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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf elektrische Meßtechniken und insbesondere
auf eine neuartige Meßsonde,
die sondenspezifische Informationen speichert.
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Ein Erhalten elektrischer Messungen
von einer elektrischen Vorrichtung erfordert zumindest ein gewisses
physisches Sondieren der Vorrichtungsknoten. Wie in der Technik
bekannt ist, führen
alle elektrischen Sonden aufgrund von intrinsischem Widerstandswert,
Kapazität
und Induktivität
der Sonde selbst Meßfehler
ein. Die Kenntnis des Meßfehlerwerts
einer Sonde ist deshalb wesentlich beim Berechnen des wahren Meßwerts einer
Messung, die durch die Sonde durchgeführt wird. Faktoren, die den Meßfehler
einer Sonde beeinflussen (z. B. der Sondenverstärkergewinn und Sondenwiderstands-/Kapazitäts-/Induktivitätswert),
können
von Sonde zu Sonde variieren und deshalb unterliegen selbst Sonden,
die einen identischen Entwurf aufweisen, einigen leichten Variationen
bezüglich
einander.
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Es wäre deshalb wünschenswert, über eine Technik
zum Erhalten des für
eine bestimmte Sonde spezifischen Meßfehlerwerts zu verfügen. Es
wäre ebenso
wünschenswert,
daß ein
derartiger sondenspezifischer Meßfehlerwert feststehend und
leicht zugänglich
ist. In einem weiteren Sinn wäre
es ebenso wünschenswert,
sondenspezifische Informationen an Bord der Sonde selbst zu speichern.
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Deshalb besteht eine Aufgabe der
Erfindung darin, Vorrichtungen und Verfahren zu schaffen, die es
ermöglichen,
unter Verwendung elektrischer Sonden auf einfache Weise exakte Messungen
durchführen
zu können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Sonde
gemäß Anspruch
1 oder 11 oder durch ein Verfahren gemäß Anspruch 16, 17 oder 19 gelöst.
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Die vorliegende Erfindung ist eine
neuartige elektrische Sonde und eine neuartige Technik zum Speichern
und Wiedergewinnen sondenspezifischer Informationen zu und von einem
Speicher innerhalb der Sonde selbst. Eine elektrische Sonde, die
gemäß der Erfindung
implementiert ist, umfaßt
einen Prozessor, einen Speicher und eine Kommunikationsschnittstelle
innerhalb der Sonde selbst.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfassen die sondenspezifischen Informationen Kalibrierungsparameter,
die zu dem Zeitpunkt der Herstellung bestimmt und in dem sondeninternen
Speicher gespeichert werden. Vor einer Verwendung durch eine Meßvorrichtung
in einer Meßanwendung
werden die Kalibrierungsparameter von der Sonde durch die Meßvorrichtung
zur Verwendung bei der Berechnung der wahren Meßwerte von Messungen, die unter
Verwendung der Sonde durchgeführt
werden, heruntergeladen.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfassen die sondenspezifischen Informationen einen
Sondenidentifizierer, wie z. B. eine Seriennummer, der der Sonde
zu dem Zeitpunkt der Herstellung eindeutig zugeordnet und in dem
sondeninternen Speicher gespeichert wird. Vor einer Verwendung durch
eine Meßvorrichtung
in einer Meßanwendung
wird der Sondenidentifizierer von der Sonde heruntergeladen und
zur Zuordnung zu Kalibrierungsparametern verwendet, die spezifisch
für die
Sonde sind und außerhalb
der Probe gespeichert werden. Die der Sonde durch den Sondenidentifizierer
zugeordneten Kalibrierungsparameter werden dann durch die Meßvorrichtung
zur Verwendung beim Berechnen der wahren Meßwerte von Messungen, die unter
Verwendung der Sonde durchgeführt
werden, verwendet.
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Gemäß einem veranschaulichenden
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Meßsonde
in der Form einer Kapazitivkopplungssonde ausgeführt. Die Sonde umfaßt einen
Prozessor mit einem Speicher zum Speichern von für die bestimmte Sonde spezifischen
Kalibrierungsparametern und eine Kommunikationsschnittstelle zum
Ermöglichen,
daß eine
Meßvorrichtung
sondenspezifische Informationen, die in dem Speicher in der Sonde
selbst gespeichert sind, wiedergewinnen kann.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden
Zeichnungen näher
erläutert,
wobei gleiche Bezugszeichen die gleichen oder ähnliche Komponenten anzeigen.
Es zeigen:
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1A ein
Blockdiagramm auf hoher Ebene einer Meßsonde, die gemäß der Erfindung
implementiert ist;
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1B ein
Operationsflußdiagramm,
das ein exemplarisches Ausführungsbeispiel
eines durch den Sondenprozessor durchgeführten Verfahrens darstellt;
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1C ein
Operationsflußdiagramm,
das ein exemplarisches Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens zum Kommunizieren mit der Sonde der Erfindung darstellt;
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2 ein
Blockdiagramm einer gemäß der Erfindung
implementierten Sonde;
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3 ein
Blockdiagramm einer schaltungsinternen Testvorrichtung, die eine
kapazitiv gekoppelte Testsonde verwendet, die gemäß der Erfindung implementiert
ist;
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4A eine
perspektivische Frontdraufsicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
einer Kapazitivkopplungssonde, die gemäß der Erfindung implementiert
ist;
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4B eine
Seitenschnittansicht der Kapazitivkopplungssonde aus 4A;
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5A eine
Schnittdraufsicht einer integrierten Schaltungskomponente;
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5B eine
Seitenschnittansicht der integrierten Schaltungskomponente aus 5A und einer Kapazitivkopplungssonde
der Erfindung;
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6 eine
schematische Gesamtansicht der betrieblichen Implementierung der
Kapazitivkopplungssonde der 5A und 5B;
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7 eine
Schematik eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
einer gedruckten Sondenschaltungsplatine, die gemäß der Erfindung
implementiert ist; und
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8 ein
schematisches Diagramm einer Schnittstellenschaltung 500,
die mit der Sonde 200 der Erfindung koppelbar ist.
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Eine neuartige elektrische Sonde,
die sondenspezifische Informationen auf derselben speichert, ist
im folgenden detailliert beschrieben. Obwohl die Erfindung bezüglich spezifischer
veranschaulichender Ausführungsbeispiele
beschrieben ist, wird darauf verwiesen, daß die hierin beschriebenen
Ausführungsbeispiele
lediglich beispielhaft sind, und daß der Schutzbereich der Erfindung
dadurch nicht eingeschränkt
werden soll.
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Bezug nehmend auf die Erfindung ist 1A ein Blockdiagramm auf
hoher Ebene einer Meßsonde 10,
die gemäß der Erfindung
implementiert ist. Wie dargestellt, umfaßt die Meßsonde 10 eine Sondenerfassungsschnittstelle 14,
einen Meßschaltungsaufbau 15,
einen Prozessor 18, einen Speicher 20 und eine
Kommunikationsschnittstelle 24. Der Meßschal tungsaufbau 15 empfängt ein
Signal, das auf dem zu testenden Knoten 12 vorhanden ist,
führt eine
Meßfunktionalität durch,
die durch den bestimmten Probentyp spezifiziert ist, und sendet
das Meßsignal über einen
Meßkanal 26 an
eine Meßvorrichtung 30.
Wenn die Sonde z. B. eine Kapazitivkopplungssonde ist, die die Kapazität 11 eines
zu testenden Knotens 12 erfaßt, kann der Meßschaltungsaufbau 24 eine
Aktivpuffer-/Verstärkerschaltung 16 umfassen,
die die Sondenerfassungsschnittstelle und insbesondere das leitfähige Bauteil,
das das erfaßte
Signal trägt,
vor einer Streusystemkapazität
abschirmt.
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Gemäß der Erfindung umfaßt die Meßsonde 10 einen
Speicher 20 zum Speichern sondenspezifischer Informationen 22 und
einen Mikroprozessor 18 zum Lesen und Schreiben der sondenspezifischen Informationen 22.
