In-circuit-Test Mit spannungsrichtiger Stimulation zu korrekten Testergebnissen

Mit dem Testsystem pinfox sorgt die Firma Tralec in Reinbek bei Hamburg für Aufmerksamkeit. Pinfox ist ein offenes Konzept für ein automatisches Testsystem. Die Module können an verschiedenen Stellen optimal angeordnet werden, was parasitäre Daten des Testaufbaus positiv beeinflusst. Manfred Buks, Erfinder des pinfox und Andreas Repenning, Geschäftsführer bei Tralec stellen das Verfahren vor.

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Parasitäre Testerdaten beeinflussen maßgeblich die Ergebnisse beim In-Circuit-Test. Die erzielten Testergebnisse sind dann in der Regel unbrauchbar, weil inexakt. „Die meisten verfügbaren Softwarepakete und Generatoren für die Erstellung von Testprogrammen lassen diese parasitären Testerdaten allerdings unberücksichtigt“, kritisieren die Testerexperten von Tralec. Ebenso wenig erfolgt eine Analyse, ob eine Testaufgabe mit den vorhandenen Mitteln überhaupt lösbar ist - anders das Testsystem pinfox.

Das pinfox System ist modular, und der Anwender kann es für die jeweilige Applikation geeignet konfigurieren. Die Eigenschaften der zu prüfenden Bauteile sind dem System entweder bekannt oder sie können einfach implementiert werden. Danach ermittelt pinfox die möglichen Prüfmethoden für jedes Bauteil automatisch und bewertet sie. Es gibt die nötigen Instrumente vor und zeigt eventuelle Abweichungen zwischen den Anforderungen und den Lösungen auf.

Widerstände realistisch messen

Den tatsächlichen Einfluss der parasitären Testerdaten zeigt das einfache Beispiel in Bild 1: Der Widerstand Rx=1kΩ soll bestimmt werden, die Widerstände RN und RG liegen als Reihenschaltung parallel dazu.

Damit der Widerstand RX richtig gemessen werden kann, muss der durch RN und RG fließende Strom kompensiert werden.

Bild 2 zeigt die zwei Verfahren, die hierzu üblicherweise eingesetzt werden. Es handelt sich um die Guardverfahren mit Konstantstrom- oder mit Konstantspannungstechnik.

Idealerweise werden nur die parasitären Widerstände in der Ersatzschaltung mit jeweils 1,0 Ω berücksichtigt. In der Realität sind die Widerstände jedoch komplex und beeinträchtigen das Messergebnis in der Regel stärker.

Die einfache Berechnung ergibt im Fall der Konstantstromtechnik einen Widerstandswert für RX von 920 Ω, was einem Fehler von -8% entspricht. Im Fall der Messmethode mit dem OP wird ein Widerstand von ca. 1.031 Ω gemessen. Das entspricht einem Fehler von ca. +3%. Die Ergebnisse zeigen, dass die parasitären Widerstände das Messergebnis selbst bei einer einfachen Schaltung sehr stark verfälschen.

Eine Matrix mit mehr Messschienen könnte hier Abhilfe schaffen, weil diese die parasitären Einflüsse teilweise kompensieren kann. Eine Lösung mit einer größeren Anzahl von Testnadeln ist aber teuer und angesichts des knappen und kostbaren Platzes auf immer dichter bestückten Leiterplatten nicht optimal.

Messung mit spannungsrichtiger Stimulation

Mit pinfox wird die Messung mit spannungsrichtiger Stimulation ausgeführt (Bild 3). Mit force-sense-Verstärkern in den Mess- und Stimuli-Kanälen werden die parasitären Testerdaten nahezu eliminiert und die Messung liefert ein zuverlässiges, unverfälschtes Messergebnis.

In dieses Ergebnis muss lediglich der Einfluss der Testernadeln mit einbezogen werden, wobei der Widerstand mit 1006,7 Ω errechnet wird. Das entspricht einem Fehler von ca. 0,67%. Auch in Schaltungen mit parallelen Kondensatoren erweist sich die spannungsrichtige Stimulation mit dem pinfox als ausgesprochen leistungsfähig (Bild 4).

Für die Messung eines Widerstandes muss bei herkömmlichen Verfahren der Strom im Kondensator Null sein. Die Messung kann erst nach 5 x der Zeitkonstanten, also nach 5 Sekunden erfolgen. Schneller geht dies mit dem pinfox, der bereits nach 25 ms messen kann. Das Verfahren erlaubt, mit spannungsrichtiger Stimulierung eine Spannungsrampe auf 0,2 V an die Schaltung zu legen. Der konstante Strom im Kondensator in Höhe von 8 µA wird von dem auf 200 nA ansteigenden Strom im Parallelwiderstand überlagert. Nach 25 ms kann der Widerstand mit 200mV/200nA= 1MΩ errechnet werden.

Offenes Konzept für automatisches Testsystem

Pinfox ist ein offenes Konzept für ein automatisches Testsystem. Die Module können an verschiedenen Stellen optimal angeordnet werden, was parasitäre Daten des Testaufbaus positiv beeinflusst. Die Ansteuerung erfolgt über einen lokalen seriellen Bus, der auch eine galvanische Trennung haben kann.

Die Grafik zeigt eine minimale Konfiguration mit einem Netz und einem Modul. Dieses Konzept umgeht eine Einschränkung, denen andere Testsysteme unterworfen sind, die in der Regel „busorientiert“ aufgebaut sind. Eine schnelle Anpassung an ein neues Prüfproblem ist nur innerhalb dieser Bus-Spezifikation möglich.

„Bei pinfox steht die Lösung einer Testaufgabe im Mittelpunkt“, versichern die Experten von Tralec. Dem Anwender werden dafür geeignete Werkzeuge zur Verfügung gestellt. Das pinfox Konzept unterscheidet sich von herkömmlichen Systemen wie ein Tangram von einem Puzzle.

Ein Tangram besteht aus sieben einfachen Formen, die auf viele Weise zusammengelegt werden können. Das Puzzle enthält viele komplizierte Formen, die auf eine einzige Weise zusammengefügt werden müssen.

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