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Verfahren zur Prüfung von diskreten und
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integrierten Schaltungen im Betrieb Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Prüfung diskreter und integrierter Schaltungen im Betrieb.
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Die Erfindung kann zur Prüfung der Funktionsfähigkeit und zur Bestimmung
der Zuverlässigkeit der diskreten und integrierten Schaltungen angewendet werden.
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Es ist ein Prüfverfahren für integrierte Schaltungen bekannt, das
in der Zuführung einer gleichen Testsignalfolge zu den jeweils gleichen Eingängen
einer Prüf- und einer Vergleichsschaltung und in einem Vergleich von Ausgangssignalen
an den jeweils gleichen Ausgangsklemmen (siehe den SU-Urheberschein 580 287, Kl.
G 01 R 31/28) besteht.
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Dieses Verfahren besitzt eine geringe Leistungsfähigkeit, was auf
ein umfangreiches Testprogramm zurückzuführen ist, kann die Zuverlässigkeit des
Prüfobjekts nur unsicher bestimmen und ermöglicht nur eine beschränkte dynamische
Funktionsprüfung bei der Grenzfrequenz, besonders bei den integrierten Schaltungschips,
weil an den Prüfling
nur schwer eine große Anzahl von HF-Meßsonden
herangeführt werden können.
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Ein der Erfindung nahekommendes Verfahren zur Prüfung und Diagnose
diskreter Schaltungen besteht darin, daß an die Speiseklemmen die Speisespannung
und an die Signaleingänge des Prüflings Testsignale einer vorgegebenen Folge angelegt
werden, die Funktionsfähigkeit beurteilt und nach den Prüfergebnissen ein defekter
Stromkreis im Prüfobjekt festgestellt wird. Darauf werden den Eingängen des festgestellten
defekten Stromkreises Signale zugeführt und in eine Spannung umgesetzte Impulse
eines Durchgangsstroms in der Speiseleitung analysiert, die beim Schalten von Logikelementen
in dem zu überwachenden defekten Stromkreis erzeugt werden (siehe "Erhöhung der
Auflösung der Diagnostik diskreter Schaltungen von B.B. Belogub, G.A. Podunajev,
Steuersysteme und -maschinen N. 3, 1978, S. 93 bis 95).
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Von Nachteil sind bei diesem Prüfverfahren seine begrenzten funktionalen
Möglichkeiten und eine niedrige Diagnosegenauigkeit, da mit diesem Verfahren nur
Stromkreise mit in Reihe geschalteten Ventilen prüfbar sind und eine geringe Anzahl
von Fehlern, vorzugsweise in den Ausgangsstufen der Stromkreise erkannt werden können.
Ferner ist die Prüfaussage relativ unsicher und wenig leistungsfähig, was auf die
große Zahl von an den Eingängen des Prüfobjekts eingegebenen Testdaten um einen
defekten Stromkreis zu ermitteln auf die nicht optimalen Prüfkombinationen sowie
darauf, daß nur Zeitparameter des Ubergangsvorganges des Durchgangsstroms in der
Speiseleitung des Prüfobjekts analysiert werden, zurückzuführen ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur
Prüfung diskreter und integrierter Schaltungen im Betrieb bei erhöhter Aussagesicherheit
und Genauigkeit unter gleichzeitiger Erweiterung zu entdeckender Fehlerarten zu
schaffen.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist in dem Verfahren zur Prüfung von diskreten
und integrierten Schaltungen im Betrieb, wobei einem Prüfobjekt eine Speisespannung
zugeführt und auf dieses mit einer Testsignalfolge eingewirkt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß - die Testsignalfolge in der Weise gewählt wird, daß bei deren Zuführung zu
den Eingängen des Prüfobjekts ein Übergangsvorgang des Stroms in einer Speiseleitung
eingeleitet wird, - Parameter des Übergangsvorganges definiert werden, die seinen
Verlauf charakterisieren, - die erhaltenen Parameterwerte mit einem entsprechenden
Schwellenwert einzeln verglichen und a) Objekte, bei denen die Vergleichsergebnisse
Abweichungen der Parameter von deren Schwellenwerten ergeben und b) ein diese Abweichung
hervorrufender Abschnitt jedes Objekt festgestellt werden, - worauf dem Objekt eine
andere, auf den festgestellten Abschnitt vorzugsweise einwirkende Testsignalfolge
zugeführt wird, - die Funktionsfähigkeit dieses Abschnitts beurteilt und - nach
dem Beurteilungsergebnis 1) im Falle der Fehlfunktion das gesamte Prüfobjekt verworfen
und 2) im Falle der richtigen Funktion der Unsicherheitsgrad des Prüfobjekts nach
den in der Speiseleitung definierten, den Verlauf des übergangsvorganges charakterisierenden
Parametern bestimmt wird.
