Digitális kártyák vizsgálata TESTOMAT-C" mérőautomatán
N A G Y SANDOR ZOLTAN F R I G Y E S IVAN
BHG
BEVEZETÉS Az elektronikus t e r m é k e k minőségét alapvetően az alapanyagok tulajdonsága, a gyártástechnológia m ű szaki színvonala és a vizsgálati módszerek összessége szabja meg. Napjainkban, amikor a kvázielektronikus telefon központok jórészt digitális integrált á r a m k ö r ö k e t tar t a l m a z ó panelokból épülnek fel, a panelvizsgálati módszereknek is alkalmazkodniuk kell az új techni kához. A mérendő N Y Á K - l a p o k bonyulultsága — amely a jövőben még i n k á b b növekedni fog — m e g k ö veteli automatikus mérőrendszerek a l k a l m a z á s á t . A digitális integrált á r a m k ö r ö k e t tartalmazó N Y Á K - l a p tesztelése során elvégzendő mérések a k ö vetkezők : — A funkcionális vizsgálat a logikai változó m é rését jelenti az ál l ap o t t áb l a v. utasításkészlet alapján. A mérés információt ad a panel funk cionális működéséről beállítható peremfeltéte lek mellett (hőmérséklet, tápfeszültségválto zás.) A funkcionális vizsgálattal ellenőrizhető t e h á t a logikai m ű k ö d é s . — Statikus p a r a m é t e r e k ellenőrzése alatt a logi kai v á l t o z ó k a t jelentő feszültségszintek mérését értjük terhelés mellett. Ezek a vizsgálatok pon tos feszültség és á r a m m é r é s elvégzését igénylik állandó á r a m i l l . feszültség mellett. — A dinamikus vizsgálat a logikai szint változása kor megjelenő impulzusok p a r a m é t e r e i n e k m é rését jelenti. A piacon sokféle, intelligens, j ó műszaki p a r a m é t e rekkel rendelkező automata vizsgálóberendezés talál h a t ó . P l . Membrain rendszer, Flash, Testomat stb. A vásárlásnál azonban ésszerű kompromisszumot kellett találni az ár és a minőség k ö z ö t t , figyelembe véve a devizával való takarékosságot is. A B H G illetékesei a SZTAKI-ban kifejlesztett „ T e s t o m a t - C " mérőberendezés mellett d ö n t ö t t e k . (1. ábra).
1. A „ T E S T O M A T - C " M É R Ő A U T O M A T A R Ö V I D ISMERTETÉSE A „ T e s t o m a t - C " berendezés off-line ü z e m m ó d b a n GO—NOGO vizsgálatokat végez. Az automata a vezérlőprogram alapján megállapít ja, hogy hibátlan-e a vizsgálat alatt álló panel. H i b á s Híradástechnika
XXXII.
évfolyam 1981. 6. szám
B 126-1 1. ábra. A Testomat-C" m é r ő a u t o m a t a panel esetén a hiba behatárolása m a n u á l i s a n t ö r t é nik. A vizsgálóprogramokat egy CDC 3300 nagyszámí tógép segítségével állítjuk elő. A rendszert, on-line üzemben egy kisszámítógép ve zérli, melynek segítségével a hibajelzésen kívül m ó d van automata hibalokalizációra is. A m é r ő a u t o m a t a tesztrendszerű v i z s g á l a t o k a t hajt végre. A következő folyamatok t ö r t é n n e k ciklikusan: adatbevitel, egy teszt végrehajtása, ( b e m e n ő feltéte lek előállítása és kimenő p a r a m é t e r e k mérése), majd a következő tevékenységciklus m e g h a t á r o z á s a , amely az információfeldolgozástól függ. 221
2. V I Z S G Á L A N D Ó Á R A M K Ö R Ö K ÉS A VIZSGÁLATOK MEGVALÓSÍTÁSÁNAK MÓDJAI A telefontechnikai á r a m k ö r ö k közül a l a p v e t ő e n az i t t is mind jobban t é r t h ó d í t ó T T L i n t e g r á l t á r a m k ö rökből felépülő N Y Á K - l a p o k teljes vizsgálata volt a feladat. Ebbe a körbe a logikai funkciókat ellátó á r a m k ö r ö k , a m e m ó r i á k , valamint a vizuális kijel zők és egyéb digitális á r a m k ö r ö k tartoznak. Bonyo lultságuk m i a t t a teljes vizsgálat csak automatikus ú t o n lehetséges, mert csak így lehet megvalósítani t ö b b száz, esetleg t ö b b ezer vizsgálati lépést.
