CN107807280A - 一种fpga焊点电阻检测电路 - Google Patents
一种fpga焊点电阻检测电路 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107807280A CN107807280A CN201711234854.6A CN201711234854A CN107807280A CN 107807280 A CN107807280 A CN 107807280A CN 201711234854 A CN201711234854 A CN 201711234854A CN 107807280 A CN107807280 A CN 107807280A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fpga
- sig
- signal
- time
- solder joint
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 43
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 36
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 21
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Abstract
本发明公开了一种FPGA焊点电阻检测电路，由内部检测电路和外部检测电路组成，可以对FPGA引脚的焊点电阻进行检测，同时该引脚可以用于输出信号Sig的传输，并在重建的输出信号Sig_R处重建。基于时分复用，由测试逻辑输出控制信号控制多路选择器输出，检测过程由输出检测信号、反馈信号通过放电、充电外部电路（主要是C1）并基于充电时间计算焊点电阻R0，不进行检测时由电阻R2、电容C2在Sig_R处保持Sig信号，并提供驱动负载Rin需要的能量。基于该电路的FPGA焊点电阻检测，可以将待测引脚用于功能设计，且具有较低的检测功耗。
Description
技术领域
本发明属于电子技术与可靠性技术领域，具体涉及一种FPGA焊点电阻检测电路。
背景技术
随着电子技术的发展，FPGA应运而生，且在电路系统中的应用也日益广泛。在航天等领域，FPGA的使用因任务的日益复杂也越来越多。航天领域的特殊需求，对其中的电子系统等装备的可靠性要求很高。而航天产品的微振动、交变温度应力等，容易使电路系统中的焊点特别是大型BGA封装的焊点发生失效。对焊点失效的提前预测，可有效的预防故障的发生，对系统的可靠性提升具有重要作用。
故障与健康管理等领域的有关研究表明，焊点的失效，前期表现为焊点电阻的增加。因此，对FPGA的焊点电阻进行测量，可有效预测FPGA焊点失效，对包含FPGA的电子系统的可靠性保证，具有重要作用。航天系统的资源、能量有限，这要求检测系统尽量少的使用系统硬件资源，并具有较低的功耗。
为了满足上述资源、能源的需求，借鉴当前焊点故障检测方法，提出一种可以将被检测焊点用于FPGA功能设计的FPGA焊点电阻低功耗在线检测电路。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种FPGA焊点电阻检测电路。
本发明的FPGA焊点电阻检测电路 包括内部检测电路和外部检测电路；
所述的内部检测电路，包括FPGA内部的测试逻辑、多路选择器和连接线路，基于时分复用，测试逻辑输出控制信号控制多路选择器选择功能信号Sig或者检测信号，多路选择器的输出连接到测试逻辑；
所述的时分复用，是指小部分时间用于测试，大部分时间用于输出Sig；所述的小部分时间用于测试，指测试逻辑对FPGA引脚的焊点电阻进行测试；所述的测试逻辑对FPGA引脚的焊点电阻进行测试，是指测试信号先输出低电平信号，对引脚寄生电容C0和外部电路进行放电，将FPGA引脚电压放电到0V，然后测试信号输出高电平，将FPGA引脚电压提高，由反馈信号检测从低电平到高电平的变化时刻，从充电到前述变化时刻的时间可以单调递增的表征FPGA引脚焊点电阻R0的大小；所述的大部分时间用于输出Sig，指多路选择器选择Sig输出到FPGA引脚；
所述的外部检测电路由一个电阻器R2和两个电容器C1和C2组成；所述的电阻器R2的两端分别与电容器C1和电容器C2连接；所述的电容器C1和电容器C2的没有与R2连接的一端接地；所述的电阻器R2与电容器C1连接的一端与FPGA的引脚连接，电阻器R2与电容器C2连接的一端为Sig_R信号。
本发明的FPGA焊点电阻检测电路的具有以下优点：
1.本发明的FPGA焊点电阻检测电路可以对FPGA引脚焊点进行在线检测，即被检测焊点电阻的FPGA引脚可以用作低频信号输出引脚，节省FPGA的引脚资源。
2.本发明的FPGA焊点电阻检测电路只检测一个焊点，只需要3个外部电阻和电容，布局布线具有灵活性。
3.本发明的FPGA焊点电阻检测电路具有很低的测试功率，节约能源。
附图说明
图1为本发明的FPGA焊点电阻检测电路的结构图；
图2为本发明的FPGA焊点电阻检测电路的内部检测电路的工作原理图；
图3为本发明的FPGA焊点电阻检测电路提供的实验测得的时间与电阻之间的关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
