一、前言

? ?最近收到客戶二個IEEE1394B總線接口器件，客戶希望幫助他們分析一下這二種集成電路大的差異。這二個集成電路分別屬于二個品牌的廠家生產(chǎn)，其中一個集成電路（以下稱A）他們一直在用沒有問題，另外一個集成電路（以下稱B）是半年前采購其他品牌的集成電路，使用一段時間后發(fā)現(xiàn)使用B器件的電子產(chǎn)品會出現(xiàn)偶發(fā)故障，雖然出現(xiàn)的概率很低，但是對于客戶的產(chǎn)品而言也是不允許的?？蛻粢呀?jīng)對這個二個品牌的器件都進(jìn)行了大量的通電測試，二個品牌的器件功能和參數(shù)沒有明顯的差異和問題，客戶希望我們測試手段找到偶發(fā)、間歇故障的真實(shí)原因。

? ?拿到二個品牌的器件后，我針對客戶所描述的情況，決定使用非加電的測試方法（即三維立體V-I-F動態(tài)阻抗測試）對二個品牌的器件的樣品進(jìn)行頻域動態(tài)阻抗掃描分析測試。

測試方法：

1、三維立體V-I-F動態(tài)阻抗測試法對接地（參考點(diǎn)）測試

2、矩陣測試法測試（管腳間相互參考）

二、測試原理

首先介紹一下非加電測試方法原理：

? ?V-I曲線測試（模擬特征分析）是一種不加電的故障診斷技術(shù)，指的是在被測器件或電路板不接通電源的情況下，對板上被測器件的引腳施加一個限流的正弦激勵信號，觀察由此產(chǎn)生的電流信號（VI曲線）。VI曲線的形狀由被測節(jié)點(diǎn)之間的特性阻抗所決定，通過對比好、壞器件上相同管腳之間的VI曲線，可發(fā)現(xiàn)特性阻抗發(fā)生改變的管腳，其通常為引發(fā)故障的地方。

使用測試設(shè)備對集成電路的各個管腳進(jìn)行二維、三維阻抗測試原理圖

? ? 三維立體V-I-F動態(tài)阻抗測試是在V-I測試的基礎(chǔ)上增加自動掃頻、頻域阻抗掃描功能，一些對頻率要求較高的器件，測試掃描頻率的變化更能直觀的表現(xiàn)出來差異。下圖為測量同一個電容器件的二維和三維的對比圖：

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 二維V-I測試曲線測試圖

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 三維立體V-I-F動態(tài)阻抗測試曲線圖

三、二個品牌的器件（IEEE1394B總線接口）技術(shù)資料如下：

1、被測器件是IEEE1394B總線接口器件，共送二種器件。其中A進(jìn)口品牌器件，B器件為國產(chǎn)品牌，二個器件原理框圖如下：

說明二個品牌的器件功能一致。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? A進(jìn)口器件

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?B國產(chǎn)器件

2、二個品牌的器件管腳排列編號及功能定義一致：

四、使用三維立體V-I-F動態(tài)阻抗測試法對接地（參考點(diǎn)）測試

（一）測試結(jié)果

? ? 測試保存A器件管腳對GND管腳的V-I-F曲線圖，以A器件曲線圖為標(biāo)準(zhǔn)，然后測試B器件管腳曲線圖，軟件會自動將二個器件的曲線疊加后進(jìn)行相似度的比較。圖中藍(lán)色曲線為A器件，桔黃色曲線為B器件，具體結(jié)果如下：（如圖所示）

1、管腳對比圖一覽：

? ? ? ? ? ? ? ? 使用測試設(shè)備對集成電路各個管腳進(jìn)行測試的三維曲線圖

2、出現(xiàn)差異的 第6、11腳對接地（參考點(diǎn)）對比圖：

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?出現(xiàn)差異的 第6腳對接地（參考點(diǎn)）對比圖

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 出現(xiàn)差異的 第11腳對接地（參考點(diǎn)）對比圖

3、出現(xiàn)差異的第14、15腳對接地（參考點(diǎn)）對比圖：

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?出現(xiàn)差異的第14腳對接地（參考點(diǎn)）對比圖

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?出現(xiàn)差異的第15腳對接地（參考點(diǎn)）對比圖