Die Kommunikationsschnittstelle 24 ermöglicht eine Kommunikation zwischen
der Sonde 10 und einer externen Vorrichtung 32 (wie
z. B. einer schaltungsinternen Testvorrichtung) über einen Kommunikationskanal 28 zumindest
zu dem Zweck, es zu ermöglichen,
daß die
Meßvorrichtung die
sondenspezifischen Informationen 22 von dem Speicher 20 zumindest
wiedergewinnt.
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In dem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel
aus 1A wird ein analoges
oder digitales Signal auf einem zu testenden Knoten 12 einer
elektrischen Vorrichtung, wie z. B. einer gedruckten Schaltungsplatine,
kapazitiv durch die Sonde 10 über die Sondenerfassungsschnittstelle 14 erfaßt. Eine Puffer-/Verstärkerschaltung 16 (im
folgenden „Verstärker" 16), die
innerhalb des Meßschaltungsaufbaus 15 implementiert
ist, ist angepaßt,
um das kapazitiv erfaßte
Signal zu empfangen und zu verstärken.
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Vor einer Verwendung zum Testen wird
die Sonde 10 kalibriert. Zu Zwecken einer Klarheit bezieht
sich der Ausdruck „Kalibrieren" hierin auf den Prozeß eines
Bestimmens der charakteristischen Variablen (oder „Parameter") der Sonde selbst,
die den wahren Wert eines gemessenen Signals beein flussen. Der Ausdruck „Kalibrierungsparameter" bezieht sich auf
die charakteristischen Variablen, die für die Sonde selbst spezifisch
sind.
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Um die Kalibrierung durchzuführen, wird
die Sonde 10 verwendet, um Messungen über bekannte funktionierende
Komponenten durchzuführen,
die bekannte Komponentenwerte aufweisen. Kalibrierungsparameter
der Sonde (wie z. B. die charakteristische Kapazität, Induktivität und Widerstandswert, der
Fehlergewinn und -versatz und/oder die Fehleramplitude und -phase
bei einer oder mehreren gegebenen Frequenzen) werden basierend auf
den Messungen und bekannten Komponentenwerten bestimmt. Die charakteristische
Kapazität,
Induktivität und
Widerstandswert der Sonde umfassen die Eingangskapazität, -induktivität und den
-widerstandswert des Sondenschaltungsaufbaus, die Sondenerfassungsschnittstelle
und jede verteilte oder parasitäre
Kapazität,
Induktivität
und Widerstandswert, die/der zwischen der Sondenerfassungsschnittstelle und
dem Schaltungsaufbau eingeführt
wird. Die charakteristische Kapazität, Induktivität und der
Widerstandswert können
separat gespeichert werden oder können alternativ in einen einzelnen
Kalibrierungsparameter in der Form eines Antwortgewinns oder eines
Antwortfehlers der Sonde kombiniert werden. Andere Kalibrierungsparameter,
die den wahren Wert des erfaßten
Signals beeinflussen, können
ebenso gespeichert sein. Kalibrierungsparameter 25a können als
die sondenspezifischen Informationen 22 in dem Speicher 20 der
Sonde 10 gespeichert sein. Alternativ sind andere Parameter,
die für
die Sonde spezifisch sind, wie z. B. eine Sondenseriennummer, in
dem Speicher 20 gespeichert und werden verwendet, um Kalibrierungsparameter 25b,
die der Sonde zugeordnet sind und außerhalb der Sonde gespeichert
sind, nachzuschlagen. Die Kalibrierungsparameter 25a, 25b werden
in Meßberechnungen
durch einen Meßrechner 34 verwendet.
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1B stellt
die Operation der Sonde 10 bezüglich einer Einstellung und
Wiedergewinnung sondenspezifischer Informa tionen 22 dar.
Wie gezeigt, empfängt 52 die
Sonde 10 ein Eingangssignal von der Meßvorrichtung über den
Kommunikationskanal 28. Die Kommunikationsschnittstelle 24 führt eine notwendige
Verarbeitung durch (z. B. Verstärkung, A/D-Umwandlung,
Abtast- und Halteoperationen, Seriell-Parallel-Signalumwandlung, Fehlerkorrektur, Digitalpaketbildung
usw.), um eine Instruktion aus dem Eingangssignal zu extrahieren
54. Der Prozessor 18 decodiert die Instruktion. Wenn die
Instruktion eine PSI-EINSTELLEN-Instruktion ist, wie in Schritt 56 bestimmt
wird, werden die der Instruktion zugeordneten Daten aus der Instruktion
extrahiert 58 und der Prozessor 18 speichert 60 die
Daten in dem Speicher 20 als den Wert der spezifizierten
sondenspezifischen Informationen 22. Wenn die Prozessorinstruktion statt
dessen eine PSI-ERHALTEN-Instruktion ist, wie in Schritt 62 bestimmt
wird, gewinnt 64 der Prozessor 18 die spezifizierten
sondenspezifischen Informationen 22 von dem Speicher 20 wieder
und sendet dieselben zur Übertragung 66 an
die Meßvorrichtung über den
Kommunikationskanal 28 an die Kommunikationsschnittstelle 24.
Andere Instruktionen als die Instruktionen PSI EINSTELLEN und PSI
ERHALTEN werden durch den Prozessor verarbeitet 68 und
alle Instruktionsantworten zur Übertragung 70 zu
der Meßvorrichtung über den
Kommunikationskanal 28 an die Kommunikationsschnittstelle 24 gesendet.
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1C stellt
die Operation einer externen Vorrichtung zum Erhalten der sondenspezifischen
Informationen 22 von der Sonde 10 dar. Wie gezeigt, empfängt 84 die
externe Vorrichtung als ein Minimum die sondenspezifischen Informationen 22 von
der Sonde. Dies kann als eine automatische Operation auftreten (z.
B. beim Hochfahren der Sonde) oder es kann erforderlich sein, daß die externe
Vorrichtung eine Anforderung, wie z. B. eine PSI-ERHALTEN-Instruktion,
an die Sonde senden muß,
wie in einem optionalen Schritt 82 dargestellt ist. Die
empfangenen sondenspezifischen Informationen 22, die im Schritt 84 erhalten
werden, können
die Operation abschließen
(wie z. B. wenn die sondenspezifischen Informationen 22 die
Kalibrierungsparameter 25a aufweisen) oder alternativ werden
die sondenspezifischen Informationen 22 dann außerhalb
der Sonde verwendet, um zusätzliche
sondenspezifische Informationen, die außerhalb der Sonde gespeichert
sind, nachzuschlagen (z. B. wenn die sondenspezifischen Informationen 22 Sondenidentifizierungsinformationen 26 umfassen,
die verwendet werden, um die Kalibrierungsparameter 25b der
Sonde, die außerhalb der
Sonde gespeichert sind, nachzuschlagen).
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2 stellt
eine generische Sonde 100 dar, die gemäß der Erfindung implementiert
ist. Wie dargestellt ist, umfaßt
die Sonde 100 eine Sondenschaltungsplatine 110,
die innerhalb des Körpers 102 der Sonde 100 angeordnet
ist, auf der der Meßschaltungsaufbau 115 (einschließlich des
Verstärkers 116),
der Prozessor 118, der Speicher 120 (einschließlich sondenspezifischer
Informationen 122) und die Kommunikationsschnittstelle 124 implementiert
sind. Die Sondenerfassungsschnittstelle 104 umfaßt einen
inneren Leiter 106, der mit dem Eingang des Verstärkers 116 verbunden
und durch eine Abschirmung 108 abgeschirmt ist. Die Kapazität der Sondenerfassungsschnittstelle 114 ist
die Kapazität zwischen
dem inneren Leiter 106 und der Abschirmung 108.
Verteilte Kapazitäten
(z. B. von Verbindungsdrähten,
Kabeln, Leiterbahnen oder Anschlußstiften) können durch ein Anbringen des
Verstärkers 116 so
nahe wie möglich
an der Sondenerfassungsschnittstelle reduziert werden. Um dies zu
erzielen, ist der Verstärker 116 in
dem Körper
der Sonde 110, wie in 2 gezeigt,
angebracht. Der Meßschaltungsaufbau 115,
der Prozessor 118, der Speicher 120 und die Kommunikationsschnittstelle 124 können als
eine IC, eine Hybridmikroschaltung oder eine miniaturisierte PCB
(gedruckte Schaltungsplatine) hergestellt sein, um eine Befestigung
im Inneren des Körpers 102 der
Sonde 100 zu erleichtern.
