ICT在线测试原理

摘要：本文介绍在线测试的基本知识和基本原理。

1 慨述

1.1 定义

在线测试，ICT，In-Circuit Test，是通过对在线元器件的电性能及电气连接进行测试来检查生产制造缺陷及元器件不良的一种标准测试手段。它主要检查在线的单个元器件以及各电路网络的开、短路情况，具有操作简单、快捷迅速、故障定位准确等特点。

飞针ICT基本只进行静态的测试，优点是不需制作夹具，程序开发时间短。

针床式ICT可进行模拟器件功能和数字器件逻辑功能测试，故障覆盖率高，但对每种单板需制作专用的针床夹具，夹具制作和程序开发周期长。

1.2 ICT的范围及特点

检查制成板上在线元器件的电气性能和电路网络的连接情况。能够定量地对电阻、电容、电感、晶振等器件进行测量，对二极管、三极管、光藕、变压器、继电器、运算放大器、电源模块等进行功能测试，对中小规模的集成电路进行功能测试，如所有74系列、Memory 类、常用驱动类、交换类等IC。

它通过直接对在线器件电气性能的测试来发现制造工艺的缺陷和元器件的不良。元件类可检查出元件值的超差、失效或损坏，Memory类的程序错误等。对工艺类可发现如焊锡短路，元件插错、插反、漏装，管脚翘起、虚焊，PCB短路、断线等故障。

测试的故障直接定位在具体的元件、器件管脚、网络点上，故障定位准确。对故障的维修不需较多专业知识。采用程序控制的自动化测试，操作简单，测试快捷迅速，单板的测试时间一般在几秒至几十秒。

1。3意义

在线测试通常是生产中第一道测试工序，能及时反应生产制造状况，利于工艺改进和提升。ICT测试过的故障板,因故障定位准，维修方便，可大幅提高生产效率和减少维修成本。因其测试项目具体，是现代化大生产品质保证的重要测试手段之一。

ICT测试理论做一些简单介绍

1基本测试方法

1.1模拟器件测试

利用运算放大器进行测试。由“A”点“虚地”的概念有：

∵Ix = Iref

∴Rx = Vs/ V0*Rref

Vs、Rref分别为激励信号源、仪器计算电阻。测量出V0，则Rx可求出。

若待测Rx为电容、电感，则Vs交流信号源，Rx为阻抗形式，同样可求出C或L。

1.2 隔离（Guarding）

上面的测试方法是针对独立的器件，而实际电路上器件相互连接、相互影响，使Ix笽ref，测试时必须加以隔离（Guarding）。隔离是在线测试的基本技术。

在上电路中，因R1、R2的连接分流，使Ix笽ref ，Rx = Vs/ V0*Rref等式不成立。测试时，只要使G与F 点同电位，R2中无电流流过，仍然有Ix=Iref，Rx的等式不变。将G点接地，因F点虚地，两点电位相等，则可实现隔离。实际实用时，通过一个隔离运算放大器使G与F等电位。ICT测试仪可提供很多个隔离点，消除外围电路对测试的影响。

1.2 IC的测试

对数字IC，采用Vector（向量）测试。向量测试类似于真值表测量，激励输入向量，测量输出向量，通过实际逻辑功能测试判断器件的好坏。

如:与非门的测试

对模拟IC的测试，可根据IC实际功能激励电压、电流，测量对应输出，当作功能块测试。

2 非向量测试

随着现代制造技术的发展，超大规模集成电路的使用，编写器件的向量测试程序常常花费大量的时间，如80386的测试程序需花费一位熟练编程人员近半年的时间。SMT器件的大量应用，使器件引脚开路的故障现象变得更加突出。为此各公司非向量测试技术，Teradyne推出MultiScan；GenRad推出的Xpress非向量测试技术。