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Zur Vereinfachung des Vergleiches der Werte der den Verlauf des Übergangsvorganges
charakterisierenden Parameter kann ein Vergleichsobjekt genommen werden, dem die
gleichen Testsignalfolgen wie auch dem Prüfobjokt zugeführt werden.
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Zur Erhöhung der Genauigkeit des Vergleiches der Parameterwerte mit
den Schwellenwerten zwecks Feststellung der Abweichungen der Parameter von deren
Schwellenwerten aufweisenden Objekte ist es vorteilhaft, ein Vergleichsobjekt zu
nehmen, dem die gleichen Testsignalfolgen wie auch dem Prüfobjekt zugeführt werden,
und die jeweilige Differenz der Signale der Übergangsvorgänge in den Speiseleitungen
des Prüf- und des Vergleichsobjekts zu bilden.
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Zur Vereinfachung der Beurteilung der Funktionstüchtigkeit des Abschnitts
und des gesamten Prüfobjekts ist es zweckmäßig, die jeweils gleichartigen Ein- und
Ausgänge des Prüf- bzw. des Vergleichsobjekts zusammenzuschalten und die Funktionsfähigkeit
nach den den Verlauf des Übergangsvorganges des Stroms in der Speiseleitung charakterisierenden
Parametern zu beurteilen.
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Zur Feststellung der den Signalverlauf des Übergangsvorganges charakterisierenden
Parameter ist es erwünscht, dieses Signal sukzessiv mehrfach zu integrieren.
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Die Erfindung wird durch die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der beiliegenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eineprinzipschaltung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens;
Fig. 2 die
gleiche Schaltung mit einem erfindungsgemäßen Vergleichsobjekt; Fig. 3 die gleiche
Schaltung mit einem erfindungsgemäßen Subtrahierer; Fig. 4 eine vereinfachte Schaltung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens; Fig. 5 eine Prinzipschaltung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens mit einer Mehrfachintegration.
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Das Prüfverfahren für diskrete und integrierte Schaltungen im Betrieb
wird folgendermaßen durchgeführt.
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Einem Prüfobjekt 1, beispielsweise einer integrierten Schaltung, wird
von einer Quelle 2 eine Speisespannung und vom Ausgang eines Generators 3 eine Testsignalfolge
zugeführt. Hierbei sprechen die Elemente des Prüfobjekts 1 an, worauf in deren Speiseleitungen
und also auch in der gemeinsamen Speiseleitung Übergangsvorgänge des durch das Prüföbjekt
fließenden Stroms erfolgen.
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Die Impulsform des Durchgangsstroms ist sowohl von einer Kombination
von Eingangsgrößen, d. h . von der Testsignalfolge, als auch von der Anzahl der
Elemente und von deren Art abhängig. Für jeden Parameter eines jeden Übergangsvorganges
werden daher durch eine Quelle 4 entsprechende Schwellenwerte erzeugt, mit denen
ein durch einen Wandler 6 umgesetzter Parameterwert in einer Vergleichsschaltung
5 verglichen wird. Jeder Parameter wird einzeln verglichen.
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Stimmt der Parameterwert mit den entsprechenden Schwellenwerten nicht
überein, wird der diese Abweichung hervorrufende Abschnitt des Prüfobjekts festgestellt.
