Обнаружение коротких замыканий

Микроминиатюризация логических схем, применение многослойного печатного монтажа и другие современные тенденции развития дискретной техники постоянно увеличивают вероятность возникновения неисправностей вида «короткое замыкание» (КЗ) между линиями схемы. Особенно актуальна задача обнаружения КЗ при выходном контроле микросхем на этапе изготовления.

Наибольшую вероятность возникновения имеют одиночные КЗ, состоящие в замыкании двух линий схемы (рисунок 1). КЗ обозначается как K_i,j, где i, j – номера линий схемы, между которыми происходит замыкание. Возможны также групповые КЗ, состоящие в попарном сообщении друг с другом нескольких линий, а также кратные КЗ, состоящие из нескольких групповых или одиночных замыканий.

Рисунок 1 - Одиночные КЗ

 

С точки зрения влияния на работу схемы различают КЗ без обратной связи (ОС) и замыкания с ОС. Обратная связь возникает, если линии, участвующие в замыкании, принадлежат одному и тому же пути схемы. КЗ без ОС не изменяет тип логической схемы. Так комбинационная схема с КЗ без ОС (см. рисунок 1) сохраняет свойства схемы без памяти. Замыкание с ОС при четном числе инверсий в контуре ОС (рисунок 2а) превращает комбинационную схему в схему с памятью, при этом либо возникает дополнительный элемент памяти, либо глобальная обратная связь. Контур ОС с нечетным числом инверсий образует динамический элемент памяти, который может работать в генераторном режиме (рисунок 2б).

Рисунок 2 - КЗ с ОС

 

Возможны следующие три вида поиска коротких замыканий.

1. Комбинационный поиск, который применяется для обнаружения КЗ без ОС в комбинационных схемах, а также для обнаружения КЗ с ОС в том случае, когда замыкание обнаруживается на таком входном наборе, при котором поведение неисправной схемы не зависит от значения логического сигнала на линии ОС в предшествующий момент времени.

2. Последовательностный поиск, при котором КЗ, содержащее контур ОС с чётным числом инверсий, обнаруживается на последовательности входных наборов.

3. Генераторный поиск, при котором КЗ, содержащее контур ОС с нечетным числом инверсий, обнаруживается за счет возникновения в неисправной схеме колебаний, что приводит к появлению на выходе схемы импульсной последовательности из сигналов 0 и 1.

Таким образом, справедливо утверждение: Короткое замыкание между линиями логической схемы искажает работу схемы только тогда, когда в исправной схеме на этих линиях формируются различные логические сигналы.

Рассмотрим одиночное КЗ с ОС с чётным числом инверсий. На рисунке 3 приведен пример, иллюстрирующий данный вид замыкания. Исходная схема (рисунок 3а) является комбинационной. Проверяющий тест схемы содержит 4 набора {100, 111, 101, 011}. Наборы могут подаваться на вход схемы в любой последовательности. Предположим, что они подаются в тактах t₁- t₄ в последовательности приведенной на рисунке. Тогда на выходе схемы формируется последовательность 1100.

Внесем в схему неисправность К_1,5. Эквивалентная схема приведена на рисунке 3б. Если на ее вход подать указанные тестовые наборы в той же последовательности, что и на исходную схему, то на выходе схемы с КЗ формируется также последовательность 1100. Следовательно, тест на константные неисправности не обнаруживает КЗ.

Для обнаружения КЗ при помощи последовательностного поиска необходимо найти такую последовательность входных наборов, при которой реакции исправной и неисправной схем будут различными. Для этого находятся наборы, на которых КЗ проявляется, если в предшествующем такте в цепи ОС установлен сигнал 0.

Рисунок 3 - Исправная (а) и эквивалентная неисправной (б) схемы

 

В данном случае получен набор 111. В последовательностном тесте ему должен предшествовать набор, устанавливающий в точке 5' сигнал 0 (например, набор 101). На рисунке 3б показан тест, который обнаруживает КЗ и отличается от первого варианта теста только расположением наборов в последовательности. На выходе неисправной схемы на этом тесте формируется последовательность 1000, а на выход исправной схемы - отличающаяся от нее последовательность 1100.

Комбинационный поиск КЗ данного вида обеспечивают наборы, которые определяются при помощи формулы . Например, на наборе 000 в исправной схеме на выходе формируется сигнал 1, а в неисправной - сигнал 0 независимо от значения сигнала на линии ОС, так как сигнал а=0 однозначно фиксирует нулевое значение сигнала на выходе дополнительного элемента И. Такой набор может и не входить в тест на константные неисправности, поэтому его дополнительно включают в тест.

Для организации комбинационного поиска необходимо на вход схемы подать такой набор, при котором на выходе схемы стабильно фиксируется сигнал, отличный от сигнала на выходе исправной схемы.

При применении генераторного поиска КЗ фиксируется при помощи специальных средств обнаружения колебательного процесса в логической схеме, что исключает необходимость сравнения реакции неисправной и исправной схем на наборах проверяющего теста. Это упрощает процесс диагностирования. Однако, как правило, тест на КЗ объединяют с тестом на константные неисправности, и поэтому наиболее целесообразно использовать методы комбинационного поиска замыканий.

Стратегия построения объединенного теста заключается в следующем. Строится проверяющий тест на константные неисправности. Составляется список возможных КЗ. При помощи формул и для каждого КЗ находятся наборы комбинационного поиска. Анализируется каждое КЗ. Если КЗ не обнаруживается построенным тестом на константные неисправности, то тест дополняется соответствующим набором комбинационного поиска. Если КЗ не имеет наборов комбинационного поиска, то в тест включается цепочка наборов, обеспечивающая обнаружение неисправности методом последовательностного поиска.