本实施例不以任何形式限制本发明，凡采取等同替换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
本发明的FPGA焊点电阻检测电路检测电路包括内部检测电路和外部检测电路；
所述的内部检测电路，包括FPGA内部的测试逻辑、多路选择器和连接线路，基于时分复用，测试逻辑输出控制信号控制多路选择器选择功能信号Sig或者检测信号，多路选择器的输出连接到测试逻辑；
所述的时分复用，是指小部分时间用于测试，大部分时间用于输出Sig；所述的小部分时间用于测试，指测试逻辑对FPGA引脚的焊点电阻进行测试；所述的测试逻辑对FPGA引脚的焊点电阻进行测试，是指测试信号先输出低电平信号，对引脚寄生电容C0和外部电路进行放电，将FPGA引脚电压放电到0V，然后测试信号输出高电平，将FPGA引脚电压提高，由反馈信号检测从低电平到高电平的变化时刻，从充电到前述变化时刻的时间可以单调递增的表征FPGA引脚焊点电阻R0的大小；所述的大部分时间用于输出Sig，指多路选择器选择Sig输出到FPGA引脚；
所述的外部检测电路由一个电阻器R2和两个电容器C1和C2组成；所述的电阻器R2的两端分别与电容器C1和电容器C2连接；所述的电容器C1和电容器C2的没有与R2连接的一端接地；所述的电阻器R2与电容器C1连接的一端与FPGA的引脚连接，电阻器R2与电容器C2连接的一端为Sig_R信号。
实施例1
取被检测焊点电阻的变换范围为0-500欧姆。
电路的结构如图1所示，R0表示待测焊点电阻，C0表示寄生电容，R2、C1、C2分别为外部测试电路中的电阻电容，Rin为模拟的被驱动的负载的输入电阻。
表1给出了外部检测电路参数，具体分析如下。为了保证测量精度，C1必须远大于分布电容C0，然而太大的C1将增加能量开销。在常规的PCB中，C0一般为几pF，C1选择1nF，其值超过C0的100倍，故忽略C0。基于XC6SLX9-TQG144BIV1141的实验结果显示，当IO电压为3.3V时，从0到1跳变的门限电压约为1.7，1到0的跳变电压也约为1.7V，且温度在10-85摄氏度之间时该电压基本不变。基于RC电路的充放电特性可知，C1的放（充）电时间随着R0的增加而增加，当R为最大值500欧姆时，放（充）电时间最长，从3.3V放电到1.7V（从0V充电到1.7V），最多需要0.5us。测试过程输出信号由R2和C2形成的滤波器保持。滤波器的时间常数越大，可输出的信号的带宽就越窄。这里，取时间常数为R0和C1的10倍。时间常数由R2和C2的乘积，太小的C2将减小信号Sig_R的驱动能力，最终选择C2取C1相同的值，1nF；R2取R0的10倍，即5.1千欧姆。取脉冲放（充）电的时间比例为1/8(12.5%)，则增个放（充）电过程最多4us，假设输入阻抗为1M欧姆，由于输入阻抗Rin形成的电压降（升）最多为14mV，比较小，忽略不计。
焊点电阻检测过程由内部检测电路的测试逻辑控制，测试逻辑主要包括6个状态（state~state5），原理如图2所示。State0为常规输出状态，将信号Sig输出到PIN，然后在Sig_R处重建，其中计时器t用于计算Sig稳定输出一个稳定值的保持时间，当计时器达到20us时，即认为PIN已经输出了一个确定值足够长时间，C2已经近乎被完全放电到0V（充电到3.3V）。当计时器时间大于20us后，则进入state1。State1中，将计数器t1清0，并状态锁存当前输出的Sig信号到Sig_r，假定Sig信号为高电平1（低电平0），随后直接进入state2。在state2，PIN输出一个与Sig_r相反的电平0（1），对引脚进行放电（充电），同时将计数器t2清0，随后进入state3。在state3中，计数器t2累加，PIN输出高阻，等待C2反过来给引脚充电。当t2=6使，进入state3。State4设置PIN为输入，检查PIN状态，如果已经没有达到门限值，电平还是为1（0），即与Sig_R相同，则返回state2继续放电（充电），否则，放电（充电）结束，计数器t1累加，进入state5。在State5时，t1与放电次数成线性关系，可以根据t1计算出R0（还与Sig_R有关）。由于在测试过程中PIN上的电平发生变化，将影响C2的电量，所以将计时器t清0，重新计时，准备开始下一次测试。系统复位时，也直接进入state5，将t清0。
基于Xilinx公司的XC6SLX9-TQG144BIV1141 FPGA，对该检测电路进行实验测试。图3给出了不同R0下测得的t1，在Sig=0或Sig=1的情况下，t1均随R0的增加而增加。表2显示了该检测方法的功率（一共包含4个测试点），其功率消耗最大约为8.6mW，单个焊点检测消耗的功率不超过2.2mW。
表1
表2
Claims (1)
1.一种FPGA焊点电阻检测电路，其特征在于：所述的检测电路包括内部检测电路和外部检测电路；
所述的内部检测电路，包括FPGA内部的测试逻辑、多路选择器和连接线路，基于时分复用，测试逻辑输出控制信号控制多路选择器选择功能信号Sig或者检测信号，多路选择器的输出连接到测试逻辑；