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Dann wird dem Objekt eine andere Testsignalfolge zugeführt, die vorzugsweise
auf den festgestellten Abschnitt einwirkt, und mit Hilfe eines an einen Ausgang
des Objekts 1 angeschlossenen Analysators 7 wird die Funktionsfähigkeit dieses Abschnitts
beurteilt. Im Falle einer Fehlfunktion wird das gesamte Prüfobjekt 1 verworfen.
Falls das Prüfobjekt 1 richtig funktioniert, wird nach dem Grad der Abweichung des
Parameters des Übergangsvorganges des Durchgangsstroms in der Speiseleitung der
Unsicherheitsgrad dieses Prüfobjekts 1 bewertet.
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Eine vorteilhafte Erzeugung der Schwellenwerte zum Vergleich der Parameterwerte
besteht in der Einschaltung eines Vergleichsobjekts 8 (Fig. 2). An diesem treffen
ebenso wie am Prüfobjekt 1 Eingangssignale der Testfolge ein. Die entstehenden Übergangsvorgänge
des Durchgangsstroms des Vergleichsobjekts 8 dienen als Ausgangsinformation zur
Erzeugung der Schwellenwerte durch die Quelle 4. Sonst wird das Verfahren in Analogie
zum oben Beschriebenen durchgeführt.
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Die Genauigkeit der Analyse wird durch Ausschließen von korrekten
Signalen erhöht, indem nur Signale, die eine Abweichung von der Norm aufweisen,
verarbeitet werden. In dieser Weise wird die Genauigkeit des Vergleiches der Parameterwerte
mit den Schwellenwerten gesteigert, indem der Durchgangsstrom in der Speiseleitung
des Vergleichsobjekts 8 vom Durchgangsstrom des Objekts 1 durch einen Subtrahierer
9, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, abgezogen wird.
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Das am Wandler 6 ankommende Differenz-Signal weist also eine kleinere
Amplitude unter Beibehaltung des Nutzsignalpegels auf, und es kann zur Steigerung
der Verarbeitungsgenauigkeit
verstärkt werden. Um die Prüfung der
Funktionsfähigkeit durch Ausnutzung des Kanals für die Analyse des Übergangsvorganges
in der Speiseleitung zu vereinfachen, wird das Verfahren gemäß der in Fig. 4 dargestellten
Blockschaltung durchgeführt.
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Hier übernimmt das Vergleichsobjekt 8 außer den oben beschriebenen
Funktionen die eines Antworters. Da aber gleichartige Eingangs- und Ausgangsanschlüsse
des Prüf-und des Vergleichsobjekts 1 bzw. 8 jeweils miteinander verbunden sind,
so bewirkt ein Unterschied der Prüfantworten der Objekte auf die Test-folge eine
Erhöhung der Durchgangsstromstärke, was es gestattet, durch Umsetzung im Wandler
6 und durch einen Vergleich mit den Schwellenwerten in der Schaltung 5 eine Funktionsprüfung
ohne irgendwelche spezielle Vorrichtungen durchzuführen. Ein Funktionsanalysator
7 erübrigt sich also in der gegebenen Schaltung.
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Eines der Verfahren für die einfachste und qualitätsgerechte Feststellung
der den Verlauf des Übergangsvorganges des Durchgangsstroms charakterisierenden
Parameterwerte besteht in einer sukzessiven Mehrfachintegration. Bei der in Fig.
5 dargestellten Prüfschaltung wird der in der Speiseleitung des Prüfobjekts 1 unter
der Wirkung der Testsignalfolge entstehende Durchgangsstrom durch einen Wandler
10 in eine Spannung umgesetzt, die anschließend einer Mehrfachintegration mit Hilfe
von Schaltern 11', ...,11n und Integratoren 12', ...,12n unterzogen wird, deren
Ausgangssignalwerte durch die Vergleichsschaltungen 5 mit den von der Quelle 4 erhaltenen
Schwellenwerten vergleichen werden. Die Anzahl der sukzessiven Integrationsschritte
wird durch die erforderliche Genauigkeit der
Diagnose der Objekte
bestimmt, empfehlenswert ist eine drei- bis vierfache Integration.