2.1 DeltaScan模拟结测试技术

DeltaScan利用几乎所有数字器件管脚和绝大多数混合信号器件引脚都有的静电放电保护或寄生二极管，对

被测器件的独立引脚对进行简单的直流电流测试。当某块板的电源被切断后，器件上任何两个管脚的等效电路如下图中所示。

1 在管脚A加一对地的负电压，电流Ia流过管脚A之正向偏压二极管。测量流过管脚A的电流Ia。

2 保持管脚A的电压，在管脚B加一较高负电压，电流Ib流过管脚B之正向偏压二极管。由于从管脚A 和管脚B至接地之共同基片电阻内的电流分享，电流Ia会减少。

3 再次测量流过管脚A的电流Ia。如果当电压被加到管脚B时Ia没有变化（delta），则一定存在连接问题。DeltaScan软件综合从该器件上许多可能的管脚对得到的测试结果，从而得出精确的故障诊断。信号管脚、电源和接地管脚、基片都参与DeltaScan测试，这就意味着除管脚脱开之外，DeltaScan也可以检测出器件缺失、插反、焊线脱开等制造故障。

GenRad类式的测试称Junction Xpress。其同样利用IC内的二极管特性，只是测试是通过测量二极管的频谱特性（二次谐波）来实现的。

DeltaScan技术不需附加夹具硬件，成为首推技术。

2.2 FrameScan电容藕合测试

FrameScan利用电容藕合探测管脚的脱开。每个器件上面有一个电容性探头，在某个管脚激励信号，电容性探头拾取信号。如图所示：

1 夹具上的多路开关板选择某个器件上的电容性探头。

2 测试仪内的模拟测试板（A TB）依次向每个被测管脚发出交流信号。

3 电容性探头采集并缓冲被测管脚上的交流信号。

4 A TB测量电容性探头拾取的交流信号。如果某个管脚与电路板的连接是正确的，就会测到信号；如果该管脚脱开，则不会有信号。

GenRad类式的技术称Open Xpress。原理类似。

此技术夹具需要传感器和其他硬件，测试成本稍高。

3 Boundary-Scan边界扫描技术

ICT测试仪要求每一个电路节点至少有一个测试点。但随着器件集成度增高，功能越来越强，封装越来越小，SMT元件的增多，多层板的使用，PCB板元件密度的增大，要在每一个节点放一根探针变得很困难，为增加测试点，使制造费用增高；同时为开发一个功能强大器件的测试库变得困难，开发周期延长。为此，联合测试组织（JTAG）颁布了IEEE1149.1测试标准。

IEEE1149.1定义了一个扫描器件的几个重要特性。首先定义了组成测试访问端口（TAP）的四（五〕个管脚：TDI、TDO、TCK、TMS，（TRST）。测试方式选择（TMS）用来加载控制信息；其次定义了由TAP 控制器支持的几种不同测试模式，主要有外测试（EXTEST）、内测试（INTEST）、运行测试（RUNTEST）；最后提出了边界扫描语言（Boundary Scan Description Language），BSDL语言描述扫描器件的重要信息，它定义管脚为输入、输出和双向类型，定义了TAP的模式和指令集。

具有边界扫描的器件的每个引脚都和一个串行移位寄存器（SSR）的单元相接，称为扫描单元，扫描单元连在一起构成一个移位寄存器链，用来控制和检测器件引脚。其特定的四个管脚用来完成测试任务。

将多个扫描器件的扫描链通过他们的TAP连在一起就形成一个连续的边界寄存器链，在链头加TAP信号就可控制和检测所有与链相连器件的管脚。这样的虚拟接触代替了针床夹具对器件每个管脚的物理接触，虚拟访问代替实际物理访问，去掉大量的占用PCB板空间的测试焊盘，减少了PCB和夹具的制造费用。

作为一种测试策略，在对PCB板进行可测性设计时，可利用专门软件分析电路网点和具扫描功能的器件，决定怎样有效地放有限数量的测试点，而又不减低测试覆盖率，最经济的减少测试点和测试针。