所述的时分复用，是指小部分时间用于测试，大部分时间用于输出Sig；所述的小部分时间用于测试，指测试逻辑对FPGA引脚的焊点电阻进行测试；所述的测试逻辑对FPGA引脚的焊点电阻进行测试，是指测试信号先输出低电平信号，对引脚寄生电容C0和外部电路进行放电，将FPGA引脚电压放电到0V，然后测试信号输出高电平，将FPGA引脚电压提高，由反馈信号检测从低电平到高电平的变化时刻，从充电到前述变化时刻的时间可以单调递增的表征FPGA引脚焊点电阻R0的大小；所述的大部分时间用于输出Sig，指多路选择器选择Sig输出到FPGA引脚；
所述的外部检测电路由一个电阻器R2和两个电容器C1和C2组成；所述的电阻器R2的两端分别与电容器C1和电容器C2连接；所述的电容器C1和电容器C2的没有与R2连接的一端接地；所述的电阻器R2与电容器C1连接的一端与FPGA的引脚连接，电阻器R2与电容器C2连接的一端为Sig_R信号。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711234854.6A CN107807280B (zh) | 2017-11-30 | 2017-11-30 | 一种fpga焊点电阻检测电路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711234854.6A CN107807280B (zh) | 2017-11-30 | 2017-11-30 | 一种fpga焊点电阻检测电路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107807280A true CN107807280A (zh) | 2018-03-16 |
| CN107807280B CN107807280B (zh) | 2024-05-31 |
Family
ID=61582009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711234854.6A Active CN107807280B (zh) | 2017-11-30 | 2017-11-30 | 一种fpga焊点电阻检测电路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107807280B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109932639A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-06-25 | 北京唯实兴邦科技有限公司 | 基于单电容的fpga焊点故障诊断方法及诊断装置 |
| CN111157878A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-05-15 | 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） | 焊点测试结构及其测试方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001232481A (ja) * | 2000-02-18 | 2001-08-28 | Honda Motor Co Ltd | 溶接ケーブルの異常検知装置 |
| US20060194353A1 (en) * | 2005-02-28 | 2006-08-31 | Ridgetop Group, Inc. | Method and circuit for the detection of solder-joint failures in a digital electronic package |
| CN101149405A (zh) * | 2007-09-20 | 2008-03-26 | 上海交通大学 | 交流点焊动态电阻实时测量装置与方法 |
| US20080144243A1 (en) * | 2006-12-19 | 2008-06-19 | Ridgetop Group, Inc. | Method and circuit for low-power detection of solder-joint network failures in digital electronic packages |
| US20140052392A1 (en) * | 2012-08-14 | 2014-02-20 | Bar Ilan University | Technique for monitoring structural health of a solder joint in no-leads packages |
| CN207528819U (zh) * | 2017-11-30 | 2018-06-22 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 一种fpga焊点电阻检测电路 |
-
2017
- 2017-11-30 CN CN201711234854.6A patent/CN107807280B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001232481A (ja) * | 2000-02-18 | 2001-08-28 | Honda Motor Co Ltd | 溶接ケーブルの異常検知装置 |