2.1. Logikai á r a m k ö r ö k A logikai á r a m k ö r ö k bemérésénél az a k ö v e t e l m é n y , hogy üzemi k ö r ü l m é n y e k e t szimulálva ellenőrizzük a logikai funkciókat és a dinamikus m ű k ö d é s t a ter vezők által előírt feltételek szerint. A vizsgálat négy a l a p v e t ő p a r a m é t e r mérésére terjed k i . — A z á r a m k ö r ö k logikai működésének vizsgálata a legalapvetőbb feladat. A bemeneti kapocs pontokra megfelelő kombinációt generálva, a kimeneti válaszjelek adnak információt a m é r t á r a m k ö r helyes vagy helytelen működéséről. Ebben a vizsgálatban a d u r v á b b h i b á k derül
nek k i . Ilyenek az alkatrészhibák forrasztásá ból eredő zárlatok stb. A gép alapkiépítése olyan, hogy azok az analóg jellegű mérések is elvégezhetők, amelyek célja a N Y Á K - l a p o k o n lévő passzív elemek vizsgá lata, í g y például az ellenállásokat á r a m g e n e r á tor és feszültségkomparátor segítségével lehet tetszőleges t ű r é s h a t á r o k mellett m é r n i . Egy egyszerű RC tag esetén a k o n d e n z á t o r fe szültségének változása — amely exponenciális jellegű — ú n . „ k e t t ő s m i n t a v é t e l e z é s " t í p u s ú méréssel k ö v e t h e t ő . Ezekben az esetekben az első mintavételi i d ő p o n t a görbe kezdeti szaka szára esik, a második m i n t a v é t e l pedig a vég érték közelében van. A mérési e r e d m é n y n e k természetesen különböz n i kell egymástól. — A m ű k ö d t e t é s i és mérési sebesség v á l t o z t a t á s á val a logikai funkciókon kívül a m é r e n d ő á r a m kör dinamikai tulajdonságait lehet vizsgálni. A bemeneti változásokra adott válaszjelek m é rése tetszőleges i d ő p o n t b a n t ö r t é n h e t , a beme netekre többfázisú órajel csatlakozhat. Ez a vizsgálat a legtöbb esetben szigorúbb, m i n t ami üzemi körülmények k ö z ö t t előfordul hat. Olyan h á l ó z a t o k n á l , amelyeknél a bekapcso lás u t á n bizonytalan, előre nem m e g h a t á r o z h a t ó
Kézi vezérlő egység
Logikai jelgenerátorok (192 dbl Reed relés Vizsgálan dó kártya
kapcso ló mező
Adatfeldolgozó egység
Mérőkörök (192db) Impulzusgenerátorok (3 db) — Impulzusdetektor (1db J Impulzus számláló(1 db) Statikus méróegység lldb) Programozható tápegységek
Üzemvezérlő egység
'
J
Tesztvég rehaj tó egység
•
Beviteli egység
Lyuksza lag olvasó
Memória
Kijelzőmezö
Kezi beviteliegység
1B 126-21
2. ábra. A „ T e s t o m a t - C " m é r ő a u t o m a t a vázlatos felépítése off-line üzemmódban
228
Híradástechnika
XXXII.
