JP2928534B2 - インサーキット試験装置および方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は一般にハイブリッド部品、すなわちアナログ
およびディジタルの両入出力ポートを備えているものの
インサーキット機能試験に関するものであり、更に詳細
には汎用ディジタル・アナログ変換器のインサーキット
測定および試験をプログラム的に行う装置と手順に関す
る。

〔従来技術およびその問題点〕

本発明では、インサーキット試験または測定とは、各
種アイソレーション技法を利用して、回路基板上の個々
の部品について、特定の回路構成や周囲部品の影響に関
係なく「ピン・チェック」および「総合機能試験（gros
s functiona−lity test）」を行う印刷回路基板試験手
順を言う。「ピン・チェック」はあらゆるデバイス・ピ
ン（デバイスへの物理的接続）に関する適切な電気活動
能力を確認するように特に計画された試験である。「総
合機能試験」はピン・チェックより包括的で、ピンの活
動を単に確認する他に、その部分の基本機能を確認する
ように計画された試験を言う。いずれの試験も部品仕様
の機能試験を完全に行うものではない。

「ハイブリッド」電子部品、すなわちその設計にアナ
ログとディジタルの両機能を組入れた集積回路が激増し
たことから、これらのデバイスを利用する印刷回路基板
アセンブリに対しては、標準の欠陥検出技法が時代遅れ
となり、製造上および品質管理上の問題が発生してき
た。この問題の中心は変換器として知られている部品類
である。変換器には２つの基本形式がある。ディジタル
・アナログ変換器（DAC）はディジタル入力信号をアナ
ログ出力信号に変換し、アナログ・ディジタル変換器、
変換器（ADC）はアナログ入力信号をディジタル出力信
号に変換する。従来のアナログまたはディジタルのイン
サーキット試験だけでは、これらハイブリッド部品の包
括的インサーキット機能試験を行う手段として不充分で
ある。その結果、DACやADCを使用する印刷回路基板アセ
ンブリは、これらの部品に対してインサーキット試験を
プログラム的に発生するという、これまでは扱いにくか
った問題のため、試験するのが困難になっている。

〔発明の目的〕

本発明は上述したような従来技術の問題点を解消し、
回路基板上のハイブリッド部品の試験を簡単化すること
を目的とする。

〔発明の概要〕

本発明はDAC等のハイブリッド部品のインサーキット
機能試験に関する装置と方法論を提供することにより、
従来技術の欠点と制限を克服している。これは、被試験
変換器をその付随回路から電気的に切離し（ガード処
理、ディジタル・オーバドライブ、およびアナログ・オ
ーバドライブによる）、特定のビット・パターンで入力
ポートをプログラム的に刺激し、最後に変換器の応答を
測定し、この出力を予想値と比較することにより、行わ
れる。このプロセスは試験対象の特定の変換器を完全に
評価するのに必要な回数だけ繰返される。本発明の装置
は、上位ビットおよび下位ビットを夫々決定性ビット・
チェック（deterministic bit checks）および非決定性
ビット・チェック（non−determin−istic bit check
s）により、共に有効に評価するように使用することが
できる。従ってこの試験は電気的な雑音の多い環境で可
能であり、被試験デバイスの周囲の下流側および上流側
の回路とは無関係となる。

なお、本願明細書においては、『非決定性ビット・チ
ェック』とは、チェックを行いたいビットの値がある値
を取るビット・パターンとその反対の値を取るビット・
パターンの両者を被測定素子、ここではDAC、に与え
て、夫々の出力の差分を取ることによって行うテストの
ことを言う。これに対して、『決定性ビット・チェッ
ク』とは、チェックしたいビットの値が所望の値になっ
ているビット・パターンを与えて得られた出力を直接
（つまり上のような差分を取ることなしで）使用するこ
とによって行うテストのことを指す。非決定性ビット・
チェックは２つの測定値の差分を取っているため、DAC
において下位の入力ビットに対するアナログ出力値を測
定する際に決定性ビット・チェックよりも容易に分解能
を上げることができる。

