NL8801835A - Werkwijze en inrichting voor het testen van meervoudige voedingsverbindingen van een geintegreerde schakeling op een printpaneel. - Google Patents

Description

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Werkwijze en inrichting voor het testen van meervoudige voedingsverbindingen van een geïntegreerde schakeling op een printpaneel.

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

De uitvinding betreft een werkwijze voor het testen van meervoudige voedingsverbindingen van een geïntegreerde schakeling op een printpaneel. Verschillende grootschalige geïntegreerde schakelingen worden uitgevoerd met meervoudige voedingsaansluitingen voor nominaal eenzelfde voedingsspanning. Daarbij is dus het aantal voedingsaansluitingen groter dan het aantal voedingsspanningen. Zo heeft de Motorola MC 68010 microprocessor in twee-lijns-omhulling (dual-in-line package) vier voedingsaansluitingen, namelijk twee voor VCC en twee voor een aardpotentiaal GND. In de vierkante "chip carrier" uitvoering zijn beide types voedingsaansluitingen drievoudig uitgevoerd. De geïntegreerde digitale schakeling 80386 van het fabrikaat INTEL Corporation heeft de voedingsaansluiting VCC 20-voudig, de VSS-aansluiting zelfs 21-voudig. Deze meervoudigheid maakt een hogere klokfrekwentie mogelijk doordat de voedingsaansluitingen dan een lagere stroomweerstand of lagere zelfinduktie representeren. Op de geïntegreerde schakeling zelf zijn er voor voedingsaansluitingen betreffende nominaal dezelfde voedingsspanning nu twee mogelijkheden: ze kunnen onderling doorverbonden zijn, bijvoorbeeld middels een geleidingsspoor van aluminium of polysilicium. Het is anderzijds ook mogelijk dat ze niet onderling zijn doorverbonden. Als het aantal groter dan 2 is, kunnen beide mogelijkheden in een enkele schakeling gerealiseerd zijn. De bovengenoemde schakelingen gelden slechts als voorbeeld. In principe kan het geschetste probleem en zijn oplossing ook relevant zijn bij schakelingen voor het verwerken van analoge signalen; in elk geval is de integratietechnologie (bipolair, MOS, etcetera) vergaand indifferent.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

Een geïntegreerde schakeling, die is geplaatst en aangesloten op een printpaneel, zal bij de hoogst toepasbare klokfrekwentie en laagste/hoogste toepasbare temperatuur alleen korrekt funktioneren als ook alle voedingsverbindingen goed verbonden zijn met geleidersporen op het printpaneel. Als onder genormaliseerde kondities wordt gewerkt, zal in veel gevallen de schakeling korrekt funktioneren, met name als de voedingsverbindingen op het substraat van de geïntegreerde schakeling onderling doorverbonden zijn. Het is onder meer een doelstelling van de uitvinding om zonder ingrepen in de funktie van de geïntegreerde schakeling, in de kern of -core- van de schakeling op eenvoudige manier een test uit te voeren op het funktioneel aanwezig zijn van alle voedingsverbindingen, en zonder dat een zogenoemde funktionele test nodig is, een en ander geldende zowel voor een geheel afwezige voedingsverbinding als voor vele kategorieën van gebreken in de voedingsverbindingen, zoals soldeerfouten, onderbroken leidingen en andere. De uitvinding realiseert de doelstelling doordat zij volgens één harer aspekten het kenmerk heeft, dat tussen verschillende voedingsverbindingen bestemd voor nominaal eenzelfde voedingsspanning middels respektievelijke meetleidingen een in de schakeling medegelntegreerde testvergelijkerschakeling wordt geschakeld om in een teststand bij korrekt funktioneren van genoemde voedingsverbindingen een standaardspanningsverschil te detekteren maar boven een kritische afwijking ten opzichte van genoemd spanningsverschil over de meetleidingen een foutsignaal te genereren. De teststand wordt daarbij gerealiseerd doordat de geïntegreerde schakeling een relatief hoog stroomverbruik heeft; dat betekent dus dat geen sluimer (standby)-toestand wordt aangenomen.

De uitvinding betreft tevens een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze, en met name een printpaneel voorzien van een opgemonteerde geïntegreerde schakeling met testmiddelen voor het uitvoeren van bovengenoemde test. Voorts betreft de uitvinding een geïntegreerde schakeling met testmiddelen voor het uitvoeren van bovengenoemde test.