évfolyam 1981. 6. szám
állapot következik be, úgynevezett kereső m é réssorozattal lehet egy stabil állapotba el j u t n i . Ez történik például egy olyan számláló á r a m k ö r esetén, amelynek nullázó bemenete a mérés számára nehezen hozzáférhető belső pont. Kereső ü z e m m ó d b a n a gép egyesével ad óraje leket mindaddig, amíg a k í v á n t állapotba nem j u t az á r a m k ö r . — A program biztosítja, hogy méréskor a gép csak olyan logikai szinteket fogadjon el, amelyeket a katalógusok g a r a n t á l n a k , t e h á t a 0,4 és a 2,4 V közötti értékek normál T T L á r a m k ö r ö k n é l hibásak. Megjegyzendő, hogy a Testomat ide ális jeleket generál, és nagy impedanciával mér, t e h á t nem Worst-case esetet állítunk be, de ha ez szükségessé válna, nincs elvi a k a d á l y a olyan s e g é d k á r t y á k alkalmazásának, amelyekkel a kimeneteket 10 egységterheléssel zárjuk le. — A teljes vizsgálat egymás u t á n háromszor fut végig a tápfeszültség névleges 5 V-os és a t t ó l + / — 5 %-ra eltérő értékein. Ez biztosíték arra, hogy a m é r t á r a m k ö r üzemi körülmények k ö z ö t t a tápfeszültség k i s m é r t é k ű ingadozása el lenére is jól fog m ű k ö d n i .
2.2. Memóriák vizsgálata (RAM) Az írható-olvasható n a g y k a p a c i t á s ú t á r a k mérése a z é r t jelent p r o b l é m á t , mert a t á r c a k a p a c i t á s s a l a vizsgálati lépések száma rohamosan növekszik. A R A M t á r a k vizsgálati módszereinek kiterjedt irodal ma van. Sok elmélet született a memória tokok belső h i b á i n a k felderítésére, amelyek az optimumot igye keznek megtalálni a minél alaposabb vizsgálat és a még gyakorlatban kivitelezhető lépésszám között. Jelen berendezésünkkel elméletileg elvégezhető a 2 Kbyte-os memória k á r t y á i n a k teljes vizsgálata, csak a programhordozó lyukszalag lenne t ú l hosszú, ami nem férne el az automata m e m ó r i á j á b a n , így lehetetlenné válna a sorozatos vizsgálat. E z é r t a tel jesség igénye nélkül a jelenlegi vizsgáló program, mely k é t részből áll, csak a durva h i b á k kiszűrésére szolgál. A vizsgálat első felében a logikai á r a m k ö r ö k h ö z hasonló módon az esetleges fólia, forrasztási és egyéb alapvető, egyszerűbb tokszintű h i b á k felderítése tör ténik meg. A címzővezetők N Y Á K - l a p o n való szaka dása vagy zárlata az alábbi vizsgálatból t ű n i k k i : -
Logikai „ 0 " - t írunk az 0., 1., 2., 4., 8., 16., 32., 64., 128., 256., 512., sorokba és megmérjük ezeket. — Logikai „ l " - t írunk az 1. sorba és mérjük ezt, majd mérjük a 0. sort, hogy ott m é g logikai „ 0 " van-e. H a szakadt vagy zárlatos ez a címvezeték, akkor nincs különbség a 0. és 1. sor k ö z ö t t , t e h á t az előző i n formáció felülíródik, elvész. Ezen az elven a többi címzővezeték hibája is lokalizálható oly módon, hogy sorban mindegyik címre logikai „ 1 " kerül beírásra, és minden lépés u t á n a 0. sor információját is k i o l vassa a gép. Híradástechnika
XXXII.
évfolyam 1981. 6. szám
A vizsgálat második felében a R A M tokok teljes á t m o z g a t á s a történik. S a k k t á b l a beírásával az eset leges totális cellahibák vagy címző áramköri h i b á k fedhetők fel. A s a k k t á b l a úgy áll össze, hogy a páros sarokba „ 0 " - t , a p á r a t l a n o k b a „ l " - t ír a gép és ellen őrzi a beírás helyességét, majd fordítva is előállítja ugyanazt a m i n t á t . Végül teljesen törölt R A M mező be soronként ír „ l " - t m i u t á n ellenőrizte, hogy előző leg ezen a címen logikai „ 0 " volt. Ez a vizsgálat is kiterjed a teljes R A M területre. M i n t m á r e m l í t e t t ü k , elképzelhető, hogy a gépről lekerülnek nem teljesen h i b á t l a n k á r t y á k is ( b á r na gyon kis számban), de ezek az úgynevezett „intelli gens" h i b á k is kiderülnek a végső központvizsgálat nál.