〔発明の実施例〕 第１図は試験対象のDAC10のプログラム的に発生され
たインサーキット「ピン・チェック」および「総合機能
試験」を行う試験モジュール８の概要図を示す。試験モ
ジュール８はコンピュータ・インターフェース31と試験
対象の特定のDAC10用に作られた試験プログラムにより
駆動される。この試験モジュール８はまたテスト・フィ
クスチャおよびスキャナ・リレー19を介して被試験印刷
回路基板６のインターフェースがとられている。

インサーキット試験を行うためには、試験モジュール
８は試験対象のDAC10をあらゆる周囲回路から分離し、
変換器に刺激を与え、次いで適切な測定を行ってこのDA
C10の機能を判定しなければならない。アイソレーショ
ン技法はディジタル入力21とクロック入力17との他に、
アナログ入出力回路、特に電圧基準入力13、およびDAC1
0のアナログ出力23に対して適用される。測定はこうし
てDACのアナログ出力23に対して行われ、DAC10の機能が
判定される。

幅が公称上６から16ビットまで変わるディジタル・ビ
ット・パターンがディジタル・オーバライビング・ドラ
イバ24により試験対象のDAC10のディジタル入力21に供
給される。なお、ここでオーバドライビングと賞する動
作は、本来別の信号が与えられている端子に、ある信号
を強制的に与えて、その端子における信号がこの強制的
に与えられた信号になるようにすることである。これは
ディジタル・オーバドライブでもまたアナログオーバー
ドライブでも同じである。オーバドライブを行うには、
充分に低い出力インピーダンスと駆動能力を持つ信号源
で駆動すればよい。精度の高いアナログ・オーバドライ
ブを実現するには、以下でアナログ・オーバドライブ増
幅器20に関して説明するように、例えばオーバドライブ
対象の端子の信号レベルを検知し、これと所望のアナロ
グ信号レベルとの差に基づいて帰還を行えばよい。この
ようにすれば、回路中で本来別の信号源によって駆動さ
れている素子あるいは回路ブロックの端子を試験信号で
オーバードライブすることによって、本来の信号源の出
力が何であろうと、この端子における信号値はオーバー
ドライブを行うドライバの出力によって完全に支配され
る。つまり、このような状態ではこの端子は等価的には
本来の信号源からアイソレートされ、オーバードライブ
を行うドライバだけが接続されているのと同じになる。
ディジタル・オーバドライブを使用することにより、試
験対象の印刷回路基板６上にあるデータ・ラッチ18のよ
うな他のディジタル回路と無関係に、これら所望パター
ンをDAC10のディジタル入力21に直接印加することがで
きる。試験対象となるDACの具体的な構成によっては、
同様のディジタル・オーバドライブ技法を、所望のディ
ジタル・パターンを順次与えていく際にクロック入力17
を制御するのに使用することができる。

ディジタル・オーバドライブ・アイソレーションは、
最初にディジタル・パターンを印加してから出力のアナ
ログ測定を行うまでの試験期間中実行される。これは長
時間ディジタル・オーバドライブを行えば上流の部品
（図中のデータ・ラッチ18やクロック・ドライバ16）を
損傷する可能性があるため重要である。しかしながら、
試験モジュール８は試験プロセスを迅速に完了すること
ができる（試験対象の変換器によるが、100μｓから200
μｓ程度）ように作られている。これにはパターン印
加、出力静定、測定の時間の他に、試験モジュール８の
内部のオーバヘッド時間が含まれる。ここに記す時間の
ディジタル・オーバドライブ試験のレベルが試験モジュ
ール８により正確にセットされ制御される限り、ほとん
どの集積回路の許容範囲に充分入る。