边界扫描技术解决了无法增加测试点的困难，更重要的是它提供了一种简单而且快捷地产生测试图形的方法，利用软件工具可以将BSDL文件转换成测试图形，如Teradyne的Victory，GenRad的Basic Scan和Scan Path Finder。解决编写复杂测试库的困难。

用TAP访问口还可实现对如CPLD、FPGA、Flash Memroy的在线编程（In-System Program或On Board Program）。

4 Nand-Tree

Nand-Tree是Inter公司发明的一种可测性设计技术。在我司产品中，现只发现82371芯片内此设计。描述其设计结构的有一一般程*.TR2的文件，我们可将此文件转换成测试向量。

ICT测试要做到故障定位准、测试稳定，与电路和PCB设计有很大关系。原则上我们要求每一个电路网络点都有测试点。电路设计要做到各个器件的状态进行隔离后，可互不影响。对边界扫描、Nand-Tree的设计要安装可测性要求

1. 电阻测试原理:

1.1 固定电流源(constant Current)模式(mode0)

对于不同的电阻值,ICT本身会自动限制一个适当的固定电流源做为测试的讯号源使用,如此才不会因使用都的选择不当,因而产生过高的电压而烧坏被测元件,帮其测试方式为:提供一个适当的固定电流源I,流经被测电阻R,再于被测电阻R两端,测量出Vr,由于Vr及I已知,利用Vr=IR公式,即可得知被测电阻R值.

RANGE Current

1欧姆~299.99欧姆5mA

300欧姆~2.99K欧姆500uA

3K欧姆~29.99K欧姆50uA

30K欧姆~299.99K欧姆5uA

300K欧姆~2.99M欧姆0.5uA

3M欧姆~40M欧姆0.1uA

1.2 低固定电流源(Low constant Current)模式(mode1)

该测试方法和上述固定电流源模式一样,只是在被测电阻于电路上若有并联(Parallel)着二极体(Diode)或IC保护二极体(IC Clamping Diode)时,对于该电阻两端测量电压值若超过0.5V 至0.7V左右时,因二极体导电的关系,该电阻两端电压将被维持在0.5V~0.7V左右,固无法量测出真正的Vr值,为解决此问题,只要将原先的电流源降低一级即可.

RANGE Current

1欧姆~299.99欧姆500uA

300欧姆~2.99K欧姆50uA

3K欧姆~29.99K欧姆5uA

30K欧姆~299.99K欧姆0.5uA

300K欧姆~2.99M欧姆0.1uA

1.3 快速(High-Speed)测试模式(MODE2)

假如被测电阻并联一个0.3uF以上的电容时,若使用上述固定电流源测试时,需要花费很长的时间,让电容充饱电荷,再去测量出Vr值,而得知R值,如此测试方法将增加ICT测试时间,为解决此问题,可以将固定DC电流源改为0.2V DC固定电压源,直接接于被测电阻两端,如此电容将会在短暂时间内使其Ic=0,故电路上所有电流将流经电阻R.其测量方式为:提供一个0.2V DC电压源,当Ic=0时,再测试流经电阻两端的Ir,因为V=IrR,而V及Ir已知,即可得知电阻R的值.

1.4 交流相位(AC Phase)测试模式(MODE3,MODE4,MODE5)

由于电路设计关系,被测试电阻将会并联着电感等元件,对于此电阻值测量,若使用固定电流源方式测试,电阻值将会偏低而无法测量出真正的电阻值,故使用AC电压源,利用相位角度的领先,及落后方式而得知被测电阻值.故其测试方式为:提供一个适当频率的AC电压源V,同时在被测电阻两端测量出Iz,由于V=Iz*Zrl,因为V及Iz已知,故可得知Zrl,又因为R=Zrl*cosθ,而Zrl及cosθ已知,故即可得知被测电阻R值.