2.3. Vizuális kijelzők Ide tartoznak az alfanumerikus kijelzők, fénydiódák, valamint az ezekből felépített kijelző mezők. E vizs gálatoknál az automata csak a vezérlő szerepét látja el, az ellenőrzés a dolgozó feladata, így nem küszöböl h e t ő k i a szubjektív megítélés. A vezérlő programnak ezért olyannak kell lennie, hogy az előforduló hiba a legszembeötlőbb legyen, figyelembe véve az emberi szem tulajdonságait. K é t tényező befolyásolja a felvillanások, vagy á b raváltozások ü t e m é t . Ezek egyike a m á r előbb emlí t e t t , ez emberi szem változásokra való reagálása, vagyis hogy milyen sűrű információ változást képes biztonsággal felismerni egy adott szituációban a vizs g á l a t o t végző személy. A felső i d ő h a t á r t az a gyakor lati szempont korlátozza, hogy az egész vizsgálat ne legyen t ú l hosszú, egyrészt mert a gép sok idejét k ö t n é le, másrészt pedig a t ú l lassú, de mégis állandó f i gyelmet követelő m u n k á k a dolgozót jobban igénybe veszik, koncentráló képessége hamarabb csökken. E k é t t é n y e z ő t figyelembe véve a vizsgálat ü t e m é t 1 másodpercre v á l a s z t o t t u k . Ez az idő elegendő a k á r 10 db, alfanumerikus kijelző működésének ellenőr zéséhez is, ha azok egymás mellett vannak és ugyan azt a számot illetve b e t ű t m u t a t j á k . A hibás kijelzés tapasztalataink alapján nagyon szembetűnő. A vizs gálat úgy fejeződik be, hogy mindegyik kijelző sor rendben m á s számot mutat, és ez tetszőleges ideig szemlélhető. Hasonló meggondolásokból egy 1 0 x l 0 - e s fénydiódás m á t r i x ellenőrzésénél nem egyesével villantjuk fel a 100 db. L E D - t , hanem e g y m á s u t á n az oszlopo kat, majd sorokat, így a mérés ideje egyötödére csök ken. Az ilyen lehetőségeket is úgy kell kihasználni, hogy a vizsgálat kiterjedjen az á r a m k ö r minden r é szére. B á r az ilyen programok megírása jóval t ö b b időt vesz igénybe, a tapasztalat szerint ez megéri a fáradságot.
2.4. Nem TTL színtű digitális áramkörök vizsgálata A telefontechnikai berendezésekben sok olyan á r a m k ö r fordul elő, amelyek m ű k ö d é s ü k e t tekintve digi tálisak, de nem T T L szinten üzemelnek. Ezek közül t ö b b e t bonyolultságuk m i a t t automatikus vizsgá latnak kellett alávetni. Mivel a „ T e s t o m a t - C " T T L
229
szintekkel m ű k ö d i k , s z i n t a d a p t á l á s t kell végezni oly módon, hogy az automata és a mérendő panel közé feszültségátalakító adaptert i k t a t u n k . Ez k é t fela datot l á t el. Először is a mérendő jeleket T T L szin tekre osztja (vagy T T L jeleket emeli tetszőleges fe szültségekre), másodszor biztosítja a Testomat védel m é t , hibákból (esetleg kezdeti programhibákból) ere dő túlfeszültségek, t ú l á r a m o k ellen. Egy adapter annyi elemi á r a m k ö r b ő l áll, a h á n y ka pocspontos a mérendő panel(kb. 120). Minden ilyen nem T T L szintű digitális panelnek van egy saját adap tere önálló dobozban és egy kábelköteg (sodrott ve zetékekből), amely összeköti a m é r ő a u t o m a t á v a l . Ezen vezetékeken csak T T L á r a m o k folynak. A mérendő panel tápfeszültségeit a Testamat állítja elő + / — — 24 V - i g , vagy külső stabilizált, á r a m k o r l á t o z o t t tápegységet alkalmaznak. A m é r ő a d a p t e r á r a m k ö r ö k t u l a j d o n k é p p e n egyszerű feszültségosztók. H a pozi t í v feszültséget kell leosztani az alsó ellenállás ( R ) a földre kapcsolódik, ha negatív feszültséget kell pozi t í v t a r t o m á n y b a n húzni akkor az osztó alsó tagja a + 5 V-ra kapcsolódik. É r t é k ü k kohmos nagyságrend ben van, így semmilyen k ö r ü l m é n y e k k ö z t sem foly hat olyan nagy á r a m , ami t ö n k r e t e h e t n é az automata mérőköreinek védődiódáit, esetleg a belső á r a m k ö r ö ket (3. ábra).
merendő
odapier
TESTCMAT
adapter
merendő rB126-«1
3. ábra. Mérő adapteráramkörök OV
-48V < Ub^5V
be
I8kft
[jRi
0V
<
P]R
R2 3,3kft
UkQ.