DACはすべて変換の絶対的正確さの基礎となる精密な
電圧基準12を必要とする。この基準は実際の変換器の内
部または外部のいずれにも置くことができるが、あらゆ
る場合においてピンで取出され、従って変換器パッケー
ジの外部で利用することができる。変換器自身をこのボ
ード上の電圧基準12から分離するため、試験モジュール
８はDC電源22と（負入力側で）リモート・センシング
（本実施例においては、被試験印刷回路基板６上の信号
をこの基板上ではなく遠方、ここでは試験モジュールで
測定すること）を行なっているアナログ・オーバドライ
ブ増幅器20を利用して、試験モジュール８により決めら
れた電圧を直接DAC10の電圧基準入力13に与える。ここ
で、オーバドライブ増幅器20が行うリモートセンシング
及びオーバドライブ動作を説明する。印刷回路基板６上
のDAC10の電圧基準入力13のアナログ信号レベルをリモ
ートセンシング、つまり試験モジュール８側に引き出し
てオーバドライブ増幅器20の負入力、つまり反転入力に
印加する。一方、オーバドライブ増幅器20の非反転入力
にはDC電源22から与えられるところのDAC10の電圧基準
入力13に試験のために印加すべきアナログ電圧が印加さ
れる。オーバドライブ増幅器20の増幅度を充分に大きく
しておけば、リモートセンシングによる反転入力への負
帰還によってオーバドライブ増幅器20の反転入力と非反
転入力の信号レベルが同じになる。つまり、印刷回路基
板６上の電圧基準12の出力レベルに関わらず、DAC10の
電圧基準入力13に印加されるアナログ信号レベルはDC電
源22の出力レベルに強制的に設定される。このようにし
て、電圧基準入力13におけるアナログ信号アイソレーシ
ョンが行われる。また、既に説明したように、DAC10の
ディジタル入力21やクロック入力についても、ディジタ
ル・オーバドライビング・ドライバ24によって印刷回路
基板６上の本来の信号源からのアイソレーションが行わ
れている。かくして、DAC10の各入力においてアナログ
及びディジタル・アイソレーションが行われ適切な試験
用信号が入力された状態で、試験対象のDAC10のアナロ
グ出力23で適切な測定を行うことにより試験サイクルを
完了することができる。

試験対象の特定の変換器次第で、変換器のアナログ出
力は電圧または電源のいずれかである。電圧出力変換器
では、出力測定は単にこの出力電圧をDC検出器28を使用
して測定することにより行われる。電流出力変換器で
は、測定を行う前に変換器出力を下流側の回路から分離
するのにもって精巧なガード機構（第１図に示す）が必
要である。ここで、試験モジュール８はガード接続と共
に測定演算増幅器（MOA）26を使用してDAC出力をこれに
関連する下流側の回路（I/V変換器14およびそれに関連
するフィードバック抵抗15）から分離する。ガード接続
30はボード上のI/V変換器14をその出力を接地電位に保
持することにより実効的にディスエーブルする。かくし
て、試験対象のDAC10のアナログ出力23からの電流はボ
ード上のI/V変換器14から測定用の試験モジュール８へ
切替えられる。MOA26およびそれに関連するフィードバ
ック抵抗27はボード上のI/V変換器14と実効的に置き換
わり、DAC10の機能を独立に評価することができる。リ
モート・センシング接続はMOA26の正および負の両入力
で使用され、更に測定能力を高める。試験モジュール８
中のDC検出器28を使用して行うMOA26の出力での電圧測
定で、試験サイクルが完了する。

試験プロセスの全体として最も困難な局面は、ディジ
タル入力の最下位ビットの変化によるアナログ出力の変
化を検出することである。典型的なDACの場合の最下位
ビットに対応するアナログ・レベルは電流出力、電圧出
力のデバイスに関して、それぞれ30nA、150μＶ程度で
ある。この測定の問題は変換器のディジタル入力のディ
ジタル・オーバードライブから生ずる電気的に雑音の多
い試験環境により更に悪化する。第１図の試験モジュー
ル８はこれら問題をできる限り小さくする手法として、
リモート・センシング（電圧基準12およびMOA26の両方
で）とガードを使用している。リモート・センシングと
ガードによって印加電圧と検出電圧の正確さを確保し、
ディジタル・オーバドライブによるレベル・シフトを実
効的に解消する。DC検出器28におけるデルタ測定、複数
回測定して平均化すること、および３波も、これら下位
ビットの非決定性的解析のための手段として使用され
る。