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In Betrieb kann die Sonde 100 verwendet werden,
um ein Signal auf einem Knoten von Interesse (nicht gezeigt) zu
erfassen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Sonde 100 vor
einer Verwendung zur Endanwendungserfassung kalibriert. Eine Kalibrierung
kann zum Zeitpunkt der Herstellung durch den Hersteller oder später durch
den Testtechniker vor einer Verwendung der Sonde beim Durchführen einer
Messung an einer zu testenden elektrischen Vorrichtung durchgeführt werden.
Ein Verfahren der Kalibrierung beinhaltet die Verwendung der Sonde 100 beim
Durchführen
von Messungen an einem oder mehreren Knoten einer elektrischen Vorrichtung,
die bekannte wahre Meßwerte aufweist.
Die Kalibrierungsparameter 122 können basierend auf den tatsächlichen
Meßwerten
gegenüber
den wahren Meßwerten
berechnet werden. Sobald die Kalibrierungsparameter 122 bestimmt
sind, werden dieselben der Sonde zugeordnet. Eine Zuordnung zu der
Sonde 100 kann gemäß einer
Technik durch ein direktes Speichern der Kalibrierungsparameter 122 innerhalb
des Speichers 120 der Sonde 100 erzielt werden,
derart, daß dieselben,
falls dies benötigt
wird, über
die Kommunikationsschnittstelle 124 heruntergeladen werden
können.
Eine weitere Technik zur Zuordnung von Kalibrierungsparametern 122 zu
einer Sonde besteht in einem Speichern eines Sondenidentifizierers
innerhalb des Speichers 120 der Sonde, was verwendet werden
kann, um die zugeordneten Kalibrierungsparameter der Sonde, die außerhalb
der Sonde gespeichert sind, nachzuschlagen.
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Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden
die Kalibrierungsparameter 122 vor einer Durchführung einer
Messung bei einer Endanwendungserfassung wiedergewonnen. Wenn die
Kalibrierungsparameter 122 in dem Speicher 120 der
Sonde 100 gespeichert sind, werden dieselben durch ein Senden
einer oder mehrerer geeigneter Instruktionen über die Kommunikationsschnittstelle 124 über den Kommunikationskanal 132 an
den Prozessor 118 wiedergewonnen. Auf ein Empfangen der
einen oder der mehreren Instruktionen hin greift der Prozessor 118 auf
die Kalibrierungsparameter 122 von dem Speicher 120 zu
und gibt dieselben über
den Kommunikationskanal 132 mit der Hilfe der Kommunikationsschnittstelle 124 zurück.
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Wenn bei der Alternative die Kalibrierungsparameter 122 außerhalb
der Sonde gespeichert sind, wird der Sondenidentifizierer von dem
Speicher 20 der Sonde über
die Kommunikationsschnittstelle 124 wiedergewonnen und
verwendet, um die zugeordneten Kalibrierungsparameter der Sonde,
die außerhalb
der Sonde gespeichert sind, nachzuschlagen.
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Wenn der innere Leiter 106 der
Sonde 100 verwendet wird, um eine Messung durchzuführen, ist derselbe
in elektrischem Kontakt mit dem Knoten von Interesse plaziert und
der Meßschaltungsaufbau 115 gibt
ein Meßsignal
an eine Meßschaltung
(nicht gezeigt) über
einen Signalkanal 130 zurück.
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Unter Betrachtung des Benutzers von
Meßsonden
bei dem Aufbau und dem Testen massenhergestellter gedruckter Schaltungsplatinen
(PCB) ist bekannt, daß eine
PCB während
des Zusammenbauprozesses vielen unterschiedlichen Typen von Fehlern
unterworfen ist. Folglich existieren verschiedene Test- und Prüftechniken,
um diese Defekte zu lokalisieren. Heute gibt es drei allgemeine
Testverfahren, die verwendet werden, um PCB-Defekte zu finden: elektrischer
Test, optische (oder visuelle) Untersuchung und Röntgenstrahluntersuchung.
Von diesen ist der elektrische Test und insbesondere eine Technik,
die als „schaltungsinterner
Test" bekannt ist,
die ausgereifteste und am häufigsten
verwendete Technik.
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Ein häufig auftretender Defekt in
PCB-Aufbauten ist eine offene Verbindung aufgrund schlechter Lötmittelverbindungen,
unvollständiger
Leiterbahnen und/oder fehlender Vorrichtungen, die entweder niemals
auf die Platine geladen wurden oder während des Aufbauprozesses herunterfallen.
Ein Verfahren zur Erfassung offener Verbindungen auf einer zu testenden
PCB in der elektrischen Teststufe des Prozesses ist als schaltungsinterner
Test und insbesondere als schaltungsinterner Kapazitivmeßtest bekannt.
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Der schaltungsinterne Test verwendet
eine schaltungsinterne Testvorrichtung. Die schaltungsinterne Testvorrichtung
umfaßt
einen Nagelbett-Testkopf, der eine Anzahl von Testvorrichtungsschnittstellenanschlußstiften
aufweist. Eine Halterung, die eine Anzahl von Sonden aufweist, ist über dem
Nagelbett der Testvorrichtung derart befestigt, daß die Halterungssonden
mit den Testvorrichtungsschnittstellenanschlußstiften ausgerichtet sind
und dieselben berühren.
Eine zu testende gedruckte Schaltungsplatine ist derart in der Halterung
angebracht, daß die
Halterungssonden elektrisch verschiedene Knoten von Interesse auf
der zu testenden PCB berühren.
Analoge schaltungsinterne Tests erfassen fehlende Komponenten auf
der zu testenden PCB durch ein Sondieren der geeigneten Knoten,
an denen die zu testende Komponente angebracht sein sollte, sowie
durch ein Messen des Wertes, in geeigneten Einheiten (z. B. Widerstandswert,
Kapazität usw.),
der zu testenden Komponente. Wenn der gemessene Wert innerhalb vorbestimmter
Grenzen des erwarteten Werts liegt, geht der Test davon aus, daß die zu
testende Komponente tatsächlich
vorhanden ist.
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Bezug nehmend auf 3 ist ein Abschnitt eines schaltungsinternen
Testsystems 600 gezeigt, das lediglich zu veranschaulichenden,
nichteinschränkenden
Zwecken mehrere Kapazitivkopplungssonden 620a, 620b, 620c verwendet,
die gemäß der Erfindung
implementiert sind. Wie gezeigt ist, umfaßt das schaltungsinterne Testsystem 600 eine
Testvorrichtung 630 und eine Halterung 640 zur Auflage
einer zu testenden PCB 602. Aufgrund der engen Beabstandung
der Testvorrichtungsschnittstellenanschlußstifte, der Knoten der zu
testenden PCB und der kleinen Größe der zu
testenden Komponenten ist zur Erleichterung einer Darstellung nur
ein kleiner Kantenabschnitt der Kombination aus Testvorrichtung/Halterung/zu
testender PCB gezeigt.
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Die Testvorrichtung 630 umfaßt eine
Mehrzahl von Testvorrichtungsschnittstellenanschlußstiften 631,
die in einem Array (oder „Nagelbett") entlang der Oberseite
der Testvorrichtung 630 angeordnet sind. Die Testvorrichtung 630 umfaßt eine
Testvorrichtungshardware 635, die unter der Steuerung einer
Steuerung 636 wirkt. Die Steuerung 636 kann durch
eine Testvorrichtungssoftware 637 gesteuert werden, die
innerhalb der Testvorrichtung 630 selbst ausgeführt sein
kann, oder entfernt über
eine standardmäßige Kommunikationsschnittstelle.
