Die Kurzschlusslokalisierung auf
Mikroprozessor-Bussystemen und Stromversorgungsschienen ist eine schwierige Aufgabe.
Der Polar Toneohm 950 Kurzschlusslokalisator kann in Kombination mit einer
systematischen Vorgangsweise selbst die verstecktesten Fehler auffinden.
Busfehlertypen
In dieser Applikationsschrift betrachten wir zwei Arten
von Busfehlern — Kurzschlüsse und übermäßige Belastung. Die Vorgangsweise bei
der Lokalisierung von Kurzschlüssen in
Mikroprozessorschaltungen auf Multilayern hängt von der Fehlerart ab.
Kurzschlüsse können als höherohmig oder
niederohmig (kleiner 200mW) und als statisch (permanenter Kurzschluss) oder dynamisch (der Kurzschluss tritt nur am
versorgten Board auf) eingeordnet werden. Die Erreichbarkeit des Kurzschlusses
oder der Belastung (manche Fehler liegen im Inneren oder zwischen einzelnen
Lagen einer Leiterplatte) bestimmt weiters die Vorgangsweise.
Niederohmige Kurzschlüsse
Kurzschlüsse kleiner als 200mW werden gewöhnlich durch
Zinnbrücken zwischen Anschlusspins oder Brücken zwischen Leiterbahnen
verursacht. Diese Kurzschlüsse können durch eine Widerstandsmessung auf wenige
Millimeter genau eingegrenzt werden.
Für Kurzschlüsse zwischen zwei
Busleitungen wählen Sie den 200mW Bereich
und setzen die Prüfspitzen auf die Leiterbahnen. Testen Sie an mehreren Punkten
entlang der Leiterbahn bis der kleinste
Widerstand gemessen wird. (sehr feine Brücken können oft kaum sichtbar unter
Lötstopplack liegen. Verwenden Sie ein scharfes Skalpell um mit einem Schnitt
zwischen den Leiterbahnen den Kurzschluss zu beseitigen.)
Leiterbahn-Strommessung
Ist der Kurzschluss versteckt (z.B. in einem IC) kann der
TONEOHM 950 den Kurzschluss durch eine Strommessung auf der Leiterbahn
lokalisieren. Der 950 misst den Strom über eine Spannungsabfallmessung entlang
der Leiterbahn. Diese Methode ist gut geeignet für höhere Leiterbahnströme und
wird ähnlich der unten beschriebenen Leiterbahn-spannungsabfallmessung
eingesetzt.
Spannungsabfallmessung
Der Stromfluss in einer Busleitung ist normalerweise sehr
gering. In solchen Fällen und bei sehr breiten (niederohmigen) Leiterbahnen ist
der Stromfluss zu klein um mit der Strommessung erfasst zu werden. Sie können
die Spannungsmessung des 950 dazu verwenden, die sehr kleine Spannung entlang
der Busleitung zu messen. Die Spannungsquelle des 950 wird an den
kurz-geschlossenen Strompfad angelegt und der Stromfluss über den Kurzschluss
im Millivoltbereich verfolgt. Betrachten wir die Schaltung unten mit einem
statischen Belastungsproblem auf einer Datenleitung.
Fehlersuche durch
Spannungsabfallmessung
In dieser Schaltung wird die gezeigte Datenleitung durch
einen der ICs belastet. Der 950 zeigt eine Spannung von 1mV zwischen A und B.
Weiter entlang der Leiterbahn wird zwischen C und D nur mehr 0.05mV gemessen.
Dies deutet darauf hin, dass U1 die Busleitung belastet (z.B. defekte
Schutzdiode)
Unzugängliche
Kurzschlüsse
Die Messung des Leiterbahnstroms ist nicht immer
möglich — viele Kurzschlüsse liegen im Inneren der Leiterplatte oder auf dicht
bestückten Boards. In diesen Fällen hilft die kontaktlose Stromfolgerprobe des
950, Kurzschlüsse unter ICs oder auf der Innenlage eines Multilayers zu finden.
Die Spannungsquelle des 950 führt zu einem Stromfluss zwischen den zwei
kurzgeschlossenen Leiterbahnen—der Strompfad kann kontaktlos über das
resultierende Magnetfeld mit der Stromfolgerprobe verfolgt werden. Um
herauszufinden, welcher Baustein eine Busleitung auf Masse zieht, legt man eine
Leitung der Spannungsquelle so nah wie möglich an ein Ende der Busleitung. Die
zweite Leitung der Spannungsquelle wird an Masse gelegt. Führen Sie nun die
Probe entlang der Busleitung bis das Tonsignal verstummt— dieser Punkt liegt
sehr nah am defekten Bauteil. Diese Methode ist auch sehr effizient bei der
Suche nach ICs mit übermäßiger Stromaufnahme.
Lagenschlüsse
Besteht ein Kurzschluss zwischen zwei Lagen oder zwischen
einer Lage und einer Busleitung, wird die PLANE SHORTS-Funktion des 950
eingesetzt. Die meisten Lagenschlüsse liegen in der Nähe einer
Durchkontaktierung und sind daher von der Boardoberfläche zugänglich. Der 950
beinhaltet vier Lagen-Stimulusleitungen welche an die äußersten Ecken der Lage
angeschlossen werden. Eine Sensorleitung wird an die kurzgeschlossene
Busleitung angelegt und die Kurzschluss-Stelle mit einer Lagenprobe
lokalisiert. Kontaktiert man mit der Lagenprobe die Lage, so wird der Bediener
über ein System von Richtungsindikatoren, und Tonsignal zur Kurzschluss-Stelle
geführt. Ist das Kurzschlussgebiet eingegrenzt, werden die Stimulusleitungen
näher an die Kurzschluss-Stelle herangeführt um eine noch exaktere
Lokalisierung vorzunehmen. Obwohl hier Daten- und Adressbusse behandelt wurden,
sind alle Leiterbahnen die mehrfache Punkte auf einem Board verbinden
(Stromversorgungsleitungen) wie Busleitungen zu behandeln.