第２図には第１図の試験モジュールを使用するDACの
インサーキット「ピン・チェック」および「総合機能試
験」を行う試験セットアップ手順の概略の流れ図を示
す。

試験セットアップは適切なプログラムをロードし（ス
テップ34）、第１図に示すようにスキャナ・リレー19を
通して試験対象のDACへのすべての電気接続を行うこと
から成る。ここで、ステップ36で、ディジタル・オーバ
ドライビング・ドライバ24はディジタル入力21とクロッ
ク入力17に接続される。次に、ステップ38で、精密DC電
源22がリモート・センスを行うアナログ・オーバドライ
ブ増幅器20により試験対象のDAC10の電圧基準入力13に
接続される。これにより電圧基準12によるオーバードラ
イブが可能になり、従って所望電圧がDAC10の電圧基準
入力13に直接印加される。最後のステップ40は、測定演
算増幅器（MOA）26およびDC検出器28をリモート・セン
シング構成でDACのアナログ出力23に接続することによ
り、DACのアナログ出力を測定用に構成する。ガード接
続30もステップ42で行われ、DACを被試験回路基板６に
載っている下流側の部品14および15から分離する。

第３図は試験対象の典型的なDAC10の上位ビット（出
力に大きな電流または電圧の変化を生ずる入力ビット）
の決定性ビットチェックの手順のステップを示す。この
動作は、ステップ44でそれ以降のシーケンスを働かせる
ことによりプログラム的に行われる。ステップ46で適切
な上位ビット・パターンが、ディジタル入力21とクロッ
ク入力17に接続されているディジタル・オーバドライビ
ング・ドライバ24により試験対象のDAC10に印加され
る。このディジタル・パターンをそこに与えた状態で、
変換および静定が行われるように、測定前プログラムさ
れた遅延が測定の前に置かれる。次にステップ48で、MO
A26およびDC検出器28を使用してDACの出力を測定して記
録する。次にこの測定値を、ステップ50で、期待される
応答と直接比較し、試験結果の合否を判定する。このシ
ーケンスを、プログラム制御のもとに試験対象のDACの
全ての上位ビットの決定性測定が行われるまで繰返す。

次に試験は第４図に示すように、ステップ54の、試験
対象のDAC10の下位ビット（出力に小さい電流または電
圧の変化を生ずる入力ビット）のデルタ測定または非決
定性評価に進む。ステップ56で、適切な下位ビット・パ
ターンがデータ入力21およびクロック入力17に接続され
ているディジタル・オーバドライビング・ドライバ24に
より試験対象のDAC10に印加される。再び、ステップ58
で、変換および静定のための遅延をとった後、DAC10の
出力がMOA26およびDC検出器28を用いて測定される。た
だし、測定値が直接予想応答と比較される決定性ビット
・チェックとは異なり、下位ビット（試験環境で電気的
雑音に非常に感じやすいものである）の機能は以下の追
加ステップ60、62、および64により非決定的に確認され
る。

この手順では、ステップ62に示したように、ディジタ
ル入力パターンに対して１つの変化を与えての、第２の
刺激・測定が行われる。特に、第１の測定が測価対象の
下位ビットを「０」にセットして行われた場合には、同
じ組合わせの測定が今度はこのビットを「１」にセット
して行われる。今度はステップ64で、これら２つの類似
結果を比較し、問題となっている特定のビットの機能を
判定するために差すなわちデルタを評価することができ
る。この手順−デルタすなわち差の測定値を使用する−
では、下位ビットについて、直接測定で可能であるより
もかなり高い分解能を得ることができる。次に試験結果
の合否を判定するために２つの試験で求められたデルタ
を期待値と比較する。こうしてこのシーケンスは試験対
象のDACの下位ビットがすべてステップ66で評価されて
しまうまで、プログラム制御のもとで繰返される。

これに加えて、「下位」ビットから「上位」ビットへ
のクロスオーバ点は試験対象のDAC10の仕様により求め
られる。この情報は試験プログラムに組込まれ、適切な
試験技法がその仕様により記されている通り変換器の各
ビットに適用される。