Eine Funktion der Steuerung 636 besteht darin, die Hardware 635 zu
konfigurieren, um elektrische Verbindungen zwischen Meßschaltungen 638 innerhalb
der Testvorrichtung und jeder der Testschnittstellenanschlußstifte 631 herzustellen
oder nicht. Zu diesem Zweck ist jeder Testschnittstellenanschlußstift 631 mit
der Testvorrichtungshardware durch ein Relais 634 verbindbar
oder getrennt. Ein elektrischer Kontakt zwischen den Testressourcen
und einem jeweiligen Testschnittstellenanschlußstift 631 kann durch ein
Schließen
seines entsprechenden Relais 634 hergestellt werden; umgekehrt
kann der Anschlußstift 631 von
der Testhardware durch ein Öffnen
seines entsprechenden Relais 634 getrennt werden.
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Auf der Testvorrichtung 630 und über den Nagelbett-Testschnittstellenanschlußstiften 631 angebracht
ist die Testhalterung 640. Die Testhalterung 640 kann
direkt die Testschnittstellenanschlußstifte 631 mit Halterungssonden 648 schnittstellenmäßig verbinden
oder kann, wie gezeigt, indirekt die Testschnittstellenanschlußstifte 631 mit
den Halterungssonden 648 durch einen Testadapter 650 schnittstellenmäßig verbinden
(in der Form einer doppelseitigen PCB gezeigt und als ein „drahtloser
Testadapter" bekannt).
Die Halterung 640 ist über
die Testvorrichtungsschnittstellenanschlußstifte 631 der Testvorrichtung 630 derart
angebracht, daß die
unteren Spitzen ihrer doppelendigen Federsonden 638 einen
elektrischen Kontakt mit den oberen Spitzen entsprechender Testschnittstellenanschlußstifte 631 der
Testvorrichtung 630, entweder direkt oder durch einen Testadapter 650,
wie dies gezeigt ist, herstellen. Die oberen Spitzen der doppelendigen
Federsonden 648 sind mit leitfähigen Anschlußflächen von Interesse 603a, 603b, 603c, 603d, 603e auf
der Unterseite der zu testenden PCB 602 ausgerichtet und stellen
einen elektrischen Kontakt zu denselben her.
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Die Halterung 640 umfaßt eine
Halterungsoberseite 642 und eine Halterungsunterseite 644.
Die Halterungsunterseite 644 umfaßt eine Mehrzahl doppelendiger
Federsonden 648, die durch genau ausgerichtete Löcher in
der Halterungsunterseite 644 eingesetzt sind. Zur Bequemlichkeit
einer Darstellung und zur Klarheit der Erfindung sind nur fünf derartige
doppelendige Federsonden 648 gezeigt; es ist jedoch für Fachleute
auf diesem Gebiet ersichtlich, daß eine herkömmliche schaltungsinterne Testvorrichtung üblicherweise
Tausende derartige Sonden aufweist.
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Die Halterung 640 ist mit
einer Anzahl Kapazitivkopplungssonden 620a, 620b, 620c konfiguriert. Zur
Bequemlichkeit einer Darstellung und Klarheit der Erfindung sind
nur drei derartige Kapazitivkopplungssonden 620a, 620b, 620c gezeigt;
es ist jedoch für
Fachleute auf diesem Gebiet ersichtlich, daß eine herkömmliche schaltungsinterne Testvorrichtung Hunderte
derartige Sonden aufweisen kann. Abhängig von der Konfiguration
der zu testenden PCB 502 können Sonden an einer oder beiden
der Halterungsoberseite 642 und Halterungsunterseite 644 angebracht
sein. Bei dem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel sind die Sonden 620a, 620b derart
an der Halterungsoberseite 642 angebracht, daß die Kapazitivplatte 610a, 610b jeder
Vorrichtung 620a, 620b genau über ihrer entsprechenden zu
testenden Komponente 606a, 606b ausgerichtet ist,
wenn die PCB 602 ordnungsgemäß in der Halterung 640 angebracht
ist.
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Bei dem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel
umfaßt
die PCB 602 zu testende Komponenten 606a, 606b, 606c,
die an beiden Seiten der Platine angebracht sind. Folglich muß eine Unterbringung für Kapazitivkopplungssonden 620 für beide
Seiten der Platine 602 durchgeführt werden. Diesbe züglich kann
die Halterungsunterseite 644 auch mit einer Anzahl Kapazitivkopplungssonden 620c konfiguriert sein,
wobei nämlich
jeweils eine jeder zu testenden Vorrichtung 606c auf der
Unterseite 605 der zu testenden PCB 602 entspricht.
Die Kapazitivkopplungssonden 620c sind derart an der Halterungsunterseite 644 angebracht,
daß die
Kapazitivplatte 610c jeder Vorrichtung 620c genau
unter ihrer entsprechenden zu testenden Komponente 606c ausgerichtet
ist, wenn die PCB 602 ordnungsgemäß in der Halterung 640 angebracht
ist.
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Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann
die Halterung 640 eine Kapazitivkopplungssonde 620 für jede integrierte
Schaltung, jeden Kondensator, Widerstand oder jede andere Komponente
von Interesse auf der gedruckten Schaltungsplatine 602 umfassen.
Folglich kann eine große
Anzahl Kapazitivkopplungssonden 620 erforderlich sein.
Aus diesem Grund kann es wünschenswert
sein, die Steuerungssignale 642 von der Testvorrichtung 630,
die zu jeder Kapazitivkopplungssonde 620 geht, zu multiplexen,
um die Anzahl von Steuerungsleitungen zwischen der Testvorrichtung 630 und
der Halterung 640 zu reduzieren. Bei dem veranschaulichenden
Ausführungsbeispiel
kann eine einzelne 8-Bit-Multiplexerkarte 646a, 646b verwendet
werden, um bis zu 256 unterschiedliche Kapazitivkopplungssonden 620 zu
adressieren. Die Multiplexerkarten 646a, 646b können auch
konfiguriert sein, um einen Digitaltreiber und einen Empfänger (im
folgenden als Schnittstellenschaltung 500 in 8 gezeigt) für jede adressierbare
Kapazitivkopplungssonde 620 zu umfassen.
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Natürlich ist es ersichtlich, daß die Treiber und
Empfänger
jeder Kapazitivkopplungssonde 620 alternativ in einer Einszu-Eins-Entsprechung
zu der Testvorrichtung 630 ohne die Verwendung von Multiplexern 646a, 646b, 646c oder
anderen Steuerungsleitungsreduzierungsschemata verdrahtet sein können. Bei
noch einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel, bei 652 gezeigt,
können
die Kapazitivkopplungs sonden mit Knoten an der Halterung verbunden
sein, die durch Testvorrichtungsschnittstellenanschlußstifte 631 sondiert
werden können.
Bei dieser alternativen Konfiguration 652 können die
Kapazitivkopplungssonden durch die Testvorrichtungsressourcen 635 durch
die Testvorrichtungsschnittstellenanschlußstifte 631 getrieben
werden.
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Kapazitivkopplungssonden werden verwendet,
um schaltungsinterne Kapazitivmeßtests durchzuführen. Ein
Kapazitivmeßtest,
wie z. B. die TestJetTM-Sonde und Technik
von Agilent Technology (detailliert in dem U.S.-Patent 5,254,953
von Crook u. a., dem U.S.-Patent 5,274,336 von Crook u. a., dem U.S.-Patent
5,498,964 von Kerschner u. a., dem U.S.-Patent 5,557,209 von Crook
u. a. und dem U.S.-Patent 5,696,451 von Keirn u. a. beschrieben, wobei
jedes derselben hierin für
seine gesamte Lehren durch Bezugnahme aufgenommen ist), erfaßt, wenn
ein Vorrichtungsanschlußstift
nicht ordnungsgemäß mit seiner
Leiterbahn auf der PCB verbunden ist. Die Technik verwendet eine
Sonde (in 3 bei 620a, 620b, 620c gezeigt),
die eine externe Platte (in 3 bei 610a, 610b, 610c gezeigt)
aufweist, die über
der zu testenden Vorrichtung aufgehängt und von dem Leitungsrahmen
durch das Kunststoff- oder Keramikmaterial des Vorrichtungsgehäuses getrennt ist.
