該器件的另一節(jié)點上測量電流 ( 圖 1) 。
圖 1 ：可接觸節(jié)點的減少意味著將無法采用傳統(tǒng) ICT 技術測試與其相連的所有分支。
假設電壓源 Vs 為理想電壓源，并且可以供應 Zs 和 Zx 所需的足夠電流；同時假定測量電流的 Im 是一個理想電流表，其插入損耗為零。所用的電流表常采用運算放大器的形式。設 Zi 兩端的電壓為 0 ， Zi 也沒有電流流過，則 Zx 的值為：
Zx=Vs/Im
如果節(jié)點 A 無法接觸，那么就不能從 Vs 提供電流。如果電壓源施加于相鄰節(jié)點上， A 點的電壓就無從知道，上面關于 Zx 的計算也就不可能了。
與此類似，如果節(jié)點 B 無法接觸，也就不能夠斷定流過 Zx 的電流。在相鄰節(jié)點測量電流會使流過 Zi 的電流不為 0 ，從而導致電流測量不準確。最后，如果保護節(jié)點也不能接觸到，則在 Zx 兩端會有一等效阻抗，改變了公式 1 的計算。因此，在電路中漏掉任何一個節(jié)點都會使得該器件無法測試。
受限接觸測試技術
模擬 ICT 的主要優(yōu)點是 ATPG 、診斷準確。如果滿足下面兩種條件，這些優(yōu)點在接觸受到限制時也可以保留下來。第一，先從小激勵電壓的弱加電測量開始，同傳統(tǒng) ICT 方法一樣。弱加電測量將電路拆成小部份，使得分析可以很快完成。在小電壓下，硅器件的阻抗大到等同開路，可以形成不連或僅有一個節(jié)點相連的幾組模擬器件?，F(xiàn)代電路設計中，這些器件組尺寸有限，而且通常都是隔離的。第二個條件與每個器件組最大的器件出錯數(shù)量有關。將整個電路板分為一個個器件組效果非常好。對一個接觸受限的電路來講，如果有幾處缺陷同時存在，那是無法準確斷定的。因此為得到正確判斷，必須限定器件組內(nèi)缺陷的數(shù)量。
圖 2 ：這個條件可能顯得有些限制，它相當于大多數(shù)制造商遇到的最糟情況。
藉由示例 ( 圖 2) ，我們可以很容易明白新的 ICT 測量技術。這里，受試電路 (CUT) 由電阻 R1 到 R4 組成，電流源 I 是與測試系統(tǒng)相連的激勵電流， V1 、 V2 和 V3 是各節(jié)點相對 GND 測得的電壓。當電路器件都等于標定值時，節(jié)點電壓也就定義為標定值 ( 公式 2) 。
Δ V1=V1-V1 \/\/noia\/\/ Δ V2=V2-V2 \/\/noia\/\/ Δ V3=V3-V3 \/\/noia\/\/
首先讓我們來看一下，當激勵源 I 保持恒定，而器件可以在整個允許誤差范圍內(nèi)變動時，該電路的表現(xiàn)情況。這里的范圍可以很容易地由任何標準仿真套件來制定，如能進行 Monte Carlo 分析的 HSPICE 。如果從每個仿真的Δ V 值減去標定電壓，可以將每次仿真結果的值繪制成曲線 ( 圖 3a) 。
圖 3 ：這是 10,000 次仿真結果圖形，都在一個限制方框里，方框中心定為 (0,0,0) 。 
仿真合格
藉由檢查節(jié)點電壓變化是在著色區(qū)域內(nèi)還是在著色區(qū)域外，可以判斷一塊電路是合格還是不合格 ( 圖 3a) 。如果節(jié)點電壓變化是在區(qū)域外，那么該電路就是不合格的，實際失效器件數(shù)目可再單獨確定。
假如所有器件允許在± 100% 范圍內(nèi)變化，則仿真合格的結果在外形上很相似，但數(shù)量卻要大得多 ( 圖 3b) 。曲線并未提供有關失效原因的進一步情況，有人也許會問：限制錯誤的數(shù)量為什么能增加圖線的信息量？這正是獲得診斷信息的關鍵。
