DE102007011817B4 - Method and device for locating faults on electronic circuit boards with capacitive sensor - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Lokalisieren von Fehlern auf elektronischen Leiterplatten (15) mit mehreren Pins,wobei Testparameter (603, 604) einer Schaltung (3) der mit Bauteilen bestückten Leiterplatte (15) gemessen werden, wobei die gemessenen Testparameter (603, 604) mit Referenzparametern (601) verglichen werden,wobei die Testparameter (603, 604) aus einer Übereinstimmungsanalyse eines die Schaltung (3) beaufschlagenden Signals und eines an der Schaltung (3) gemessenen Signals gewonnen werden,wobei entweder das beaufschlagende Signal oder das an der Schaltung (3) gemessene Signal direkt in die Leiterplatte (15) eingekoppelt bzw. aus dieser ausgekoppelt wird und das jeweils andere Signal über eine kapazitive Kopplung (410) aus der Leiterplatte (15) ausgekoppelt bzw. in diese eingekoppelt wird,wobei zum Messen der Testparameter (603, 604) jeweils eines der insgesamt n Pins der Schaltung (3) als zu untersuchender Pin mit dem beaufschlagenden Signal beaufschlagt wird,wobei die anderen n-1 Pins der Schaltung (3) mit einem definierten Potential verbunden werden, undwobei eine bekannte Bitfolge dargestellt durch eine Folge von Impulsen von einer Spannungs- oder Stromquelle (1) auf das zu untersuchende Pin aufgeprägt wird.A method of locating faults on multi-pin electronic circuit boards (15), wherein test parameters (603, 604) of a circuit (3) of the component-mounted circuit board (15) are measured, the measured test parameters (603, 604) being referenced with reference parameters ( 601), wherein the test parameters (603, 604) are obtained from a match analysis of a signal acting on the circuit (3) and a signal measured on the circuit (3), either the signal applied to or the circuit (3) measured signal is coupled directly into the printed circuit board (15) or coupled out of this and the respective other signal via a capacitive coupling (410) from the printed circuit board (15) is coupled or coupled into this, wherein for measuring the test parameters (603, 604) in each case one of the n total pins of the circuit (3) is acted upon as a pin to be examined with the acting signal, wherein the other n-1 pins of the Circuit (3) are connected to a defined potential, and wherein a known bit sequence represented by a sequence of pulses from a voltage or current source (1) is impressed on the pin to be examined.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Lokalisieren von Bestückungsfehlern, Bauteilfehlern und Kontaktierungsfehlern auf elektronischen Leiterplatten.The invention relates to a method and a device for locating assembly errors, component errors and contacting errors on electronic circuit boards.
Zur Erkennung von Bestückungsfehlern, Bauteilfehlern und Kontaktierungsfehlern werden herkömmlich Verfahren eingesetzt, welche die Schaltung mit einem Eingangs-Signal beaufschlagen und ein oder mehrere Ausgangs-Signale direkt an den Pins oder an dafür vorgesehenen Anschlüssen messen. Diese Verfahren sind jedoch nicht immer, insbesondere bei SMD-Bauweise einsetzbar, da eine Kontaktierung der Pins nicht immer möglich ist, und spezielle Anschlüsse nicht immer verfügbar sind.Conventionally, methods are used for detecting assembly errors, component defects and contacting errors, which apply an input signal to the circuit and measure one or more output signals directly at the pins or at terminals provided for this purpose. However, these methods are not always applicable, especially in SMD construction, as a contacting of the pins is not always possible, and special connections are not always available.
Zum Stand der Technik sei auf die Europäische Patentschrift
Weiterhin wird auf die Druckschriften
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von Fehlern auf Leiterplatten zu schaffen, welche einfach handhabbar und zugleich störgrößenresistent sind.The invention has for its object to provide a method and an apparatus for determining errors on printed circuit boards, which are easy to handle and at the same time interference size resistant.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 1 und für die Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.The object is achieved for the method by the features of
Der Erfindung liegt das im Folgenden beschriebene Konzept zu Grunde:The invention is based on the concept described below:
Zur Ermittlung von Fehlerquellen auf einer Leiterplatte wird ein Signal nacheinander in sämtliche Anschlüsse der zu untersuchenden Schaltung eingeprägt. Mittels eines kapazitiven Sensors wird über der Schaltung ein Signal abgegriffen. Anhand des Zusammenhangs zwischen dem Beaufschlagungs-Signal und dem kapazitiv abgegriffenen Signal können durch einen Vergleich mit Referenzparametern einer fehlerfreien Leiterplatte Fehler auf dem Messobjekt lokalisiert werden.To determine sources of error on a printed circuit board, a signal is impressed successively in all connections of the circuit to be examined. By means of a capacitive sensor, a signal is tapped off the circuit. On the basis of the relationship between the application signal and the capacitively tapped signal, errors can be localized on the measurement object by comparison with reference parameters of a faultless printed circuit board.