Der Leitungsrahmen und die externe Platte bilden einen kleinen Kondensator,
der durch eine Stimulierung mit einer Wechselstromquelle gemessen
werden kann. Wenn der Vorrichtungsanschlußstift nicht elektrisch mit
der Leiterbahn verbunden ist, resultiert eine zusätzliche
Kapazität
in Serie zu dem Kondensator des TestJetTM.
Diese zusätzliche
Kapazität
existiert aufgrund des winzigen Luftzwischenraums zwischen dem Anschlußstift und
der Leiterbahn. Dies ist eine sehr kleine Kapazität, sehr
viel kleiner als die des Kondensators des TestJetTM,
so daß die
Serienkombination aus TestJetTM- und diesem
zusätzlichen Anschlußstiftkondensator
kleiner als jeder der beiden Kondensatoren ist. Ein Schwellenwert
kann für
jeden Anschlußstift
jeder zu testenden Vorrichtung eingestellt werden, um zwischen vorliegenden
und nichtvorliegenden Vorrichtungen zu unterscheiden.
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4A zeigt
eine perspektivische Frontdraufsicht und 4B zeigt eine Seitenschnittansicht eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels
einer Kapazitivkopplungssonde 200, die gemäß der Erfindung
implementiert ist. Wie dargestellt ist, umfaßt die Kapazitivkopplungssonde 200 eine
Kapazitivplatte 202, eine Schutzplatte 204, eine
Verstärkerschaltung 208,
einen Schutzelektrodenfederanschlußstift 210 und einen
Signalelektrodenfederanschlußstift 212.
Die Kapazitivplatte 202 und die Schutzplatte 209 in
der Sonde 200 sind vorzugsweise aus Kupfer hergestellt,
können
jedoch aus jedem elektrisch leitfähigen Material hergestellt
sein. Die Kapazitivplatte 202 und die Schutzplatte 204 sind
durch ein Dielektrikum 205, wie z. B. einen mit Glas gefüllten Kunststoff
oder jedes andere isolierende Material, getrennt. Das Dielektrikum
ist etwa 0,10 cm dick. Es wird darauf verwiesen, daß, wenn
das Dielektrikum 205 zu dünn ist, das Kapazitivlesen
nach oben verzerrt wird, und, wenn das Dielektrikum zu dick ist,
der Abschirmungseffekt der Schutzplatte 204 reduziert wird
und eine Streusystemkapazität
erfaßt
wird. Die Kapazitivplatte 202 der Testsonde 200 ist
elektrisch mit einer Verstärkerschaltung 208 gekoppelt,
die sich auf der oberen Oberfläche
des Dielektrikums 205 befindet und durch die Schutzplatte 204 umgeben
wird. Die Kapazitivplatte 202 ist an einem Ort 203 mit
der Verstärkerschaltung 208 verbunden.
Die Verstärkung
des Signals durch die Verstärkerschaltung 208,
die in unmittelbarer Nähe
zu der Kapazitivplatte 202 ist, an der das Signal empfangen
wird, hilft dabei, das Signal-Rausch-Verhältnis wesentlich zu optimieren,
wodurch die Wirkung eines Systemrauschens und einer Streukapazität gesenkt
wird. Dies kann jedoch durch andere Mittel, wie z. B. ein Abschirmen
mittels eines Koaxialkabels oder eines leitfähigen Schaums, der die Federanschlußstifte 210 und 212 umgibt,
erzielt werden. Ferner kann nach einem Erfahren, was das unerwünschte Signal
und Rauschen ist, durch eine Kalibrierung zum Zeit punkt der Herstellung
oder vor der Verwendung beim Testen dieser Wert als sondenspezifische
Informationen 222 in dem Speicher 220 gespeichert
werden. Zur Testzeit können
die sondenspezifischen Informationen 222 dann von der Sonde 200 über die
Kommunikationsschnittstelle 224 heruntergeladen werden
und diese heruntergeladenen Werte können als Meßkorrekturfaktoren durch die
externe Meßschaltung
in der Testvorrichtung verwendet werden.
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Während
der Herstellung wird das Dielektrikum 205 auf der Kapazitivplatte 202 aufgebracht
und dann wird die Schutzplatte 204 auf dem Dielektrikum 205 aufgebracht.
Als nächstes
wird die Schutzplatte bis zu dem Dielektrikum 205 geätzt, um
Leiterbahnen für
die Verstärkerschaltung 208,
den Prozessor 218, den Speicher 220 und die Kommunikationsschnittstelle 224 zu
bilden. Eine Rille 226 wird insgesamt um den Sondenschaltungsaufbaubereich
herum geätzt,
um den Sondenschaltungsaufbau elektrisch von der Schutzplatte zu
trennen. Während
der Herstellung werden die Verstärkerschaltung 208,
der Prozessor 218, der Speicher 220 und die Kommunikationsschnittstelle 224 an
den von der Schutzplatte gebildeten Leiterbahnen durch ein Verwenden
einer Prozedur einer Chipmontage auf der Platine angebracht. Die
Verstärkerschaltung 208 ist
elektrisch durch einen Anschlußstift
in einem Buchsenverbindungselement 228 mit einem Standardsignalelektrodenfederanschlußstift 212 verbunden,
der wie eine elektrische Kopplungseinrichtung zu einer Meßvorrichtung
wirkt. Die Schutzplatte 204 ist elektrisch über ein
Verbindungselement 230 mit einem Schutzelektrodenfederanschlußstift 210 verbunden,
der elektrisch die Schutzplatte mit Systemmasse oder einer gesteuerten
Spannungsquelle koppelt.
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Die Federanschlußstifte 210 und 212 können serienmäßige Standard-Federanschlußstifte
sein, wie z. B. ein 100PR4070, hergestellt durch QA Technology Company
in Hampton, New Hampshire. Die Federanschlußstifte 210 und 212 geben
die z-Achsenbewegung
der Testsonde, was es ermöglicht,
daß eine enge
Kopplung zu der integrierten Schaltungskomponente unabhängig von
der Höhe
der Komponente getestet werden kann. Außerdem ermöglicht es die z-Achsenbewegung
der Federanschlußstifte, wenn
die Erfindung verwendet wird, um eine gesamte Schaltungsplatine,
wie z. B. die PCB 602 in 3, zu
testen, daß alle
Kapazitivkopplungssonden 620a, 620b, 620c eng
die entsprechenden Komponenten 606a, 606b, 606c berühren, selbst
wenn die Höhen der
Komponenten nicht einheitlich sind. Diese z-Achsenbewegung kann
durch eine andere Einrichtung erzielt werden, wie z. B. hydraulische
Anschlußstifte mit
einer z-Achsenbewegung. Ferner ist die z-Achsenbewegung nicht notwendig,
solange die Testsonde in einer vorbestimmten Entfernung von der
zu testenden Komponente ist.
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5A zeigt
eine Schnittdraufsicht und 5B zeigt
eine Seitenschnittansicht einer integrierten Schaltungskomponente 300 und
der Kapazitivkopplungssonde 200 der 4A und 4B.
Die 5A und 5B stellen dar, wie die Kapazitivkopplung zwischen
der Kapazitivkopplungssonde 200 und den Anschlußleitungen 306 der
integrierten Schaltung 300 auftritt. Wie gezeigt ist, enthält das integrierte Schaltungsgehäuse 300 einen
integrierten Schaltungschip 302. Der integrierte Schaltungschip 302 enthält Verbindungen;
diese Verbindungen müssen jedoch
zu der Außenseite
des integrierten Schaltungsgehäuses 300 hergestellt
werden. Deshalb ist die Anschlußleitung 306 mit
einem internen Leiter 304 verbunden, der die Anschlußleitung 306 mit
einem Ort gerade benachbart zu der integrierten Schaltung 302 verbindet.
Dort erstreckt sich ein kleiner Draht (Bonddraht) 308 zwischen
dem Leiter 304 und einem Verbindungsort auf der integrierten
Schaltung 302. Ähnliche
Verbindungen werden zu allen anderen Anschlußleitungen des integrierten
Schaltungsgehäuses 300 hergestellt.