T—0V
4.7ka
Íf5V
2
A logikai jeladók T T L szintekkel vezérelt P N P vagy N P N tranzisztoros inverterek, 8,2 kQ-os b á zisellenállással, és esetenként soros kollektorellenál lással. Az elválasztó tranzisztorok és ellenállások e g y ü t t biztosítják a teljes védelmet. Olyan esetekben, ahol T T L á r a m k ö r ö k e t kell m ű k ö d t e t n i vagy mérni, szintén van elválasztó tranzisztoros inverter (4. ábra) vagy soros 1,5 kQ-os ellenállás. Az adapterek h a s z n á l a t á v a l a gép maximális m ű ködési sebessége csökken, egyrészt az alkalmazott tranzisztorok határfrekvenciája, másrészt a viszony lag hosszú, mintegy 1 méteres vezeték m i a t t . Mivel a nem T T L színtű digitális panelek a telefonközpontok ban b e t ö l t ö t t szerepük szerint nem igényelnek gyors m ű k ö d é s t , az adapter nem befolyásolja jelentősen a mérést. (5. ábra).
2.5. Vonaladó és vonalvevíí áramkörök vizsgálata A digitális panelok egy részében SN 75110 és /vagy SN 75107 vonaladó, illetve vonalvevő á r a m k ö r ö k ta lálhatók. Ezen N Y Á K - l a p o k Testomaton t ö r t é n ő vizsgálata nehézségekbe ütközik, mivel a vizsgáló automata felépítése olyan, hogy T T L szinteket ad, illetve T T L szinteket érzékel ( m é r ) asszimetrikus m ó don. Ahhoz t e h á t , hogy a v o n a l a d ó k a t és vonalvevő ket t a r t a l m a z ó N Y Á K - l a p o k a t is a „ T e s t o m a t - C " be rendezésen tudjuk vizsgálni, szükséges a m é r ő a u t o mata kiegészítése oly m ó d o n , hogy képes legyen szim metrikus feszültségek leadására és mérésére. Ezt a feladatot látja el egy vonalillesztő adapter, amely a Testomat kiegészítő egysége lesz bizonyos N Y A K lapok mérésekor. Az a d a p t e r k á r t y a vonalvevő és vonaladó á r a m k ö r ö k e t tartalmaz a kiegészítő elemekkel e g y ü t t . A mérendő panel nem közvetlenül kapcsolódik a mérőberendezéshez, hanem ezen az a d a p t e r k á r t y á n
230
4. ábra. Logikai jeladók keresztül oly módon, hogy p l . a m é r e n d ő panelen levő egy vonaladó kimenete az a d a p t e r k á r y á n lévő vonalvevő bemenetéhez csatlakozik. í g y a „ T e s t o mat-C" végeredményben T T L szintekkel dolgozhat a vonaladó és vonalvevő á r a m k ö r ö k tesztelésekor is.
3. A H I B Á K J E L L E G E É S A V I Z S G Á L A T GYORSASÁGÁT M E G H A T Á R O Z Ó T É N Y E Z Ő K A vizsgálóprogram lefutásának ideje á l t a l á b a n 5—6 másodperc, bizonyos esetekben, például ha a panel vizuális kijelzőket tartalmaz, 30 másodperc. A fel csatlakozási időket is felszámítva k b . 1 percig t a r t egy jó panel vizsgálata. Rossz á r a m k ö r esetén a hibák jellegétől függően a tesztelési idő természetesen megnövekszik. A z elő forduló hibák a gyakoriság sorrendjében a k ö v e t k e zők: — — — — —
fóliahiba ( s z a k a d á s , zárlat) forrasztási hiba beültetési hiba alkatrész hiba egyéb
A h i b a b e h a t á r o l á s gyorsasága h á r o m tényezőtől függ: — á r a m k ö r bonyolultsága — a program hatékonysága — a vizsgálatot végző személy s z a k t u d á s a . Az á r a m k ö r bonyolultsága a t t ó l függ, hogy a pa nelon lévő egy a d a t ú t bemeneti és kimeneti pontja k ö z ö t t h á n y alkatrész található. B o n y o l u l t á r a m k ö r esetén a legegyszerűbb szakadási hiba behatárolása is p r o b l é m á t okoz, mert a programozó s z á m á r a a bel ső pontok csak IC szonda segítségével érhetők el. Ekkor természetesen a programozás v á l i k hosszad a h n a s a b b á , ezenkívül a vizsgálatot végző személy nek is t o v á b b t a r t egy panel tesztelése a gyakori szondahasználat miatt. ( Á szondával vagy szondák kal t ö b b tokra kell e g y m á s u t á n felcsatlakozni, és ezekben az időközökben a vizsgálat szünetel.) A szonHíradástechnika
XXXII.