Das Verfahren zur Messung beginnt vorzugsweise in einer ersten Phase mit der Entladung sämtlicher Kapazitäten der Leiterplatte. Hierzu werden alle Referenz- und Testpins über einen Strommesser und eine Entladeschaltung strombegrenzt auf das GND-Potenzial entladen. In der zweiten Phase wird jeder Testpin einzeln von der gemeinsamen Messleitung genommen und mit einer einzelnen Messleitung verbunden. Über die Signal-Quelle wird nun ein definiertes Signal auf den Prüfpin gegeben.The method of measurement preferably begins in a first phase with the discharge of all capacitances of the printed circuit board. For this purpose, all reference and test pins are discharged current-limited to the GND potential via an ammeter and a discharge circuit. In the second phase, each test pin is taken individually from the common measurement lead and connected to a single lead. A defined signal is now applied to the test pin via the signal source.
Vorteilhafterweise wird als Beaufschlagungs-Signal ein aus einem Rechtecksignal erzeugtes digitales Bitmuster genutzt. Vorteilhafterweise kann die Einstellung von Ausgangsspannung, Strombegrenzung, Signalform und/oder Frequenz für jeden Prüfpunkt individuell eingestellt werden. Der an der Schaltung anliegende kapazitive Sensor nimmt das von der Schaltung modifizierte Signal auf und bereitet es vorteilhafterweise in einer Sensorelektronik auf, bevor es weitergeleitet wird. Es ist von Vorteil, zeitsynchron mit der Ausgabe des Eingangs-Signals das Ausgangssignal des kapazitiven Sensors äquidistant aufzuzeichnen. Nach Abschluss der Messung wird der einzelne Testpin wieder mit der gemeinsamen Messleitung verbunden.Advantageously, a digital bit pattern generated from a square wave signal is used as the apply signal. Advantageously, the adjustment of output voltage, current limit, waveform and / or frequency can be set individually for each test point. The voltage applied to the circuit capacitive sensor receives the signal modified by the circuit and prepares it advantageously in a sensor electronics before it is forwarded. It is advantageous to record the output signal of the capacitive sensor equidistantly in synchronism with the output of the input signal. After completion of the measurement, the single test pin is reconnected to the common measuring line.
Vorteilhafterweise wird zur Beaufschlagung eine Quelle mit bipolarer Charakteristik genutzt. Bei Stimulierung der Referenzpins koppeln so sehr viele Signalpfade in der Schaltung das Signal in den kapazitiven Sensor ein. Dies führt zu gegenüber herkömmlichen Testverfahren zu einem deutlich höherem Signalpegel.Advantageously, a source with a bipolar characteristic is used to act on it. When the reference pins are stimulated, so many signal paths in the circuit couple the signal into the capacitive sensor. This leads to a significantly higher signal level compared to conventional test methods.
Das Ausgangs-Signal weist in seiner Form Ähnlichkeiten zu dem Beaufschlagungs-Signal auf. Aus dem Vergleich der Amplituden kann beispielsweise ein Parameter zur Beurteilung der Schaltung gewonnen werden. Vorteilhafterweise wird eine Detektion des beaufschlagten Bitmusters im Ausgangs-Signal durchgeführt. Das aufgezeichnete Analogsignal des Sensors wird dazu innerhalb der jeweiligen Bitdauer ausgewertet und durch Vergleich mit einer Schwelle dem entsprechenden Bit eine 0 oder 1 zugeordnet. Die Detektionsrate liefert den Parameter zur Beurteilung der Leiterplatte.The output signal is similar in shape to the apply signal. For example, a parameter for evaluating the circuit can be obtained from the comparison of the amplitudes. Advantageously, a detection of the applied bit pattern is carried out in the output signal. The recorded analog signal of the sensor is evaluated within the respective bit duration and assigned to the corresponding bit a 0 or 1 by comparison with a threshold. The detection rate provides the parameter for evaluating the printed circuit board.