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Wie in 5B gezeigt
ist, bildet der Leiter 304 eine elektrisch leitfähige Platte,
die wie eine Platte eines Kondensators wirkt. Die andere Platte
des Kondensators ist durch eine Kapazitivplatte der Kapazitivkopplungssonde 200 gebildet.
Obwohl der auf diese Weise erzeugte Kondensator klein ist, ist er ausreichend,
um ein Signal zwischen der Anschlußleitung 306 und der
Kapazitivkopplungssonde 200 zu leiten, hier durch gestrichelte
Linien dargestellt, was anzeigt, daß die Testsonde 200 über der
Oberseite des integrierten Schaltungsgehäuses 300 plaziert
ist.
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6 zeigt
eine schematische Gesamtansicht der Betriebsimplementierung der
Kapazitivkopplungssonde 200. Wie dargestellt ist, verwendet das
System einer Implementierung einer Verwendung der Kapazitivkopplungssonde 200 eine
Signalquelle 310, die ein Signal, üblicherweise acht Kilohertz
(8 kHz) bei 200 Millivolt (200 mV) liefert. Das Ausgangssignal der
Signalquelle 310 ist mit einer Leiterbahn 314 der
gedruckten Schaltungsplatine verbunden, die mit der zu testenden
Anschlußleitung der
integrierten Schaltung 306 bei 316 verbunden ist. Bei
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird die Verbindung der Signalquelle 310 zu der Spur 314 üblicherweise
durch einen Nagelbett-Verbindungsanschlußstift hergestellt.
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Die Kapazitivkopplungssonde 200 ist
auf dem integrierten Schaltungsgehäuse 300 plaziert. Die
Kapazitivkopplungssonde 200 ist mit einer Meßvorrichtung 312 verbunden,
wie z. B. einem Amperemeter, einem Voltmeter oder einer Recheneinrichtung
zur Berechnung der effektiven Kapazität. Wenn die Messung außerhalb
vorbestimmter Grenzen ist, wird eine Bestimmung getroffen, daß die gerade
getestete Anschlußleitung
eine offene Verbindung aufweist.
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Wenn der Test durchgeführt wird,
wird die Signalquelle 310 aktiviert und an die Leiterbahn 314 auf der
gedruckten Schaltungsplatine angelegt, die mit der gerade getesteten
Anschlußleitung 306 an
dem Ort 316 verbunden sein sollte. Das Signal sollte dann zu
der Anschlußleitung 306 der
Komponente 300 gelangen. Durch eine Kapazitivkopplung wird
das Signal an die Kapazitivkopplungssonde 200 und dann
an die Meßvorrichtung 312 geleitet.
Wenn der gemessene Parameter innerhalb vorbestimmter Grenzen fällt, ist
die Anschlußleitung 306 mit
der Leiterbahn 314 an dem Ort 316 verbunden. Wenn
die Anschlußleitung 306 nicht
an dem Ort 316 verbunden ist, oder wenn die Drahtleiterbahn 314 unterbrochen
ist, wird ein kleineres Signal zu der Kapazitivkopplungssonde 200 geleitet
und die Messung entspricht nicht dem Schwellenpegel der Meßvorrichtung 312,
was anzeigt, daß ein
Leerlauffehler vorhanden ist.
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Da die Signale, die gemessen werden,
extrem klein sind, müssen
die Wirkungen eines Rauschens, einer Systemkapazität und eines Übersprechens
so weit wie möglich
minimiert werden. Eine Technik zur Reduzierung einer unerwünschten
Kapazität
beim Testen einer integrierten Schaltung besteht darin, alle Masse-,
Leistungs- und anderen Vorrichtungsanschlußleitungen, die nicht direkt
bei der Messung der integrierten Schaltung betroffen sind, zu schützen. Das
Erden nichtverwendeter Anschlußleitungen
wird „Schützen" bzw. Guarding genannt,
was gegenwärtig
als der beste Modus zum Reduzieren eines Rauschens betrachtet wird.
Dieses Schützen verhindert
ein Übersprechen
zwischen der gerade getesteten Anschlußleitung und anderen Anschlußleitungen
der integrierten Schaltungskomponenten, was so jede Streukapazitivkopplung
zwischen Anschlußleitungen
reduziert und eine bessere Anzeige dessen liefert, wann eine Anschlußleitung
nicht verbunden ist. Diese Technik ist besonders wirksam, da sie üblicherweise
die Masseebene der gedruckten Schaltungsplatine erdet, die auch
mit vielen Anschlußleitungen
anderer integrierter Schaltungen verbunden ist, was so Pegel einer
unerwünschten Kapazität reduziert.
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Beispielhafte experimentelle Daten
haben gezeigt, daß die
Kapazität
zwischen der Komponentenanschlußleitung 306 und
der Testsonde 200 eine Kapazität von etwa 40 Femtofarad für einen 0,65mm-Abstands-Vierer-Flatpack
(pitch quad flat pack) beträgt.
Wenn die Kapazitätsveränderung
für einen
Anschlußstift
weniger als 30 Femtofarad beträgt,
ist die Lötmittelverbindung
im Leerlauf. Dieser Wert könnte
durch den Benutzer erhöht
oder gesenkt werden, um die diagnostische Genauigkeit des Tests zu
verbessern.
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7 ist
eine Schematik eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer gedruckten
Sondenschaltungsplatine 400, die gemäß der Erfindung implementiert
ist. Die gedruckte Schaltungsplatine 400 umfaßt eine
Aktivverstärkerschaltung 410,
eine Kommunikationsschnittstelle 430, einen Prozessor 440 und
einen Speicher 442, der sondenspezifische Informationen 444 speichert.
Nun Bezug nehmend auf die Aktivverstärkerschaltung 410 ist
die Schaltung 410 eine Standardverstärkerschaltung, die verwendet
wird, um das von der Kapazitivplatte 200 bei 203 (4B) erhaltene Signal zu
verstärken,
wobei so das Signal-Rausch-Verhältnis
erhöht
und die Wirkungen einer Streukapazität gesenkt werden. Es kann viele
alternative Schaltungen geben, um diesen Verstärkungseffekt zu erzielen, wie
durch einen Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres ersichtlich wäre. Der
Verstärker 404 ist
ein standardmäßiger Operationsverstärker, wie
z. B. ein TL072 von Texas Instruments in Dallas, Texas. Dioden 406 und 408 sind
standardmäßige kleine
Siliziumsignaldioden und eine Diode 402 ist eine 7,5-Volt-Zener-Diode. Widerstände 412 und 414 sind
100-KΩ-Widerstände und Widerstände 416 und 418 sind
ein 1-MΩ-
bzw. ein 464-Ohm-Widerstand.
Das Schaltungsausgangssignal 422 ist elektrisch mit dem
Signalfehleranschlußstift 212 gekoppelt
und die Schaltungsmasse 420 ist elektrisch durch einen
Schutzfederanschlußstift 210 mit
Systemmasse gekoppelt. Die Aktivverstärkerschaltung 410 wird
bei der vorliegenden Erfindung verwendet, um die Wirkungen einer
Streukapazität durch
eine Verstärkung
des Signals zu reduzieren, wobei so eine Streukapazität relativ
unbedeutend gemacht wird. Diese Schaltung wird verwendet, da sie kosteneffektiv
und leicht zu implementieren ist. Andere Abschirmungseinrichtungen
anstelle der Aktivverstärkerschaltung
könnten
jedoch verwendet werden, wie z. B. ein Koaxialkabel um den Federanschluß stift 212 herum
oder an oder anstelle der Schutzebene 204 der Testsonde 200 angebracht.
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Wie zuvor erwähnt wurde, umfaßt die gedruckte
Schaltungsplatine 400 außerdem eine Kommunikationsschnittstelle 430,
einen Prozessor 440 und einen Speicher 442. Es
wird darauf verwiesen, daß der
Prozessor 440 durch eines oder mehrere der folgenden Elemente
implementiert sein kann: Mikroprozessor, Mikrosteuerung, ASIC, FPGA,
Digitalzustandsmaschine und/oder einen anderen Digitalschaltungsaufbau.