第５図に開示した手順の最終段階は試験設定の後始末
68である。ここでステップ70および72で、試験対象のDA
C10と試験モジュール８との間のすべての線が切離され
る。これはスキャナ・リレー19を開くことにより行われ
る。

開示した手順は典型的DACの試験要件を網羅してい
る。DACの具体的な仕様あるいは特徴によっては、この
手順はスループットを増すためにもっと少いステップに
切り縮めることができるし、あるいは特定の必要条件を
包含するためにもっと多数のステップに分けることがで
きる。

それ故上記した実施例はDACが入っている回路とは無
関係にこの変換器のインサーキット総合機能試験をプロ
グラム的に発生する。独特の手段と方法とを提供するも
のである。本発明は従ってこれらハイブリッド・デバイ
スを備えた印刷回路基板の製造における品質管理法を提
供するものである。

本発明のこれまでの記述は例示および説明の目的で提
示したものである。上述の教示に照らして他の修正例や
変形が可能であるから、前記記述を完全なものとした
り、上の説明が網羅的であると言うつもりも、また本発
明を上に開示した形態そのものに限定したりするつもり
も全くない。実施例は本発明の原理とその実際的応用を
最も良く説明し、これにより当業者が本発明を各種実現
形態および各種修正案において企図する特定の用途に適
するものとして最も良く利用することができるようにす
るために選定し、説明した。本願特許請求の範囲は、先
行技術により限定される場合を除く本発明の他の実現形
態を包含するように解釈しなければならない。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば、実装さ
れているアナログ／ディジタル混在部品を周囲から独立
に試験することが容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す図、第２図ない
し第５図は本発明の一実施例の手順を示す図である。 6:印刷回路基板 8:試験モジュール 10:DAC 12:電圧基準 13:電圧基準入力 14:I/V変換器 15,27:フィードバック抵抗 16:クロック・ドライバ 17:クロック入力 18:データ・ラッチ 19:スキャナ・リレー 20:アナログ・オーバドライブ増幅器 21:ディジタル入力 22:DC電源 23:アナログ出力 24:ディジタル・オーバドライビング・ドライバ 26:測定演算増幅器 28:DC検出器 30:ガード接続 31:コンピュータ・インターフェース