SIGNAL RANGE(L) RANGE(R)

1KHz 600uH~60H 5欧姆~300K欧姆

10KHz 60uH~600mH 5欧姆~40K欧姆

100KHz 6uH~6mH 5欧姆~4K欧姆

2. 电容/电感测试原理:

2.1 固定AC电压源(Constant AC V oltage)测试模式(MODE0,MODE1,MODE2,MODE3)

对于不同阻抗的电容或电感,ICT本身会自动选择一个适当频率(frequency)的AC电压源作为测试使用,其频率计有:1KHz,10KHz,100KHz,1MHz,对于极小阻抗值的电容或电感将需要较高频率的AC电压源,再测量被测元件两端的电压源,由于V=Ic*Zc或V=Il*Zl,而V及Ic 或Il已知,故得知Zc=1/2π*f*C或Zl=2πfL,又因f已知,故即可得知电容C或电感L值. Debug MODE Signal Source Capacitor Range Inductor Range

0 1KHz 400pF~30uF 6mH~60H

1 10KHz 40pF~4uF 600mH以下

2 100KHz 1pF~40nF 6mH以下

3 1MHz 1pF~300pF 1uH~60uH

ICT的功能与作用

一、ICT的通用功能：

1.能够在短短的数秒钟内，全检出组装电路板上零件：电阻、电容、电感、电晶体、FET、LED,普通二极体、稳压二极体、光藕器、IC等零件，是否在我们设计的规格内运作。

2.能够先期找出制程不良所在，如线路短路、断路、组件漏件、反向、错件、空焊等不良问题，回馈到制程的改善。

3.能够将上述故障或不良资讯以印表机印出测试结果，包括故障位置、零件标准值、测试值，以供维修人员参考。可以有效降低人员对产品技术依赖度，不需对产品线路了解，照样有维修能力。

4.能够将测试不良资讯统计，生产管理人员加以分析，可以找出各种不良的产生原因，包括人为的因素在内，使之各个解决、完善、指正，藉以提升电路板制造及品质能力。

正是由于ICT以上功能所带给客户的巨大效益，才有今天ICT得已广泛运用的现实！

二、特别功能：

1.电解电容极性测试技术：

电解电容反向、漏件100%可测

并联电解电容反向、漏件100%可测

电解电容极性测试技术的工作原理：

1.1就是利用第三根针施加一激发讯号（Trigger Signal）（如图一、二）于电解电容顶端，并量测第三点与正或负端间的反应讯号（如图三）

1.2利用DSP（数字讯号处理）技术加以运算后，转换成一组向量(Vectors)（如图四）

透过DFT(Discrete Fourier Transform，离散式傅立叶变换)及FFT(Fast Fourier Transform，快速傅立叶变换）等运算方式，将量得的反应讯号由 t(time) domain（示波器讯号）转换成

f(frequency) domain（频谱分析仪讯号）的向量组。

1.3经由Learning取得一组标准向量值，而后待测物(DUT---Device Under Test)所量测的值(如图

五)再经Pattern Match（特征辨识比对技术）与原标准值比对，以决定待测物极性正确与否。Pattern Match的应用如：指纹辨识、伪钞辨识、视网膜辨识等均是。

2.IC空焊测试技术：

BGA空焊趋近100%测试

INTEL845(北桥)趋近100%测试

SCSI SMD CONNECTOR趋近100%测试

PCI SMD CONNECTOR趋近100%测试

IC空焊测试技术原理

利用感应片(Sensor Pad)与待测组件上方表面紧密接触，在感应片上装置有同步检波放大器

(Synchronous Detector AMP.)，经过三端将反应讯号传至开关卡(Switch Card)量测，量测后结果再经DSP运算。(图一)

所量测者系DUT与感应片之间的感应电场 ( V/m )，其值与感应接触面积无关，而与两者间距平方成反比。

3.微阻测试技术：

四线式测试技术可以克服线阻及接触电阻所产生的量测误差。

测试精度可达到mΩ级。

原理：

针对小电阻的量测，传统量测法属二线式(如右图

所示)

RMEAS = V/A = r1 + r2 + RDUT

若r1 + r2 之线内阻值与RDUT值越接近，其误差

越大。

四线式量测法其接线如右图所示

RMEAS = V = RDUT

∵ Im+ ＝ Im- ≒ 0

∴VMEAS ≒ VDUT

不受r1 + r2 及rm1 + rm2之影响

ICT测试的盲点分为电气盲点、机械盲点、功能盲点三大类.