Es wird ebenso darauf verwiesen, daß die Kommunikationsschnittstelle 430 gemäß einer
vieler unterschiedlicher bekannter Kommunikationstechniken implementiert
sein kann, einschließlich (lediglich
beispielhaft und nicht als Einschränkung) seriell oder parallel,
verdrahtet oder drahtlos, über
einen zweckgebundenen oder multigeplexten Kanal usw. Bei dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
ist der Prozessor 440 ein kundenspezifisches FPGA und die
Kommunikationsschnittstelle 430 ist eine verdrahtete serielle
Schnittstelle, die im allgemeinen einen Verstärkungsschaltungsaufbau, einen
Abtast- und Halteschaltungsaufbau, einen Rahmenerfassungsschaltungsaufbau
und einen Seriell-Parallel-Wandler umfaßt. Die Kommunikationsschnittstelle 430 kann
abhängig
von dem Kommunikationsprotokoll auch einen Fehler-Erfassungs-/Korrektur-Schaltungsaufbau
und einen Instruktionspaketextrahierungsschaltungsaufbau umfassen.
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Bei dem bestimmten gezeigten Ausführungsbeispiel
werden digitale Signale, die von einer Meßvorrichtung (wie z. B. der
Testvorrichtung 530 in 3)
an den Prozessor 440 gesandt werden, mit dem Sondeneingangssignal
moduliert, das über
den Signalfederanschlußstift 212 getragen
wird, und müssen
deshalb in eine Form demoduliert und decodiert werden, die durch
den Prozessor 440 benötigt wird.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
beträgt
die Amplitude des Eingangssignals 6V und das digitale Signal
wird über
das Eingangssignal moduliert. Bei dem modulierten Signal VIN MOD wird ein hoher Pegel des modulierten
digitalen Signals DATEN 552 (8)
in dem modulierten Signal VMOD durch einen
Spannungspegel von etwa 6 V dargestellt und ein niedriger Pegel
des modulierten Digitalsignals DATEN 552 wird in dem modulierten
Signal VMOD durch einen Spannungspegel von
etwa 4,5 V dargestellt. Der niedrige Pegel ist zumindest oberhalb
der Hochsignalpegelschwelle des Verstärkerschaltungsaufbaus. Folglich
wird das digitale Signal auf dem Eingangssignal getragen und schwingt über der Hochsignalpegelschwelle
(üblicherweise
3 – 4
V) des Verstärkerschaltungsaufbaus
zwischen 4,5 V und 6 V. So wird der Verstärkerschaltungsaufbau durch
die Signalvariation auf dem Signalfederanschlußstift 212 aufgrund
der Modulation nicht nachteilig beeinflußt.
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Um das übertragene Signal aus dem modulierten
Signal VIN MOD wiederzugewinnen, umfaßt bei dem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
die Kommunikationsschnittstelle 430 deshalb einen Komparator 432,
der an einem Eingang das modulierte Eingangssignal VMOD das
auf dem Signalfederanschlußstift 212 vorhanden
ist, und an dem anderen Eingang eine Referenzspannung VREF empfängt. Die
Referenzspannung ist vorzugsweise bei 5 V eingestellt. Der Komparator 432 vergleicht
den Spannungspegel des modulierten Signals VMOD mit
der Referenzspannung VREF und gibt auf der
Leitung 433 einen Hochspannungspegel aus, wenn das modulierte
Signal VMOD über der Referenzspannung VREF ist, und gibt einen Niedrigspannungspegel
aus, wenn das modulierte Signal VMOD unter
der Referenzspannung VREF ist. Folglich
ist die Ausgabe des Komparators 432 ein Pulsstrom. Ein
Decodierer 436 ist elektrisch mit der Ausgangsleitung 433 des
Komparators 432 an seinem Eingang gekoppelt. Der Decodierer 436 wandelt den
serialisierten Bitstrom von dem Pulsstrom in parallele Instruktionen
um, die auf Leitungen 438 ausgegeben werden. Obwohl dies
nicht gezeigt ist, kann der Decodierer 436 einen Verstärkungsschaltungsaufbau,
Abtast- und Halteschaltungen zum Wiedergewinnen jedes Bits aus dem
Pulsstrom, einen Synchronisierungs- (Rahmenerfassungs-) Schaltungsaufbau
zum Erfassen des Anfangs und des Endes jedes Pakets, einen Fehlerkorrekturschaltungsaufbau zum
Verifizieren einer ordnungsgemäßen Übertragung
der Signale, einen Seriell-Parallel-Wandler
und eine weitere Standardfunktionalität umfassen, die zum Wiedergewinnen
eines Parallel-Digital-Signals aus
einem Analogeingangssignal gemäß der bestimmten Übertragungsimplementierung
benötigt wird.
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Der Prozessor 440 empfängt die
Parallelinstruktionsbits auf Leitungen 438 und führt die
durch die Instruktion angezeigte Operation durch.
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Einige Instruktionen, z. B. eine
Speicherleseinstruktion, machen es erforderlich, daß der Prozessor 440 Informationen über den
Schutzfederanschlußstift 210 zurückgibt,
der elektrisch mit einer Schaltungsmasse 420 gekoppelt
ist. Folglich wird bei dem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel
das digitale Ausgangssignal von einem Parallelsignal in einen Seriellbitstrom
im Inneren des Prozessors 440 umgewandelt und auf dem Seriellausgangsanschlußstift 439 des
Prozessors ausgegeben. Ein Widerstand 435 ist zwischen
den Seriellausgangsanschlußstift 439 und
die Schaltungsmasse 420 gekoppelt, die wiederum elektrisch
mit dem Schutzfederanschlußstift 210 gekoppelt
ist. Der Seriellbitstrom, der auf dem Anschlußstift 439 ausgegeben
wird, wird deshalb mit dem Schaltungsmassesignal moduliert, wenn
der Widerstand 435 wirkt, um den Pulsstrom zu dämpfen, derart,
daß das
Schaltungsmassesignal GNDMOD auf der Leitung 420 in
seinem Spannungspegel zwischen etwa 0 V und 2 V variiert, wobei
der Niedrigsignalpegel des Pulsstroms durch etwa 0 V dargestellt
wird und der Hochsignalpegel des Pulsstroms durch etwa 2 V dargestellt
wird, oder zumindest weniger als die Niedrigsignalpegelschwelle
des Verstärkerschaltungsaufbaus.
Folglich wird der Verstärkerschaltungsaufbau 410 nicht
negativ durch eine Signalmodulation an seiner Masse beeinflußt.
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8 ist
ein schematisches Diagramm einer Schnittstellenschaltung 500,
die mit der Sonde 200 der Erfindung koppel bar ist. Der
Schnittstellenschaltungsausgang 512 ist elektrisch mit
dem Signalfederanschlußstift 212 gekoppelt
und die Schaltungsmasse 520 ist elektrisch durch den Schutzfederanschlußstift 210 mit
der Systemmasse gekoppelt. Bezug nehmend auf 8 empfängt der Komparator 502 bei dem
bestimmten gezeigten Ausführungsbeispiel
das modulierte Massesignal GNDMOD an dem
Schutzfederanschlußstift 210 und
das modulierte Eingangssignal UMOD an dem
Signalfederanschlußstift 212 der Sonde 200.
Der gegenwärtige
Wert IX, der die Kapazität zwischen der Sondenkapazitivplatte 202 und dem
zu testenden integrierten Schaltungsanschlußstift darstellt, kann aus
der Ausgangsspannung des Komparators 502 basierend auf
folgender Gleichung berechnet werden: V = IX·(R1/R2)·R3. Der
Meßberechnungsblock 540 empfängt die
Ausgabe des Komparators 502 und berechnet die Kapazität zwischen
der Kapazitivsondenplatte und dem zu testenden Anschlußstift.