Verdere aantrekkelijke aspekten zijn gereciteerd in onderconclusies.

KORTE BESCHRIJVING VAN DE FIGUREN

De uitvinding wordt nader uitgelegd aan de hand van enkele figuren. Daarin geeft figuur 1 een schematisch beeld van een printpaneel net gemonteerde geïntegreerde schakeling; figuur 2 een elektrisch vervangingsschema van geïntegreerde schakeling en printpaneel; figuur 3 een elektrisch vervangingsschema daarvan ingeval van toepassing van de uitvinding.

BESCHRIJVING VAN DE OMGEVING VAN DE UITVINDING

Figuur 1 geeft een schematisch beeld van een printpaneel net gemonteerde geïntegreerde schakeling. Gedeeltelijk symbolisch stelt 20 daarbij voor de omhulling, bijvoorbeeld een plastic DIL-omhulling. Deze bezit aansluitpennen 26. De pennen zijn gemonteerd, bijvoorbeeld door soldering op printpaneel 28. De eigenlijke geïntegreerde schakeling wordt gesymboliseerd door element 32. Er wordt verondersteld dat de twee getoonde aansluitpennen bestemd zijn voor nominaal dezelfde voedingsspanning. Dit kan een op zichzelf willekeurige spanning zijn, positief, negatief of aardniveau, terwijl de grootte van de voedingsspanning eveneens willekeurig is. Op het printpaneel zijn de aansluitpennen onderling verbonden door een koperverbinding, uitgevoerd als spoor 30. Op zichzelf zijn hiervoor diverse technologieën mogelijk. De weerstand van zo een verbinding ligt in het gebied 5-25 mohm. De pennen 26 zijn middels bonddraden 22 beide doorverbonden met spoor 24. Dit kan zijn uitgevoerd in aluminium volgens éên of andere technologie. Breedte/lengteverhouding van zo een spoor is van de orde W/L - 1/50 = 0.02. De vierkantsweerstand van aluminium is in het algemeen in de buurt van 60 mohm per vierkant. Dit betekent een weerstand voor dat spoor in de orde van 3 ohm. In andere gevallen is dit spoor geheel of gedeeltelijk uitgevoerd in polysilicium. Dit resulteert in een nog grotere spoorweerstand. In bepaalde gevallen zal het spoor onderbroken zijn of afwezig, al dan niet intentioneel: dit levert een weerstand tussen bonddraden 22 als gerealiseerd door de geïntegreerde schakeling afzonderlijk, die in theorie oneindig groot kan zijn; in de praktijk is de weerstand begrensd door lekweerstanden op het substraat, en eventueel door ingangs- respektievelijk uitgangsweerstand van funktionele gedeelten van de geïntegreerde schakeling. De getoonde fysieke realisatie van geïntegreerde schakeling en montage op paneel 28 kan op allerlei wijze gerealiseerd zijn. Oppervlakte-gemonteerde (SMD)-onderdelen, montage middels zo genoemde piggyback-voorzieningen, en andere zijn eveneens mogelijk. Meervoudige voorziening der voedingsaansluitingen kan voor 1, 2, 3 of meer nominale voedingsspanningen zijn voorzien, naast elektrische galvanische aansluitingen kunnen er bijvoorbeeld optische en anderzins ook capacitieve of induktieve aansluitingen voor signalen voorzien zijn.

Figuur 2 geeft een elektrisch vervangingsschema van geïntegreerde schakeling en printpaneel. Op het printpaneel 28 is geïntegreerde schakeling 20 aangebracht, middels twee pennen 34, 36 voor de substraatspanning Vss en twee pennen 38, 40 voor de spanning VDD, hier 5 volt. De vervangingsweerstanden op het printpaneel zijn aangegeven als Rp, die op de geïntegreerde schakeling zelf als Ral.

Het funktionele deel van de geïntegreerde schakeling is schematisch aangegeven als -core- 42, dit wordt door de twee opgemelde spanningen gevoed via eenvoudshalve niet nader aangegeven verbindingen. Er is geabstraheerd van de realisatie van deze voeding op de geïntegreerde schakeling, evenals van verdere aansluitingen van de geïntegreerde schakeling op de buitenwereld. Er is voorts een voedingsbron aangegeven (44). Deze kan al dan niet op het printpaneel aanwezig zijn, de aard van de voeding is irrelevant (net-voeding, batterij, zonnecel, induktieve voeding en andere).

Figuur 3 geeft een elektrisch vervangingsschema van een deel van figuur 2 ingeval van toepassing van de uitvinding. De aansluitingen 34, 36 zijn getoond, evenals de vervangingsweerstanden Rp, Ral, de aansluiting op voedingsbron 44, en de verbindingen met de funktionele kern van de funktie 46, 48. Voorts is aangegeven een vergelijkerschakeling 50. Als beide voedingsverbindingen korrekt funktioneren, zullen in het algemeen de pennen A, B vrijwel dezelfde stroom voeren, bijvoorbeeld 50 mA. In dat geval is het verschil tussen deze stromen slechts een fraktie van de stroom zelf, bijvoorbeeld 10%.

In zulke gevallen is de spanningsval over weerstand Ral (3 ohm) ten hoogste een fraktie van 150 mVolt, de spanningsval die zou optreden als genoemde stroom van 50 mA geheeld de weerstand van 3 ohm zou doorlopen.

Nu is deze spanningsval wellicht in de orde van 15 mVolt. Als één van beide voedingspennen niet funktioneert dan wordt deze spanningsval +150 «Volt of -150 mVolt, afhankelijk ervan, welke voedingspen defekt is. Daarbij wordt verondersteld dat de inwendige weerstand van het funktionele deel 42 in figuur 2 relatief hoog is, zodat de totaalstroom onveranderd blijft. Ingeval de weerstand Ral in polysiliciua is uitgevoerd, zal het spanningsverschil bij aalfunktionerende voedingsaansluiting hoger kunnen zijn. Dit geldt ook als de verbinding in feite niet bestaat (Rp oneindig groot). Dan zal het door de vergelijkerschakeling gedetekteerde spanningsverschil groter kunnen zijn tot maximaal vdd'

Vergelijker 50 kan, bijvoorbeeld in dezelfde technologie als de rest van de geïntegreerde schakeling zijn uitgevoerd als afvraagversterker zoals deze noraaliter aan een data-uitgang van een geheugen (bijvoorbeeld een RAM) gerealiseerd is. Bij voorkeur zal zo een vergelijker dan zowel positieve als negatieve verschilspanningen moeten kunnen detekteren, en bij voorkeur bezit de vergelijkerschakeling een dreapelspanning. Deze wordt gedimensioneerd naar aanleiding van de geïntendeerde stroomafname per voedingsverbinding, in het bovenstaande geval dus bijvoorbeeld bij 75 mVolt. Bij andere waarden van de normale stroom wordt dan de dreapelspanning evenredig hoger of lager. De vergelijkerschakeling 50 bezit een uitgang 52 om een foutsignaal toe te voeren aan een eenvoudshalve niet nader weergegeven verwerkingsschakeling. In een eenvoudige uitvoering bestaat dit foutsignaal uit één bit, die aangeeft "goed" versus "fout". Het kan aéérwaardig zijn om aan te geven wélke van de voedingsverbindingen niet korrekt werkt. Bij twee voedingsverbindingen kan het dan een reekds van twee bits betreffen, aet bijvoorbeeld als kodering: 01 eerste verbinding fout, 10 tweede verbinding fout, 00 beide goed. In dat geval kan de comparator 50 bijvoorbeeld twee paralleluitgangen hebben oa deze signalen tegelijk te produceren. De mogelijkheid dat beide voedingsverbindingen fout zijn wordt verwaarloosd. De verwerkingsschakeling kan deel uitaaken van de geïntegreerde schakeling zelf ofwel separaat zijn opgesteld. Een voordelige oplossing is nog als het uitgangssignaal van vergelijkerschakeling 50 na discriminatie tot 1 bit, respektievelijk tot 2 bits zoals hierboven is beschreven, direkt wordt opgeslagen in een flipflop zoals nader besproken wordt.

Figuur 4 geeft een elektrisch vervangingsschema van een uitgebreidere toepassing van de uitvinding. In dit geval bezit de geïntegreerde schakeling 54 drie voedingsaansluitingen 56, 58, 60 voor een eerste voedingsspanning en drie voedingsaansluitingen 62, 64, 66 voor een tweede voedingsspanning. De voedingsbron 68 is weer aangegeven als een batterij. Tussen de voedingsaansluitingen zijn weer de weerstanden Rp en Ral weergegeven. In de praktijk zullen de weerstanden, bijvoorbeeld Rp, niet steeds dezelfde waarde hebben. Ook zal het vervangingsschema een gekompliceerder netwerk kunnen zijn. De hoofdzaak blijft, dat de vervangingswaarde van dit netwerk tussen twee voedingsaansluitingen een voldoend grote waarde bezit. De schakeling bezit verder drie schakeltransistoren 70, 72, 74 telkens met bijbehorende serieweerstanden 76, 78, 80: eventueel takken als er paren voedingsaansluitingen zijn. In een andere opzet behoeven de drie takken niet parallel te zijn opgesteld: het kunnen er meer zijn, als ze steeds toestaan dat één enkele voedingsaansluiting direkt, en de overige voor nominaal dezelfde voedingsspanning alleen langs een weerstand Ral wordt bereikt vanuit het funktionele deel van de geïntegreerde schakeling. Eenvoudshalve is in dit geval het funktionele deel niet aangegeven. Het kan op willekeurige manier zijn aangesloten tussen de voedingsverbindingen 56..66; de schakeltransistoren realiseren per voedingsaansluiting een selektief aktiveerbare bijna kortsluiting, slechts begrensd door de serieweerstand.

Stel dat transistor 70 doorlaatbaar wordt aangestuurd, terwijl de andere twee transistoren 72, 74 gesperd zijn. Dan zijn er in principe zes spanningsverschillen (drie voor elke voedingsspanning) te vergelijken met een norm. Om de selektie hiertussen te vergemakkelijken is een schakelmatrix 82 aanwezig, die een aantal doorlatend aanstuurbare transistoren op de kruispunten bezit. Voor een eenvoudige opzet zijn alleen die aanwezig die door een ruitvormige figuur zijn aangegeven, De daardoor ontstane konfiguratie kan een uitspraak doen over goed tegenover niet goed funktioneren. Als alle doorlatend aanstuurbare transistoren (ook die welke door een driehoekige figuur zijn aangegeven) aanwezig zijn kunnen alle defekte voedingsverbindingen gedetekteerd en gelokaliseerd worden. Ook behoeft dan de vergelijkerschakeling 84 per aansturingsconfiguratie slechts één enkele bitwaarde af te geven, omdat ook een commutatiemogelijkheid aanwezig is. Eenvoudshalve is in de figuur de besturing van de schakelaars 70 .. 72 en de schakelmatrix 82 niet aangegeven.

Het besturen van de diverse schakelaars en de opslag van de resultaten kan gebeuren met behulp van data flipflops. Deze kunnen worden opgenomen in een schuifregisterketen die voorzien is voor een zogenoemde boundary scan zoals deze beschreven is in de Nederlandse octrooiaanvrage 8502476, overeenkomstige Amerikaanse octrooiaanvrage Serial nummer 902,910 (PHN 11.484). De daar beschreven test op de interkonnektiefunktie biedt ook de benodigde hardware-onderdelen voor het uitvoeren van tests op andere, interne delen van de schakeling. In plaats van testpatronen worden er volgens de onderhavige octrooiaanvrage besturingspatronen serieel aangevoerd, de resultaatpatronen (1 = fout, 0 = goed) worden daarna serieel afgevoerd naar een testevaluator. Een additioneel voordeel van de bovenstaande methode is dat er een direkte diagnose van fouten mogelijk is, welke fouten anders niet of zeer moeilijk te detekteren zouden zijn. De boundary scan test kan nu alle IC-pennen testen. De extra logika kan in de rand van de geïntegreerde schakeling of onder de voedingssporen geplaatst worden.

Claims (11)

1. Werkwijze voor het testen van meervoudige voedingsverbindingen van een geïntegreerde schakeling die is aangebracht op een printpaneel, met het kenmerk, dat tussen verschillende voedingsverbindingen bestemd voor nominaal eenzelfde voedingsspanning middels respektievelijke meetleidingen een in de schakeling medegelntegreerde testvergelijkerschakeling wordt geschakeld om in een teststand bij korrekt funktioneren van genoemde voedingsverbindingen een standaardspanningsverschil te detekteren maar boven een kritische afwijking ten opzichte van genoemd spanningsverschil over de meetleidingen een foutsignaal te genereren.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat ingeval tenminste drie voedingsverbindingen voor nominaal dezelfde voedingsspanning aanwezig zijn, tussen de voedingsverbindingen en de vergelijkerschakeling een selektiemechanisme wordt aangebracht om slechts twee van deze voedingsverbindingen elk met een respektievelijke ingang van de vergelijkerschakeling selekteerbaar te verbinden.

3. Printpaneel voorzien van een opgemonteerde geïntegreerde schakeling met tenminste twee afzonderlijke voedingsverbindingen voor nominaal eenzelfde voedingsspanning, met het kenmerk, dat genoemde afzonderlijke voedingsverbindingen middels respektievelijke meetleidingen toegeleid zijn aan respektievelijke aansluitingen van een in de schakeling medegelntegreerde testvergelijkschakeling om in een teststand bij het overschrijden van een kritische afwijking ten opzichte van een normverschilspanning over genoemde aansluitingen een foutsignaal te produceren op een signaaluitgang van de testvergelijkerschakeling.

4. Geïntegreerde schakeling voorzien van tenminste twee afzonderlijke voedingsverbindingen voor nominaal eenzelfde voedingsspanning, met het kenmerk, dat genoemde voedingsverbindingen middels respektievelijke meetleidingen verbonden zijn met respektievelijke aansluitingen van een in de schakeling medegelntegreerde testvergelijkerschakeling om in een teststand van de geïntegreerde schakeling bij het overschrijden van een kritische afwijking ten opzichte van een normverschilspanning over genoemde aansluitingen een foutsignaal te produceren op een signaaluitgang van de testvergelijkerschakeling.

5. Geïntegreerde schakeling volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de testvergelijkerschakeling een discriminatorschakeling bezit om genoemde kritische afwijking te detekteren, en een daardoor gevoede uitgangsschakeling om een standaard binaire representatie van het foutsignaal te vormen.

6. Geïntegreerde schakeling volgens conclusie 4 of 5, met het kenmerk, dat ingeval tenminste drie voedingsverbindingen voor nominaal dezelfde voedingsspanning aanwezig zijn, tussen de voedingsverbindingen en de testvergelijkerschakeling een selektiemechanisme is aangebracht om slechts twee van genoemde voedingsverbindingen elk met een respektievelijke aansluiting van de testvergelijkerschakeling selekteerbaar te verbinden.

7. Geïntegreerde schakeling volgens conclusie 4 of 5, met het kenmerk, dat in geval voor tenminste twee verschillende voedingsspanningen daartoe strekkende respektievelijke voedingsverbindingen meervoudig zijn uitgevoerd, een verder selektiemechanisme is aangebracht tussen de voedingsverbindingen en de testvergelijkerschakeling om slechts bij eenzelfde voedingsspanning behorende voedingsaansluitingen telkens met een respektievelijke aansluiting van de testvergelijkerschakeling selekteerbaar te verbinden.

8. Geïntegreerde schakeling volgens één der conclusies 4 tot en met 7, met het kenmerk, dat tenminste één genoemd selektiemechanisme een kommutatie-mechanisme bezit om de selektie van twee voedingsverbindingen voor aansluitingen van de testvergelijkerschakeling te inverteren.

9. Geïntegreerde schakeling volgens één der conclusies 4 tot en met 8, met het kenmerk, dat een dataflipflop als gevoed door een uitgang van de testvergelijkerschakeling is voorzien, om middels opname daarvan in een serieel schuifregister een resultaatbit voor externe evaluatie af te voeren.

10. Geïntegreerde schakeling volgens één der conclusies 4 tot en met 9, met het kenmerk, dat een tweede dataflipflop aanwezig is voor opslag van een besturingsbit om genoemde meetleidingen te selekteren, en om middels opname van de tweede dataflipflop in een serieel schuifregister een stuurbit van een externe besturingsinrichting te ontvangen.

11. Geïntegreerde schakeling volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat een derde dataflipflop aanwezig is om een tweede besturingsbit ter selektieve aktivering van enige voedingsverbinding op te slaan, en om middels opname van de derde dataflipflop in een seriële schuifregisterorganisatie een verdere stuurbit van de externe besturingsinrichting te ontvangen.