电气盲点又分为组合性盲点与超限性盲点,组合性如:与大电容并联的小电容,由于大电容的容差可能比小电容的值还大,所以小电容就不可测了,还有电阻的纯并联等; 超限性的如:电压较高的压敏电阻,极小的电感(0.1uH以下)等.

机械盲电主要是对于那些无法设置测试点的元件,ICT无法完全测试到,比如未完全引出管脚焊盘的BGA且无法用边界扫描测试到的管脚.还有由于元件太密而无法设测试针的电路部分.

功能盲点就是一些静态测试无法完成的性能:如IC的动态特性,部分电容的极性(无金属外壳的电容有50%无法测极性),非电气件的故障(能转换为电气特性的除外)等.

通常,有些特性是可以通过转化特性而获得测量的,如LED的颜色与亮度......

ICT的全称是(In-Circuit Test)

1. 什么是ICT?

ICT的全称是(In-Circuit Test)在线测试,确切的说ICT是一项测试技术。

2. ICT的用途:

在线测试技术广泛的应用在电子制造企业,它的主要用途是对PCBA上的电子

元器件进行电气测试.包括对模拟器件(resistor,capacitor,diode,Fet ect),

数字器件(BUFFER,INVERTER,Memory,MCU,ROM/EEPROM/FLASH ect),混合元器件(ADC,DAC ect).在线测试还其它高级测试,例如:对串行/并行EEPROM,Flash的

(ISP/OBP)在线编程,边界扫描链(Boundary Scan Chain Test),通过JTAG PORT

(边界扫描端口)对CPLD/FPGA or On-Chip EEPROM/FALSH在线编程.

3. ICT的优点:

在线测试是基于物理接触及加电测试的,在连接性及电气性进行测试.通过对

PCBA的在线测试,可以保证PCBA上的元器件是良好的,快速地帮你发现不良元器件,制造缺陷,同时提供诊断维修报告.

优点:

（1）消除对下一测试工位存在的潜在危险(例如:短路).

（2）提高出货成品的良率.

（3）发现制程缺陷,持续改善提高制程.

（4）提供维修报告,帮助维修人员快速维修,避免重复维修,降低维修成本.

（5）可以对EEPROM,FLASH,CPLD/FPGA进行在线编程,不需另购烧录器.

4. ICT测试机的种类：

（1）高端测试机：

Agilent(安捷伦AGILENT3x7x)，TERADYNE(泰瑞达TERADYNE88xx)，GENRAD(GR228x)测试机。

（2）低端测试机：

JET(捷智)，TRI（德律) etc 测试机。

高端测试机与低端测试的主要区别在于：

高端测试机不但可以进行非加电测试，还可以进行加电测试，边界扫描，混合测试，在线烧录，低端测试机提供非加电测试及简单的加电测试。

5. ICT测试开发的重点及难点:

(1)为EEPROM/FLASH编写/调试在线烧录test library.

(2)为On-Chip EEPROM/FALSH编写/调试在线烧录test library.

(3)开发/调试Boundary scan chain test library.

(4)通过JTAG port在线烧录CPLD/FPGA.

(5)开发/调试混合test library.

6. Items(术语) definitions:

ICT - in-circuit Test.

PCBA - printed circuit board assembly.

MCU - micro-controller unit.

EEPROM - electrically erasable and programmable read only memory.

ADC - analog to digital converter.

DAC - digital to analog converter.

ISP - in system programming.

OBP - on board programming.

JTAG - join test action group.

CPLD - complex programmable logic gate.

FPGA - field programmable gate array.