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Vor der Durchführung einer Messung kommuniziert
der Meßberechnungsblock 540 mit
der Sonde 200, um die Kalibrierungsparameter 442 zu erhalten,
die durch die Testvorrichtung benötigt werden, um von der Sonde
erhaltene Messungen zu berechnen. Zu diesem Zweck erzeugt der Testprozessor 530 Instruktionen 534,
die durch den Codierungsblock 550 codiert werden, um einen
Seriellbitstrom DATEN 552 zu erzeugen. Ein Digitalmodulator 560 moduliert
den Seriellbitstrom DATEN 552 mit dem Roheingangssignal
VIN RAW 562, um ein moduliertes Eingangssignal
VMOD auf der Leitung 512 zu erzeugen,
das wiederum elektrisch mit dem Signalfederanschlußstift 212 gekoppelt
ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist das Roheingangssignal VIN RAW 562 eine
Amplitude von 6 V auf. Ein Hochpegel des modulierten Digitalsignals
in dem modulierten Eingangssignal VMOD wird
durch einen Spannungspegel von etwa 6 V dargestellt und ein niedriger
Pegel des modulierten Digitalsignals in dem modulierten Eingangssignal
VMOD wird durch einen Spannungspegel von
etwa 4,5 V dargestellt, was zumindest oberhalb der Hochsignalpegelschwelle
des Verstärkerschaltungsaufbaus ist.
Folglich werden die Digitaldaten DATEN 552 auf dem Eingangssignal
getragen und schwingen oberhalb der Hochsignalpegelschwelle (üblicherweise
3 – 4
V) des Verstärkerschaltungsaufbaus
zwischen 4,5 V und 6 V. So wird der Verstärkerschaltungsaufbau 410 (7) durch die Signalvariation
auf dem Signalfederanschlußstift 212 aufgrund
der Modulation nicht nachteilig beeinflußt.
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Um Instruktionsantworten, wie z.
B. angeforderte Kalibrierungsparameter 442, von der Sonde 200 zu
empfangen, muß das
modulierte Massesignal demoduliert und decodiert werden. Zu diesem
Zweck umfaßt
die Schnittstellenschaltung 500 einen Komparator 512,
der an einem Eingang das modulierte Massesignal GNDMOD und
an dem anderen Eingang eine Tiefpegelsignalschwelle VREF
LOW 514 empfängt. Die
Referenzspannung ist vorzugsweise auf 1,5 V eingestellt. Der Komparator 512 vergleicht
den Spannungspegel des modulierten Massesignals GNDMOD mit
der Niedrigpegelsignalschwelle VREF LOW 514 und gibt
auf der Leitung 516 einen Hochspannungspegel aus, wenn
das modulierte Signal oberhalb der Referenzspannung VREF
LOW 514 ist, und gibt einen Niedrigspannungspegel
aus, wenn das modulierte Signal unterhalb der Referenzspannung VREF LOW 514 ist. Folglich ist die
Ausgabe des Komparators 516 ein Pulsstrom. Ein Decodierer 520 ist
an seinem Eingang elektrisch mit der Ausgangsleitung 516 des
Komparators 512 gekoppelt. Der Decodierer 520 wandelt den
Pulsstrom in Parallelinstruktionsantworten um, die auf Leitungen 522 ausgegeben
werden. Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann der Decodierer 520 einen Synchronisierungsschaltungsaufbau,
Abtast- und Halteschaltungen zum Wiedergewinnen jedes Bits aus dem
Pulsstrom, einen Fehlerkorrekturschaltungsaufbau zum Verifizieren
einer ordnungsgemäßen Übertragung
der Signale und eine weitere Standardfunktionalität umfassen,
die zum Wiedergewinnen eines Paralleldigitalsignals von einem Analogeingangssignal
gemäß der bestimmten Übertragungsimplementierung
erforderlich ist. Der Prozessor 550 empfängt die
Parallelinstruktionsantworten von den Leitungen 522.
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Wieder Bezug nehmend auf 3 werden die Kapazitivkopplungssonden 620a, 620b, 620c verwendet,
um schaltungsinterne Kapazitivmeßtests durchzuführen. Wann
immer dies notwendig oder geeignet ist (z. B. vor einer Ausführung eines
schaltungsinternen Tests), erzeugt die Testvorrichtungssoftware 637 Sondenprozessorinstruktionen
zum Wiedergewinnen der sondenspezifischen Informationen (enthalten
z. B. Kalibrierungsparameter, die für die Sonde spezifisch sind)
von jeder der Sonden 620a, 620b, 620c.
Diese Instruktionen werden an die Testvorrichtungshardware 635 und/oder
Steuerung 636 zum Formatieren und zur Übertragung an die jeweiligen
Sonden 620a, 620b, 620c gesandt. Die Testvorrichtungshardware 635 und/oder
die Steuerung 636 übertragen
die formatierten Instruktionen an die geeigneten Multiplexerkarten 646a, 646b,
auf der sich die Sondenschnittstellenschaltungen (wie z. B. in 8 gezeigt) befinden, die
schnittstellenmäßig mit
den jeweiligen Sonden 620a, 620b, 620c verbunden
sind. In dem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel der 7 und 8 werden die Instruktionen mit dem Sondensignal über den
Sondensignalkanal moduliert und Antworten werden über den
Sondenmassekanal empfangen, demoduliert und an die Testvorrichtungshardware 635 und/oder
die Steuerung 636 zurückgegeben.
Die Testvorrichtungshardware 635 und/oder Steuerung 636 extrahieren
die wiedergewonnenen sondenspezifischen Informationen und senden
dieselben an die Testvorrichtungssoftware 637.
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Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel speichern
die sondenspezifischen Informationen entweder Kalibrierungsparameter,
die für
die Sonde spezifisch sind, oder Identifizierungsinformationen, aus
denen die Kalibrierungsparameter der Sonde in einem sondenexternen
Speicher nachgeschlagen werden können.
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Wenn ein schaltungsinterner Kapazitivmeßtest ausgeführt werden
soll, instruiert die Testvorrichtungssoftware 637 die Steuerung 636 und/oder
die Testvorrichtungshardware
635, ein Meßsignal über den
Signalkanal der jeweiligen Kapazitivkopplungssonde 620a, 620b, 620c über den
einen oder die mehreren Anschlußstifte
von Interesse der zu testenden integrierten Schaltungen 306a, 306b, 306c freizugeben
und zu treiben. Gleichzeitig aktiviert (schließt) die Testvorrichtungshardware 635 das
eine oder die mehreren Relais, die den Testvorrichtungsschnittstellenanschlußstiften 631 entsprechen,
die mit Halterungssonden 648 verbunden sind, die schließlich eine
elektrische Verbindung zu einem jeweiligen Anschlußstift von
Interesse und einem oder mehreren jeweiligen Anschlußstiften,
die geerdet werden sollen, gemäß dem Schaltungsdiagramm aus 6 herstellt. Die Testvorrichtungshardware 635 legt
ein Signal (z. B. 310 in 3)
an den jeweiligen Anschlußstift
von Interesse an jeder zu testenden Vorrichtung 606a, 606b, 606c an
und verbindet den einen oder die mehreren zu erdenden Anschlußstifte
an jeder der zu testenden Vorrichtungen 606a, 606b, 606c mit
Masse. Das Meßsignal
jeder Sonde 620a, 620b, 620c ist mit
einer jeweiligen Meßschaltung
(in 6 z. B. 312)
verbunden, um ein Meßsignal
zu erhalten, das dem jeweiligen Anschlußstift von Interesse zugeordnet
ist. Die Testvorrichtungshardware 635 und/oder -software 637 verwendet
das Meßsignal
des jeweiligen Anschlußstifts
von Interesse und den oder die der jeweiligen Meßsonde zugeordneten Kalibrierungsparameter,
die die Messung erhalten hat, und berechnet den wahren Wert der
Kapazität
auf dem Anschlußstift.
Die Testvorrichtung 530 vergleicht die berechnete Kapazität des Anschlußstiftes
mit einer oder mehreren vorbestimmten Schwellengrenzen, die definieren,
ob der Anschlußstift
mit der Leiterbahn der gedruckten Schaltungsplatine verbunden ist
oder ein Leerlauf zwischen dem Anschlußstift und der Leiterbahn vorliegt
oder die zu testende Komponente vorhanden ist oder nicht.