évfolyam 1981. 6. szám
d á k nehézkes használata m i a t t jelentkezett az igény egy olyan adapter kifejlesztésére, amely segítségével a vizsgálandó panel belső pontjai is k ö n n y e n elérhe tők. 4. A F E J L Ő D É S TÁVLATAI A „ T e s t o m a t - C " 192 kapocsponton t u d egyidőben je let mérni vagy generálni. Előfordul azonban, hogy ez a szám nem elegendő, mert egy olyan félig beülte tett N Y Á K - l a p o t kell vizsgálni, amelyben a mérendő pontok száma esetleg t ö b b száz, és ezek a nyomtatott á r a m k ö r i lap belsejében vannak. Ide a későbbiek so rán kerülnek be m á s , nem digitális á r a m k ö r ö k , miu t á n méréssel meggyőződtünk róla, hogy a T T L á r a m körökkel részben b e ü l t e t e t t alap N Y Á K - l a p h i b á t lan. P é l d á n k szerint egy 128 kapocspontos á r a m k ö r i lap 240 belső p o n t j á t kell megvizsgálni. A 128 kapocs pontot közvetlenül össze kell k ö t n i a „ T e s t o m a t - C " vel, így annak a fennmaradó 64 k a p o c s p o n t j á t hasz n á l h a t j u k fel a 240 belső pont mérésére. Ez időosztá sos m ó d o n lehetséges. Olyan á r a m k ö r r e van szükség, amely például egyszerre 60 m é r e n d ő pont információ j á t j u t t a t j a el a géphez, majd u t á n a másik hatvanat ugyanazon m é r ő p o n t o k r a , és így t o v á b b . A fennma r a d ó 4 kapocspont oldja meg az időosztásos m ű k ö dést, így max. 16X60 kapocspont m é r h e t ő e g y m á s u t á n . Ez egyszerű T T L k a p u á r a m k ö r ö k k e l vagy m u l tiplexerekkel megvalósítható, de jobb megoldás, ha analóg MOS multiplexereket alkalmazunk. Ezek a MOS á r a m k ö r ö k a 4000-es sorozatból ma m á r ugyan olyan általánosan elterjedtek, mint a T T L á r a m k ö r ö k és alkalmazásuk t ö b b előnnyel j á r : A kiépítés egyszerű, hiszen csak egymás mellé kell
| B 126-5
5. ábra. Adapter a QA96/MRK alközpont NYÁK-lapjaihoz rakni p l . 4051-es tokokat, címzővezetékükkel össze k ö t v e , és kész a 8-ról l-re kapuzás. Ezen túl az az előny is megvan, hogy a m é r t szinteket nem változ tatjuk meg, és az egész á r a m k ö r oda-vissza átlátszó, így esetleg generálni is lehet logikai jeleket adott bel ső pontokra. Ezt csak a 12 V-os tápfeszültségnél jel lemző mintegy 80 O-os ellenállás korlátozza, de 2—3 bemenet p á r h u z a m o s vezérlése m á r nem ütközik ne hézségbe. Az á r a m k ö r T T L kompatibilis, végül nem utolsó szempont az sem, hogy a MOS multiplexerek fogyasztása nagyon kicsi, t e h á t külön tápegység al kalmazása nem szükséges. A mechanikai csatlakozást egy fix t ű á g g y a l kívánjuk megoldani.