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Die Anzahl der sukzessiven Integrationen bestimmt die erforderliche
Genauigkeit des Vergleiches der Signale der Spannung der Übergangsvorgänge in den
Speiseleitungen des Prüf- und des Vergleichsobjekts. Je genauer die Signale der
Spannung der Übergangsvorgänge in den Speiseleitungen bei Vorhandensein eines versteckten
Fehlers im Prüfobjekt unterschieden werden können, desto genauer kann seine Funktionsfähigkeit
diagnostiziert werden. Die Anzahl der sukzessiven Integrationen wird also durch
die erforderliche Diagnosegenauigkeit bestimmt. Indem also die integrierten Signalwerte
vergliwchen werden, kann sowohl die Ursache eines versteckten Fehlers, beispielsweise
ein Einkristallbaufehler einer integrierten Schaltung, entdeckt als auch ein Fehler
in einen Stromkreis beliebiger Konfiguration bis auf das Element genau lokalisiert
werden.
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Das erfindungsgemäße Prüfverfahren für integrierte Schaltungen gestattet
es gegenüber den bekannten, eine größere Anzahl von Fehlern zu entdecken, was seine
Leistungsfähigkeit vergrößert. Es erlaubt auch so die Ursache eines Fehlers wie
auch einen versteckten Fehler im lokalisierten Abschnitt genauer aufzuspüren, wodurch
die Diagnosegenauigkeit erhöht wird.
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Zugleich erhöht das erfindungsgemäße Verfahren im Vergleich zu den
bekannten Verfahren die Aussagesicherheit der Prüfung, weil die Beurteilung der
Funktionsfähigkeit des Prüfobjekts nicht nach den Ergebnissen einer Funktions-Prüfung,
sondern nach den Ergebnissen einer Analyse von Signalen der Übergangsvorgänge in
ihrer Speiseleitung
erfolgt. Dies liegt daran, daß versteckte Fehler
mittels einer Funktionsprüfung aufgrund einer Nichtoptimalität der Eingangssignale
der Testfolge nicht mit Sicherheit festgestellt werden können, während eine Information
über sie in einem durch die Speiseleitung der Prüfschaltung fließenden Strom auf
jeden Fall enthalten ist. In diesem Zusammenhang kann die Zahl der Kombinationen
der Eingangssignale der Testfolge und damit auch die Prüfzeit wesentlich reduziert
werden.
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Indem die vorgegebenen Schwellenwerte als Funktion der Ergebnisse
der sukzessiven Mehrfachintegration der Signale der Spannung der Übergangsvorgänge
in der Speise-leitung der Normal schaltung eingestellt werden, wird es auch möglich,
die Beeinflussung der Funktionsfähigkeit der integrierten Prüfschaltung durch verschiedene
Faktoren zu verfolgen und auszugleichen. Es ist beispielsweise unmöglich, ganz gleiche
Betriebsbedingungen für das Prüf- und das Vergleichsobjekt zu schaffen. Deshalb
ist es notwendig, eine Korrektur der Prüfergebnisse vorzunehmen.
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Diese Korrektur erfolgt durch Änderung der vorgegebenen Schwellenwerte
in Abhängigkeit von der Änderung der Betriebsverhältnisse nach den Ergebnissen der
sukzessiven Mehrfachintegration der Signale der Übergangsvorgänge in der Speiseleitung
des Vergleichsobjekts. Das beschriebene Prüfverfahren weist gegenüber den bekannten
auch folgende Vorteile auf: - mit einer Verringerung des apparativen Aufwandes wird
der Verlauf der Prüfung vereinfacht, was mit einer beträchtlichen Reduzierung der
Anzahl der Kombinationen der Signale der vorgegebenen Testfolge zusammenhängt;
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das Verfahren gestattet, die Schaltungen auf der Platte bei der Grenzfrequenz zu
prüfen, was damit zusammenhängt, daß das Meßsignal nur von einer Speiseleitung abgeleitet
wird; - es ermöglicht, den Herstellungsprozeß für integrierte Schaltungen durch
frühzeitige Entdeckung der Ursachen eines versteckten Fehlers aktiv und gezielt
zu beeinflussen; - es erlaubt, die Güte der integrierten Schaltungen durch Aussortierung
eventuell unzuverlässiger Schaltungen zu verbessern.