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】以下の（ａ）ないし（ｄ）を設けたことを
   特徴とする、回路中の他の要素に接続されているDACの
   プログラム試験を行う装置： （ａ）前記回路から離れており、精密直流信号を生成す
   る直流電圧生成手段； （ｂ）前記精密直流信号を増幅して前記DACのアナログ
   基準入力ポートに印加して前記アナログ基準入力ポート
   を前記精密直流信号により強制的に駆動することによ
   り、前記DACをその上流側のアナログ要素から実効的に
   分離するアナログ・オーバードライブ増幅器手段：前記
   アナログ・オーバードライブ増幅器手段は前記基準入力
   ポートに現れているアナログ信号レベルを入力するリモ
   ート・センス入力端子と、前記リモート・センス入力端
   子から入力された前記アナログ信号レベルを前記精密直
   流信号と比較しその比較結果を増幅して前記基準入力ポ
   ートに帰還する増幅器を含む； （ｃ）前記DACのクロック入力ポート及びデータ入力ポ
   ートに刺激を与えて前記クロック入力ポート及びデータ
   入力ポートを前記刺激により強制的に駆動することによ
   り、前記ACDを実効的に分離し刺激するオーバードライ
   ブを行うディジタル・ドライバ手段； （ｄ）前記DACの出力電流を測定する直流検出器手段付
   き測定演算増幅器手段。
2. 【請求項２】以下の（ｅ）及び（ｆ）を設けたことを特
   徴とする請求項１記載の装置： （ｅ）前記DACの出力に結合されたI/V変換器； （ｆ）前記I/V変換器の出力を接地電位に保持すること
   によって前記I/V変換器をディスエーブルして前記DACの
   出力からの電流を測定演算増幅器手段へシャントし、も
   って下流側の全ての回路をディスエーブルして試験期間
   中前記DACを前記下流側の回路から実効的に分離するガ
   ード接続手段。
3. 【請求項３】前記DACの上位側ビット及び下位側ビット
   に対して決定性テスト及び非決定性テストを行う手段を
   設けたことを特徴とする請求項１または２記載の装置。
4. 【請求項４】以下のステップ（ａ）ないし（ｇ）を設
   け、回路中の要素であるDACの回路内ピン・チェック及
   び全体機能試験を行う方法： （ａ）所望の基準信号を供給するための精密直流電源手
   段を有するテスト・モジュールを設ける； （ｂ）前記テスト・モジュールを前記回路に接続する； （ｃ）試験対象の前記DACを周囲回路から分離する； （ｄ）前記基準信号を前記DACの基準入力に印加すると
   ともに、適切なビット・パターンを前記DACのディジタ
   ル・データ入力に印加する； （ｅ）前記DACの出力電流を測定する； （ｆ）前記出力電流を前記DACについての期待される応
   答と比較する； （ｇ）上位側ビット及び下位側ビットを試験するため、
   前記上位側ビットの性能評価については決定性ビット・
   チェックを行い、前記下位側ビットの性能評価において
   は非決定性ビット・チェックを行う。
5. 【請求項５】以下のステップ（ｈ）ないし（ｋ）を設け
   たことを特徴とする請求項４記載の方法： （ｈ）前記精密直流電源手段の出力の前記所望の基準信
   号を前記DACの基準入力ポートから取り出した信号レベ
   ルと比較することによって前記信号レベルを前記所望の
   基準信号に強制的に設定するアナログ・オーバードライ
   ブ増幅器を設ける； （ｉ）オーバードライブ・ディジタル・ドライバを前記
   DACのデータ入力ポート及びクロック入力ポートのディ
   ジタル信号レベルを強制的に所望のディジタル信号レベ
   ルに設定するオーバドライブ・ディジタル・ドライバを
   設ける； （ｊ）測定演算増幅器及び直流検出器を試験対象の前記
   DACの電流出力ポートに接続する； （ｋ）前記回路中で前記DACの出力電流を電圧に変換し
   ているI/V変換器の出力を接地することにより、前記DAC
   の下流の回路をディスエーブルする。
6. 【請求項６】前記DACの高位側ビットについての前記決
   定性ビット・チェックは以下のステップ（ｌ）ないし
   （ｐ）を有することを特徴とする請求項４または５記載
   の方法： （ｌ）前記適切なビット・パターンを試験対象の前記DA
   Cの前記ディジタル・データ入力及び前記クロック入力
   に印加する； （ｍ）変換遅延時間及び前記回路中の過渡現象静定時間
   だけ待つ； （ｎ）前記測定演算増幅器及び精密直流検出器を使用し
   て試験対象の前記DACの前記出力電流を測定して、測定
   結果を生成する； （ｏ）前記測定結果を前記ビット構成に対しての期待さ
   れる応答に突き合わせて評価する； （ｐ）所与の高位側ビット構成の各々を試験するため、
   前記ステップ（ｌ）ないし（ｏ）を繰り返す。
7. 【請求項７】前記DACの低位側ビットの非決定性ビット
   ・チェックは以下のステップ（ｑ）ないし（ｖ）を有す
   ることを特徴とする請求項４から６の何れかに記載の方
   法： （ｑ）前記適切なビット・パターンを試験対象の前記DA
   Cの前記ディジタル・データ入力及び前記クロック入力
   に印加する； （ｒ）変換遅延時間及び前記回路中の過渡現象静定時間
   だけ待つ； （ｓ）前記測定演算増幅器及び精密直流検出器を使用し
   て試験対象の前記DACの前記出力電流を測定して、測定
   結果を生成する； （ｔ）前記印加されたビット・パターンを１ビットずつ
   ０から１または１から０に変えながら前記ステップ
   （ｑ）ないし（ｓ）を繰り返す； （ｕ）前記２つのビット構成の差を計算することによっ
   て前記測定された結果を評価する； （ｖ）前記ステップ（ｑ）ないし（ｕ）を繰り返すこと
   によって所与の低位ビット構成の各々をテストする。