在圖 3b 中，還有兩組被仿真的電壓值畫于圖 3a 中。每個器件都是 5,000 次仿真的結果。標有 R2 的一組電壓值是藉由將 R2 隨機地由 0 變化到無窮大而得到的結果，同時去除處于誤差范圍內(nèi)的 R2 值。其它器件則在各自相應的范圍內(nèi)變化。還有為 R3 而測量的一組類似的電壓值，也采用同樣的技術。為清楚起見，器件 R1 和 R4 則都省掉了。
當Δ V1 、Δ V2 和Δ V3 的變化限于這些區(qū)域中的任一個時，就可以作出診斷。只要每個器件都有各自不同的區(qū)域，就有可能找出出錯的器件；一旦出錯器件找到了，可藉由直接了當?shù)姆椒ㄕ页鲆蚱骷刀鸬墓?jié)點電壓的具體變化。
如果所有器件的區(qū)域沒有太大區(qū)別，則會有多個器件同時落入 R2 或 R3 等區(qū)域內(nèi)，于是診斷結論就是“該區(qū)域有一個或以上的器件出錯”。因為無法知道是一個器件出錯還是一組器件出錯，因此假定其它器件而對某個器件值進行計算是沒有多大價值的。
受限節(jié)點接觸
前面我們只討論了所有節(jié)點都可以測量的情況，但有時會有多個節(jié)點無法接觸，比如 V3( 圖 4a) 。當無法接觸 V3 時，我們只能觀測 V1 和 V2 的電壓，所見到的是包括 V1 和 V2 在內(nèi)的對象在平面上產(chǎn)生的“投影”。雖然形狀上有些微差異，但 R2 和 R3 仍然是可以區(qū)別的 。
假設另有一組節(jié)點可以接觸，比如 V1 和 V3 ，這相當于從下往上觀察圖 4b( 圖 4c) 。這里因 R2 或 R3 改變產(chǎn)生的電壓值是不易區(qū)別的，從觀測中無法辨別關于出錯器件的信息，只能鑒別出整個范圍內(nèi)的正確或出錯部份。
測試點選擇
為得到明確的診斷，測試點的選擇很重要。在某些情況下，只要有少量器件能被指示出來就是可以接受的；而在另一些情況下，適宜地選擇測試點可進一步縮小被測器件組數(shù)目。
在任何情況下，所作選擇都應該與器件誤差容限、器件值，甚至器件類型無關，而應完全根據(jù)器件內(nèi)部連接，即線路拓撲結構。這樣就可以判斷何處需要增加測試點，或在設計中添加一個器件以省掉一個測試點。
發(fā)展方向
與傳統(tǒng) ICT 不同，這種測試法能方便地擴展到有源器件的全加電測試，這種擴展也包括 ATPG 。有源器件的參數(shù)變化同樣可以很容易地仿真，并確定明確的區(qū)域。注意，測試一個線路并不需要知道電路的關鍵參數(shù)，只需了解聯(lián)機布局即可。如果電路節(jié)點電壓不在合格區(qū)域內(nèi)，而電路裝配是正確的，那么一定有器件值超出容限范圍。
關鍵參數(shù)必須藉由設計來保證，或經(jīng)功能測試來篩選。幾乎所有關鍵參數(shù)都能表示為某些節(jié)點電壓的函數(shù)，因而可大大減少所需的功能測試數(shù)量。
與標準兼容
采用數(shù)字電路邊緣連接器功能測試來生成和開發(fā)有效的診斷，費用很高。在數(shù)字節(jié)點的接觸受到限制時，需采用數(shù)字邊界掃描 (IEEE1149.1) 技術。用于模擬測試的一個類似標準 (P1149.4) 也正在出現(xiàn)。該標準確定了一種藉由 AT1 總線為 P1149.4 兼容器件的管腳分配電流激勵的方法，以及藉由 AT2 總線測量管腳電壓的方法 ( 圖 5) 。
物理探測節(jié)點的減少并不意味著將會倒退到模擬功能測試，無法形成有效的診斷。雖然還遠不能替代傳統(tǒng) ICT ，但是可以看到，在少得令人驚奇的探測節(jié)點上仍然能夠獲得有意義的結果。如果因測試點選擇的困難而得不到明確結果，那么診斷組內(nèi)的器件數(shù)目就要更少一些。