数字集成电路功能测试仪存在的严重问题

1985年伴随双列直插数字集成电路在国内的普及应用，集成电路（下称IC）的测试问题逐渐显露出来。苹果机数字集成电路测试（下称“数字IC测试”）卡，与苹果机一起构成所谓的“个人测试仪”，是这一时期最具代表性的数字IC功能测试仪之一。其实它完全是一种为了配合苹果机销售而制作的“业余测试”仪。它的出现使得计划经济体制下，许多希望购买计算机的单位，找到了购买计算机的借口；但真正希望对数字IC进行有效测试的单位，很快发现此类IC功能测试仪毫无使用价值！然而，此种“业余测试”的数字IC测试仪依然传承至今，数字IC功能测试仪价格低廉是其得以传承的主要原因。 数字IC（直流参数）测试仪一般应该具备三个基本部分：测试图形发生器、管脚电路及各种测试所必备的测试基准源。它的特点是测试IC输入、输出端的电压、电流及电源端功耗电流，同时完成数字IC的真值表功能测试。 数字IC功能测试仪的特点是：对数字IC仅仅进行真值表功能测试。由于数字IC功能测试仪，不具备直流参数测试的基础（无测试基准源等），因此只能进行一些简单的逻辑测试，即IC输出端的“0”、“1”测试，而“0”、“1”如何定义？当负载电流变化时“0”、“1”的变化范围是否合理？这些都无法确定，而这是IC测试者所关心的。 另一方面IC是由输入、输出及电源端组成，此三类端口在使用过程中是互相制约的相互影响的。由于功能测试仪不能对IC输入端及电源端测试（不测直流试参数），因此功能测试将产生严重问题。下面就上述三类端口的测试，揭示数字IC功能测试仪，测试结果中存在的严重问题。 1、 数字IC输入端的必要测试应包括：输入短路电流及漏电流的测试。由于数字IC功能测试仪无法进行有效的直流参数测试，因此也就不能对输入端进行有效的测试。真值表是表征数字IC输出与输入对应逻辑关系的状态表，它的应用前提应该是输入端口完好无损。也就是说在输入端完好无损的情况下，可以利用真值表的逻辑关系对输出端进行功能（“0”、“1”）判断。 可以负责任地说：某些类型数字IC如果输入端损坏，在功能测试时会出现问题。 　　比如所有以与门为输入端的数字IC相与关系的输入端之间短路，那么数字IC功能测试仪对其测试的结果也会是“通过”（PASS）。比如：与门、与非门及与门输入的计数器等等。 例如：74LS30 是常用的八输入端与非门，将其八个输入端任意短路测试结果也是“通过”（测试无效！）。读者可以试想短路其任意2个输入端，并画出其真值表（注意：短路的2个输入端之间“0”有效，即一个为“0”另一个也为“0”）。可以看到真值表显示，它与输入端不短路的74LS30没有区别，这就是功能测试仪对其测试无效的原因。 当然这是为了说明问题所假设的一种极端的现象，其实输入漏电流过大也会对IC的使用有影响，而有效的测试方法就是对输入端的输入漏电流进行测试（必须测试直流参数）。大家熟悉的SIMI-100测试仪是数字IC参数测试，如果用其测试74LS30 并在测试时，用51K电阻跨接任意的2个输入端，那么测试结果会显示“输入失效”。测试不会通过的原因是因为SIMI-100 对IC输入端进行了漏电流测试。 2、 数字IC的输出端除了“0”、“1”两种状态以外，还有第三种状态：高阻状态，通称“三态”。“三态”在真值表里用“Z”表示。对“三态”有效的测试是进行漏电流测试。 数字IC功能测试仪不能测试直流参数，因此不能对所有输出有“三态”功能的数字IC进行有效的测试！一般数字IC功能测试仪的被测输出端与电源之间接有电阻，它是把“Z”状态当作“1”状态来处理的。这样处理也会产生严重的问题！ 例如：74LS125 为4总线逻辑图见图1。 74LS32 为四-2输入或门逻辑图见图2。 表1为74LS125 的真值表，表2为74LS32的真值表。 如果将74LS125 真值表（表1）里的“Z”改成“1”，则74LS125与74LS32 在真值表上就没有区别了。 实际上数字IC功能测试仪正是这样做的。读者可以用此类仪器，在74LS125测试状态下测试74LS32，会发现测试结果是通过（PASS），反之在74LS32测试状态下测试74LS125，会发现测试结果也是通过（PASS）。而这两种IC芯片毫无相同之处！原因就在于功能测试仪把“Z”当作“1”来处理。显然IC功能测试仪，对输出有“三态”的IC测试无效！ 在SIMI-100仪器上进行上述操作，就不会出现这个结果，原因是：SIMI-100对74LS125进行了有效的“三态”漏电流测试。因此绝对不会将这两种IC混为一谈。 3、由于数字IC功能测试仪不能进行直流参数测试，因此无法进行电源端功耗电流测试。许多功能相同但直流参数（芯片材料不同）不相同的数字IC，是不能替换使用的。比如COMS与TTL 芯片，通常在定型的电子产品中是不能替换使用的。 例如：74LS00 与74HC00 电源端功耗电流相差甚大，在实际应用中是不能替换使用的，而不测试电源端功耗电流就难以能识别这两种IC。 上述种种问题只是数字IC功能测试仪测试问题的一部分，还有例如：“OC”也是一种功能，“OC”门如何测试？功能测试仪是否也将管脚相同的“OC”门与非“OC”门混淆了呢？有些计数器的输入端也是输出端，对此类端口如何测试？双向总线如何测试？等等。在此笔者不做探究。 另外IC测试仪有具备下面两个基本特征： 1、 集成电路测试仪的测试（插座）管脚，除了正在测试以外的状态，应该维持高阻状态，因为许多被测试的IC是不允许带电插拔，否则会造成IC的损坏。 2、 IC测试仪应该保证被测试的IC芯片即便完全损坏，也不应该损坏测试仪。 由于数字IC功能测试仪的管脚电路成本低廉，因此一些此类测试仪，无法保证这两个基本要求。 由于数字IC功能测试仪的价格低廉，因此被一些需要配备测试仪（如：需要通过某种认证），但又不实际使用（仅仅是摆设）的单位所采购。此类功能测试仪对电子产品的质量保障毫无意义！笔者认为用数字IC功能测试仪测试IC芯片，不如不测！他会给IC使用者带来新的麻烦。 有关数字IC有效的参数测试请参见《电子产品质量问题的最佳解决方案—数字集成电路参数测试》一文。笔者极力建议使用IC测试仪的企业；建议将IC测试仪用于教学实验的高校：选用IC参数测试仪。 数字IC功能测试仪并未在产品名称中标明“功能测试仪”的字样，还请测试仪的使用者仔细甄别。 笔者在此提供读者选择IC（参数）测试仪的两个简单的标准： 1、 单台仪器的重复性要好：用同一台仪器测试同一个IC芯片重复性要好。 2、 多台仪器的一致性要好：用多台同一机型的仪器，测试同一IC芯片，结果要基本一致。 对上述所讨论的问题感兴趣的读者可与我交流。 邮箱： simitester@163.com 丁巨光