| US20060194353A1 (en) * | 2005-02-28 | 2006-08-31 | Ridgetop Group, Inc. | Method and circuit for the detection of solder-joint failures in a digital electronic package |
| US20080144243A1 (en) * | 2006-12-19 | 2008-06-19 | Ridgetop Group, Inc. | Method and circuit for low-power detection of solder-joint network failures in digital electronic packages |
| CN101149405A (zh) * | 2007-09-20 | 2008-03-26 | 上海交通大学 | 交流点焊动态电阻实时测量装置与方法 |
| US20140052392A1 (en) * | 2012-08-14 | 2014-02-20 | Bar Ilan University | Technique for monitoring structural health of a solder joint in no-leads packages |
| CN207528819U (zh) * | 2017-11-30 | 2018-06-22 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 一种fpga焊点电阻检测电路 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109932639A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-06-25 | 北京唯实兴邦科技有限公司 | 基于单电容的fpga焊点故障诊断方法及诊断装置 |
| CN111157878A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-05-15 | 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） | 焊点测试结构及其测试方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107807280B (zh) | 2024-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103729049B (zh) | 电压缩放技术的方法和装置 | |
| CN204719206U (zh) | 电磁继电器测试装置 | |
| CN207528819U (zh) | 一种fpga焊点电阻检测电路 | |
| CN104569772B (zh) | 电动高压直流电绝缘检测电路及方法 | |
| CN107807280A (zh) | 一种fpga焊点电阻检测电路 | |
| CN104698366A (zh) | Bga封装焊点连接失效故障监测方法 | |
| CN104111416A (zh) | 用于智能功率模块的测试电路及测试方法 | |
| CN200976023Y (zh) | Cmos电池电压检测电路 | |
| CN103529281B (zh) | 一种全覆盖实时自我诊断的电压检测电路、电子设备及汽车 | |
| CN102411082A (zh) | 一种节能型过零检测电路及装置 | |
| CN212694001U (zh) | 开路检测电路及开路检测装置 | |
| CN204925248U (zh) | 一种测量可变电阻阻值的电路 | |
| CN102156425B (zh) | 一种对数字集成电路焊点健康状态实时监测的装置 | |
| CN204214944U (zh) | 一种通用射频状态监测与故障诊断报警装置 | |
| CN203950020U (zh) | 测试芯片管脚连通性的电路 | |
| CN207601213U (zh) | 中央处理单元插槽的多个电源与接地脚位导通检测系统 | |
| CN103472405A (zh) | 电源供应器测试电路 | |
| CN104897964A (zh) | 一种测量可变电阻阻值的电路及方法 | |
| CN204346539U (zh) | 具有自检功能的水位检测电路和烹饪器具 | |
| CN207318701U (zh) | 一种计量芯片基准电压的测量装置 | |
| Wang et al. | A low power online test method for FPGA single solder joint resistance | |
| CN207730824U (zh) | 一种电流测量电路 | |
| CN103595355B (zh) | 一种微波放大器恒流偏置系统 | |
| CN109633420A (zh) | 一种探针式故障注入板卡 | |
| CN216524005U (zh) | 一种内置电阻频率转换器的芯片电路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |