TWI815345B

TWI815345B - 印刷電路板阻抗檢測裝置

Info

Publication number: TWI815345B
Application number: TW111108800A
Authority: TW
Inventors: 許哲嘉; 吳育誠
Original assignee: 興城科技股份有限公司
Priority date: 2022-03-10
Filing date: 2022-03-10
Publication date: 2023-09-11
Also published as: TW202336447A

Abstract

一種印刷電路板阻抗檢測裝置，包含一控制器、一電壓偵測器、一偵測電阻、一預充電開關及一開關電路；該控制器控制該預充電開關以使該開關電路之寄生電容被一預充電電壓供應裝置所提供之一預充電電壓充電一預充電時間；該控制器藉由該電壓偵測器偵測並得到該偵測電阻之一偵測電壓；該控制器判斷該偵測電壓以判斷一印刷電路板之一檢測阻抗之一電阻值與一預設電阻值的關係。

Description

印刷電路板阻抗檢測裝置

本發明係有關於一種阻抗檢測裝置，特別是一種印刷電路板阻抗檢測裝置。

請參考圖1，其係為相關技術之印刷電路板阻抗檢測裝置之簡易電路方塊圖；在印刷電路板製作完成之後，印刷電路板有許多的線路，為了檢測該些線路是否有依照設計被佈置製作，因此需要檢測該些線路之間的阻抗是否有異常(例如，檢測是否存在不該連接的卻連接的狀況，或是檢測應該連接的卻沒有連接的狀況)；此時，會利用圖1的電路原理(亦即，利用歐姆定律)以計算當下所檢測的兩條線路的阻抗(亦即，圖1當中的檢測阻抗204的阻值)以判斷是否有異常。其中，在圖1當中，檢測電壓供應裝置30提供檢測電壓302，而偵測電阻106具有偵測電壓114(亦即，跨壓)。

其中，上述圖1的電路原理為：檢測阻抗204的阻值=檢測阻抗204的跨壓/電流=(檢測電壓302-偵測電壓114)/電流=(檢測電壓302-偵測電壓114)/(偵測電壓114/偵測電阻106的阻值)；其中，該檢測電壓302及該偵測電阻106的阻值皆為已知，而利用一電壓偵測器(未示於圖1)即可偵知該偵測電壓114，因此可以計算出該檢測阻抗204的阻值，藉以判斷該檢測阻抗204的阻值是否有異常。

請參考圖2，其係為相關技術之印刷電路板阻抗檢測裝置50之一例子之電路方塊圖；圖2所示之元件與圖1所示之元件相同者，為簡潔因素，故於此不再重複其敘述。承上所述，在印刷電路板20製作完成之後，因為印刷電路板20有許多的印刷電路板線路202需要檢測，所以會利用如圖2所示的複數之上側開關116及複數之下側開關118進行切換以檢測；其中，虛線箭頭表示電流方向。請參考圖3，其係為相關技術之印刷電路板阻抗檢測裝置50之另一例子之電路方塊圖；圖3所示之元件與圖2所示之元件相同者，為簡潔因素，故於此不再重複其敘述。

承上所述，在該些上側開關116及該些下側開關118切換完成之後，整體電路應該要立即地達到穩態，藉以利用上述圖1的電路原理以檢測該檢測阻抗204的阻值是否有異常；然而，實際上，在該些上側開關116及該些下側開關118切換完成之後，整體電路卻仍要等待一段時間(例如等待1.2毫秒)才能達到穩態，因此整體的檢測時間將會非常的冗長。

請復參考圖2及圖3，該些開關(尤其是該些下側開關118)為了能夠耐高壓(亦即，承受高的該檢測電壓302，例如10伏特至300伏特)，該些開關都是採用高壓製程所製造，因此產生了寄生電容112，且經實驗推估得知寄生電容112的容值大約為5nF(容後詳述)，而因為該檢測阻抗204的阻值都很大(例如1M歐姆以上)，所以會導致寄生電容112需要充電很久才能達到穩態(穩態才能利用前述圖1的電路原理以計算出該檢測阻抗204的阻值)，此即為整體的檢測時間(亦即，檢測是否存在不該連接的卻連接的狀況，或是檢測應該連接的卻沒有連接的狀況)非常的冗長的原因。

其中，可進行以下三個實驗以推估得知寄生電容112的容值：第一個實驗只採用上側開關116但不使用下側開關118，在上側開關116由不導通變為導通後，觀察該偵測電壓114的電壓波形可發現只需1.5微秒即可達到穩態；第二個實驗採用上側開關116及下側開關118，但下側開關118一直為導通，在上側開關116由不導通變為導通後，觀察該偵測電壓114的電壓波形可發現需要1.2毫秒才能達到穩態；第三個實驗只採用上側開關116但不使用下側開關118，並且該偵測電阻106並聯連接一個5nF的電容，在上側開關116由不導通變為導通後，觀察該偵測電壓114的電壓波形可發現需要1.2毫秒才能達到穩態。因此，由以上三個實驗可推估得知寄生電容112大約為5nF。

為解決上述問題，本發明之目的在於提供一種印刷電路板阻抗檢測裝置。

為達成本發明之上述目的，本發明之印刷電路板阻抗檢測裝置係應用於一印刷電路板及一預充電電壓供應裝置，該印刷電路板包含複數之印刷電路板線路，該些印刷電路板線路形成一檢測阻抗，該印刷電路板阻抗檢測裝置包含：一控制器；一電壓偵測器，電性連接至該控制器；一偵測電阻，電性連接至該電壓偵測器；一預充電開關，電性連接至該控制器、該電壓偵測器及該偵測電阻；及一開關電路，電性連接至該控制器、該電壓偵測器、該偵測電阻及該預充電開關，其中，該開關電路具有複數之寄生電容；該控制器被配置為控制該預充電開關以使該些寄生電容被該預充電電壓供應裝置所提供之一預充電電壓充電一預充電時間；該控制器被配置為藉由該電壓偵測器偵測並得到該偵測電阻之一偵測電壓；該控制器被配置為判斷該偵測電壓以判斷該檢測阻抗之一電阻值與一預設電阻值的關係。

本發明之功效在於快速地判斷製造好的印刷電路板是否有異常。

為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得到深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

10:印刷電路板阻抗檢測裝置

20:印刷電路板

30:檢測電壓供應裝置

40:預充電電壓供應裝置

50:相關技術之印刷電路板阻抗檢測裝置

102:控制器

104:電壓偵測器

106:偵測電阻

108:預充電開關

110:開關電路

112:寄生電容

114:偵測電壓

116:上側開關

118:下側開關

202:印刷電路板線路

204:檢測阻抗

302:檢測電壓

402:預充電電壓

S02:步驟

S04:步驟

S06:步驟

S08:步驟

S10:步驟

S12:步驟

S14:步驟

S16:步驟

t1:第一時間點

t2:第二時間點

圖1為相關技術之印刷電路板阻抗檢測裝置之簡易電路方塊圖。

圖2為相關技術之印刷電路板阻抗檢測裝置之一例子之電路方塊圖。

圖3為相關技術之印刷電路板阻抗檢測裝置之另一例子之電路方塊圖。

圖4為本發明之印刷電路板阻抗檢測裝置之簡易電路方塊圖。

圖5為本發明之偵測電壓之一實驗電壓波形圖。

圖6為本發明之偵測電壓之另一實驗電壓波形圖。

圖7為操作本發明之印刷電路板阻抗檢測裝置之方法流程圖。

圖8為本發明之印刷電路板阻抗檢測裝置之一具體實施例之電路方塊圖。

圖9為本發明之印刷電路板阻抗檢測裝置之另一具體實施例之電路方塊圖。

在本揭露當中，提供了許多特定的細節，以提供對本發明之具體實施例之徹底瞭解；然而，本領域技術人員應當知曉，在沒有一個或更多個該些特定的細節的情況下，依然能實踐本發明；在其他情況下，則未顯示或描述眾所周知的細節以避免模糊了本發明之主要技術特徵。茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：請復參考圖2及圖3；如前所述，該些開關(尤其是該些下側開關118)為了能夠耐高壓(亦即，承受高的該檢測電壓302，例如10伏特至300伏特)，該些開關都是採用高壓製程所製造，因此產生了該些寄生電容112，而因為該檢測阻抗204的阻值都很大(例如1M歐姆以上)，所以導致該些寄生電容112需要充電很久才能達到穩態(穩態才能利用前述圖1的電路原理以計算出該檢測阻抗204的阻值)，此即為整體的檢測時間(亦即，檢測是否存在不該連接的卻連接的狀況，或是檢測應該連接的卻沒有連接的狀況)非常的冗長的原因。

針對上述相關技術之缺點，本發明的解決方法及原理詳述如下：請參考圖4，其係為本發明之印刷電路板阻抗檢測裝置之簡易電路方塊圖；首先，本發明利用圖4進行以下實驗：本發明將該檢測阻抗204設置為100M歐姆，將該檢測電壓302設置為10伏特，將該偵測電阻106設置為10K歐姆，將該寄生電容112設置為5nF，將該預充電電壓402設置為0.1伏特；接著，該檢測電壓供應裝置30提供該檢測電壓302，且該預充電開關108被導通一預充電時間(例如20微秒至30微秒)以使該寄生電容112被該預充電電壓402充飽電；其中，因為該預充電電壓402沒有經過該檢測阻抗204，所以該寄生電容112可以快速地充飽電而達到0.1伏特。

承上所述，於是本發明可以得到圖5的電壓波形圖，圖5係為本發明之偵測電壓114之一實驗電壓波形圖。如圖5所示，第一時間點t1之前代表該檢測電壓供應裝置30已提供該檢測電壓302、該預充電開關108已導通了該預充電時間以使該寄生電容112已被充飽電且該預充電開關108剛被斷路，而第二時間點t2減去第一時間點t1(亦即，本文後述之等待時間)等於70微秒；也就是說，在70微秒之後即可偵測到該偵測電壓114下降了百分之十(亦即，0.1-0.09=0.01，0.01/0.1=10%)。亦即，基於該檢測阻抗204設置為100M歐姆以及上述的設定，在該偵測電壓114達到穩態之前，即可偵測到該偵測電壓114下降。

接著，重複上述實驗數次，將該檢測阻抗204依序地設置為小於100M歐姆(例如，80M歐姆、60M歐姆等等…)，而其餘設置及步驟同上，仍然可以類似地偵測到該偵測電壓114在第一時間點t1之後會下降的現象；直到將該檢測阻抗204設置為10M歐姆而其餘設置及步驟同上時，該偵測電壓114在第一時間點t1之後會下降的現象變得不明顯，甚至將該檢測阻抗204設置為小於10M歐姆(例如，1M歐姆)而其餘設置及步驟同上時，該偵測電壓114在第一時間點t1之後會上升，可得到圖6的電壓波形圖，圖6係為本發明之偵測電壓114之另一實驗電壓波形圖。如圖6所示，在第二時間點t2減去第一時間點t1(70微秒)的時間即可偵測到該偵測電壓114上升了百分之百(亦即，0.2-0.1=0.1，0.1/0.1=100%)。亦即，基於檢測阻抗204設置為1M歐姆以及上述的設定，在該偵測電壓114達到穩態之前，即可偵測到該偵測電壓114上升。

從以上實驗可知，基於適當地設置該些設定及步驟，在該偵測電壓114達到穩態之前，可偵測到該偵測電壓114為下降或上升；以上面的實施例而言，如果偵測到該偵測電壓114為下降，則該檢測阻抗204會大於10M歐姆，而如果偵測到該偵測電壓114為上升，則該檢測阻抗204會小於10M歐姆；此處的10M 歐姆為分水嶺，即為本文後述之預設電阻值，且此預設電阻值會隨著不同的該些設定而改變，端視設計者的需求而定。

然而，這種印刷電路板阻抗檢測當中的該檢測阻抗204的阻值都很大(例如1M歐姆以上)，所以本發明係基於該預設電阻值較大(例如10M歐姆)而設計上述該些設定；亦即，基於上面的實施例，如果偵測到該偵測電壓114為下降，則該檢測阻抗204會大於10M歐姆，而該檢測阻抗204大於10M歐姆可被推斷為該檢測阻抗204中的印刷電路板線路是不連接的(即類似所謂的斷路)；如果偵測到該偵測電壓114為上升，則該檢測阻抗204會小於10M歐姆，而該檢測阻抗204小於10M歐姆可被推斷為該檢測阻抗204中的印刷電路板線路是連接的(即類似所謂的短路)。

也就是說，本發明不是在該偵測電壓114穩態之後實際地計算出該檢測阻抗204的阻值以判斷該檢測阻抗204是否有異常(因為這樣的整體的檢測時間會非常的冗長)，而是在該偵測電壓114穩態之前偵測該偵測電壓114為下降或上升以判斷該檢測阻抗204大於或小於該預設電阻值以進一步地判斷該檢測阻抗204是否有異常(該偵測電壓114為下降則該檢測阻抗204大於該預設電阻值，而基於該預設電阻值為10M歐姆，則該檢測阻抗204大於該預設電阻值即類似所謂的斷路；該偵測電壓114為上升則該檢測阻抗204小於該預設電阻值，而基於該預設電阻值為10M歐姆，則該檢測阻抗204小於該預設電阻值即類似所謂的短路)。

請參考圖7，其係為操作本發明之印刷電路板阻抗檢測裝置之方法流程圖；請參考圖8，其係為本發明之印刷電路板阻抗檢測裝置10之一具體實施例之電路方塊圖；請參考圖9，其係為本發明之印刷電路板阻抗檢測裝置10之另一具體實施例之電路方塊圖；圖9所示之元件與圖8所示之元件相同者，為簡潔因素，故於此不再重複其敘述。

如圖8所示，本發明之印刷電路板阻抗檢測裝置10係應用於一印刷電路板20、一檢測電壓供應裝置30及一預充電電壓供應裝置40，該印刷電路板20包含複數之印刷電路板線路202，該些印刷電路板線路202形成一檢測阻抗204，該印刷電路板阻抗檢測裝置10包含一控制器102、一電壓偵測器104、一偵測電阻106、一預充電開關108及一開關電路110，該開關電路110具有複數之寄生電容112，上述該些元件彼此電性連接。如圖9所示，該開關電路110包含複數之上側開關116及複數之下側開關118，上述該些元件彼此電性連接。

請同時參考圖7、圖8及圖9；如圖7所示，操作本發明之印刷電路板阻抗檢測裝置之方法包含以下步驟：

步驟S02：控制該些上側開關116及該些下側開關118以使該些印刷電路板線路202形成該檢測阻抗204。接著，方法進入步驟S04。

步驟S04：導通該預充電開關108。接著，方法進入步驟S06。其中，步驟S04可與步驟S02交換，亦即步驟S04先於步驟S02，或者是兩者同時進行。

步驟S06：不導通該預充電開關108。接著，方法進入步驟S08。其中，導通該預充電開關108及不導通該預充電開關108之間係為一預充電時間。

步驟S08：等待一等待時間。接著，方法進入步驟S10。

步驟S10：偵測並得到該偵測電阻106之一偵測電壓114。接著，方法進入步驟S12。

步驟S12：判斷該檢測阻抗204之一電阻值為大於或小於一預設電阻值。接著，方法進入步驟S14。

步驟S14：是否有下一個該檢測阻抗204需要判斷？如果有，則方法回到步驟S02；如果沒有，則方法進入步驟S16。

步驟S16：結束。

請復參考圖8；該控制器102被配置為控制該預充電開關108以使該些寄生電容112被該預充電電壓供應裝置40所提供之一預充電電壓402充電一預充電時間；該控制器102被配置為藉由該電壓偵測器104偵測並得到該偵測電阻106之一偵測電壓114；該控制器102被配置為判斷該偵測電壓114以判斷該檢測阻抗204之一電阻值與一預設電阻值的關係。

再者，如果該控制器102判斷該偵測電壓114大於該預充電電壓402(例如前述圖6，該偵測電壓114上升)，則該控制器102被配置為判斷該檢測阻抗204之該電阻值小於或等於該預設電阻值；如果該控制器102判斷該偵測電壓114小於或等於該預充電電壓402(例如前述圖5，該偵測電壓114下降)，則該控制器102被配置為判斷該檢測阻抗204之該電阻值大於該預設電阻值。

再者，該控制器102被配置為基於該偵測電阻106及該些寄生電容112決定該預充電時間。該預充電電壓供應裝置40基於該預設電阻值提供該預充電電壓402，該預設電阻值與該預充電電壓402成反比(例如：如果該預設電阻值為10M歐姆(越小)，則該預充電電壓402為0.1伏特(越大)；如果該預設電阻值為20M歐姆(越大)，則該預充電電壓402為0.05伏特(越小))。

請復參考圖9；該檢測電壓供應裝置30傳送一檢測電壓302至該開關電路110。該控制器102被配置為控制該開關電路110之該些上側開關116及該些下側開關118以使該些印刷電路板線路202形成該檢測阻抗204。該控制器102被配置為在該預充電時間加上一等待時間之後，藉由該電壓偵測器104偵測並得到該偵測電阻106之該偵測電壓114。該預充電開關108可為例如但本發明不限定為一電晶體開關，該些上側開關116可為例如但本發明不限定為複數之電晶體開關，該些下側開關118可為例如但本發明不限定為複數之電晶體開關。在本發明之一具體實施例當中，該檢測電壓302係為10伏特，該偵測電阻106係為10K歐姆，該預充電電壓402係為0.1伏特，該預充電時間係為20微秒至30微秒(旨在將該些寄生電容112預先充飽電)，該等待時間係為70微秒，該預設電阻值係為10M歐姆。

再者，該等待時間與該偵測電阻106成正比；亦即，如果該偵測電阻106越小，則該等待時間越短；如果該偵測電阻106越大，則該等待時間越長。該等待時間亦與該檢測阻抗204成正比；亦即，如果該檢測阻抗204越小，則該等待時間越短；如果該檢測阻抗204越大，則該等待時間越長。

再者，該些上側開關116的第一端連接至該檢測電壓供應裝置30，該些上側開關116的第二端連接至該控制器102，該些上側開關116的第三端連接至該些印刷電路板線路202及該些下側開關118的第一端，該些下側開關118的第二端連接至該控制器102，該些下側開關118的第三端連接至該電壓偵測器104、該偵測電阻106及該預充電開關108。該控制器102被配置為導通該些上側開關116當中的其中一個，並且不導通其餘的該些上側開關116，並且不導通最靠近導通的該上側開關116的該下側開關118，並且導通其餘的該些下側開關118，藉以形成該檢測阻抗204。

然以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能限定本發明實施之範圍，即凡依本發明請求項所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍意圖保護之範疇。本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的請求項的保護範圍。綜上所述，當知本發明已具有產業利用性、新穎性與進步性，又本發明之構造亦未曾見於同類產品及公開使用，完全符合發明專利申請要件，爰依專利法提出申請。