4、出現(xiàn)差異的第16腳對接地（參考點(diǎn)）對比圖：（差異較小、阻抗趨勢相似）：

? ? ? ? 出現(xiàn)差異的第16腳對接地（參考點(diǎn)）對比圖：（差異較小、阻抗趨勢相似）

（二）測試結(jié)果分析

? ? ? ? ?通過測試對比結(jié)果來看，主要存在差異的管腳為：6、11、14、15、16五個管腳。其中6、11管腳是一種開路與低阻特征圖形，14、15管腳是一種符合二極管與電容特性圖形，16管腳是一種二極管與電感特征圖形。首先我們先分析6、11管腳。從曲線圖形上看，A器件（藍(lán)色曲線）是平行于X軸的一條直線（在V-I測試中代表開路或高阻特征曲線），表明A器件的6、11腳對GND腳是開路的； 同樣再看B器件（黃色曲線）是靠近Y軸的一條斜線（在V-I測試中代表小電阻特征曲線），這類曲線越靠近Y軸表示電阻越小，經(jīng)過萬用表量測6、11腳對GND腳的電阻值為95.1Ω。對照器件管腳功能看，6、11管腳是 Null即不使用不連接管腳，同樣功能的還有器件的1腳，而1腳的曲線A、B二顆器件都是開路特征，由此我們可以看出對于空置管腳的處理上A、B二個器件的廠家處理工藝不同。

五、使用矩陣測試法測試（管腳間相互參考）

（一）測試結(jié)果：

為了更清楚的了解，我們對二個器件進(jìn)行了矩陣V-I測試（管腳之間的VI曲線測試），以下是1、6、11管腳的矩陣圖：

1）1腳對其他管腳V-I曲線：

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? A集成電路 1腳對其他管腳V-I曲線

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? B集成電路 1腳對其他管腳V-I曲線

? ? 2）6腳對其他管腳V-I曲線：

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? A集成電路6腳對其他管腳V-I曲線

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? B集成電路6腳對其他管腳V-I曲線

? ?3）11腳對其他管腳V-I曲線：

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?A集成電路11腳對其他管腳V-I曲線

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? B集成電路11腳對其他管腳V-I曲線

（二）測試結(jié)果分析：

1、參見二個品牌管腳功能定義列表：1/6/11管腳功能一致。

2、通過上述測試，我們得到了更清晰的結(jié)果。二個器件的1腳對其他管腳都是開路（高阻）特征，而6、11腳出現(xiàn)了巨大差異。A器件的1、6、11腳對管腳都是開路（高阻）特征，而B器件的6、11腳之間是短路狀態(tài)，6、11腳對GND（2,3,12,13管腳為地）管腳呈現(xiàn)低阻特征，對14、15、16管腳呈現(xiàn)復(fù)合型阻抗曲線特征。

六、找出故障原因：

根據(jù)上述測試結(jié)果分析，找到了客戶器件故障的重要原因：

1、B品牌器件的三個空腳有二個是短路的，而且這二個空腳對GND、VCC、D1、D1/管腳都有連接，當(dāng)器件在通電工作狀態(tài)下，這二個空腳就會成為干擾信號的采集器，將感應(yīng)到的干擾信號引入到與它們相關(guān)聯(lián)的管腳，從而造成多種不可預(yù)測的偶發(fā)、間歇性故障。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?A和B器件出現(xiàn)差異的 第6腳對接地（參考點(diǎn)）對比圖

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? A和B器件出現(xiàn)差異的 第11腳對接地（參考點(diǎn)）對比圖

2、從三維曲線圖中可以看出，隨著測試信號頻率的增加，A器件曲線沒有發(fā)生明顯變化，基本呈現(xiàn)電阻與二極管的復(fù)合特征，B器件則在正電壓區(qū)域呈現(xiàn)明顯的電容特征。14、15管腳是發(fā)送器差分輸入端，這二個管腳的明顯電容特征會導(dǎo)致數(shù)字信號脈沖的上升沿時間變長，這對于1394B這種低延時高速率總線來說是一個比較嚴(yán)重的問題，會增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率，由此我們找到了客戶故障的另一部分原因。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?A和B器件出現(xiàn)差異的 第14腳對接地（參考點(diǎn)）對比圖

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? A和B器件出現(xiàn)差異的 第15腳對接地（參考點(diǎn)）對比圖

七、測試總結(jié)：

? ? 通過測試對比，我們可以發(fā)現(xiàn)同功能不同品牌的器件可能存在很大的差異。大家習(xí)慣關(guān)注器件的功能好壞，而對設(shè)計(jì)和工藝有所疏忽，進(jìn)而造成很多產(chǎn)品后續(xù)的質(zhì)量問題。因此，我們需要更多更完善的測試手段來檢測器件，三維立體V-I-F特征曲線測試是集成電路測試、篩選、失效分析的一種行之有效的手段。

綜上得出結(jié)論如下：

二個品牌對空置管腳的處理方法與工藝不同；通常情況下，空置管腳應(yīng)該與其他功能管腳隔離。

僅僅進(jìn)行器件的功能測試并不能解決器件的測試問題，解決方案就是在功能、參數(shù)測試的基礎(chǔ)上增加三維動態(tài)阻抗測試。