Die Ermittlung der Testparameter wird vorteilhafterweise mit Hilfe eines so genannten „Lernprogramms“ durchgeführt. Ein fehlerfreier Prüfling wird mit dem Testsystem verbunden. Für alle Testpins werden Standardwerte gesetzt und ein Test durchgeführt. Durch Variation bzw. Anpassung von Ausgangsspannung, Strombegrenzung, Signalform und/oder Frequenz wird das Einspeisesignal solange variiert, bis ein optimales Verhältnis zwischen dem Beaufschlagungs-Signal und dem vom Sensor ermittelten Signal erreicht wird. Vorteilhafterweise wird so eine optimale Erkennung des Bitmusters erreicht. Die ermittelten Testparameter werden mit den Messparametern verglichen. Anhand festgelegter Schwellwerte wird ermittelt ob an dem jeweiligen Pin ein Fehler des Prüflings vorliegt.The determination of the test parameters is advantageously carried out with the aid of a so-called "learning program". A faultless DUT is connected to the test system. Default values are set for all test pins and a test is performed. By varying or adapting the output voltage, current limiting, signal shape and / or frequency, the feed signal is varied until an optimum ratio between the application signal and the signal determined by the sensor is reached. Advantageously, optimal recognition of the bit pattern is thus achieved. The determined test parameters are compared with the measurement parameters. On the basis of specified threshold values, it is determined whether an error of the device under test is present at the respective pin.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, beispielhaft beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
-
1 Eine seitliche Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung; -
2 Eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Entladung; -
3 das in2 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Beaufschlagung mit einem Eingangs-Signal; -
4 ein beispielhaftes Blockschaltbild der Signalverarbeitung; -
5 ein beispielhaftes Eingangs-Signal und ein zugehöriges abgetastetes und detektiertes Ausgangs-Signal des kapazitiven Sensors; -
6 eine Übersicht beispielhafter Referenzparameter und möglicher Testparameter.
-
1 A side sectional view of an embodiment of the device according to the invention; -
2 A representation of an embodiment of the device according to the invention during the discharge; -
3 this in2 illustrated embodiment of the device according to the invention when subjected to an input signal; -
4 an exemplary block diagram of the signal processing; -
5 an exemplary input signal and an associated sampled and detected output signal of the capacitive sensor; -
6 an overview of exemplary reference parameters and possible test parameters.
Zunächst wird in
In der
Die zu testende Schaltung
Die Verschaltungsmatrix
Die zu prüfende Schaltung
Um Störungen von parasitären bzw. geschalteten Kapazitäten zu vermeiden, wird die Schaltung zunächst mit allen Pins entladen. Dafür wird der Anschluss VCC
In
Die nicht gemessenen Pins sind gemeinsam mit der Leitung „Restliche Testpins“ 11 im Ausführungsbeispiel auf Masse geschaltet. Jeder zu messende Pin wird damit einzeln untersucht und zur Interpretation eventueller Fehlerquellen herangezogen. Alle anderen Pins bleiben von der Messung unberührt.The unmated pins are connected to ground together with the line "remaining test pins" 11 in the exemplary embodiment. Each pin to be measured is individually examined and used to interpret possible sources of error. All other pins remain untouched by the measurement.
Bevor die Messung beginnen kann, sollten vorzugsweise alle Pins der zu testenden Einheit entladen werden, damit beim späteren Test fehlerhafte Messungen durch Umladungseffekte vermieden werden. Diese Effekte werden typischerweise durch bestückte bzw. parasitäre Kondensatoren verursacht. Hierzu werden, wie in
In der zweiten Phase wird jeder Testpin einzeln von der gemeinsamen Messleitung „Restliche Testpins“ 11 getrennt und mit der Messleitung „Aktueller Testpin“ 9 verbunden. Die Messung des Prüfpins erfolgt über zwei Stromkreise. Der erste beginnt bei der Spannungsquelle
Die Einstellung von Ausgangsspannung, Strombegrenzung, Signalform und/oder Frequenz kann vorzugsweise für jeden Prüfpunkt individuell eingestellt werden. Zeitgleich mit dem Einschalten der Spannungsquelle wird das Signal des kapazitiven Sensors
Alternativ zu der in der Zeichnung dargestellten Messanordnung kann mit geänderter Messrichtung gemessen werden. Das die Schaltung
Das vom Spannungsmesser
Im Beispiel der
Die Ermittlung der Sollwerte bzw. Sollwertebereiche der Testparameter wird vorzugsweise mit Hilfe eines Lernprogramms durchgeführt. Die Definition der Testpins erfolgt über eine editierbare Konfigurationsdatei. Ein fehlerfreies Beispielexemplar des Prüflings
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Wie bereits erwähnt, können für die Referenz-Leitung
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