วิธีที่มีประสิทธิภาพในการวินิจฉัยไฟฟ้าลัดวงจรคืออะไร? จากนี้ฉันหมายถึงไฟฟ้าลัดวงจรที่นำเสนอตัวเองหลังจากเปิด PCB

TL; DR

ฉันมีการออกแบบในช่วงต้นแบบ 17 บอร์ด 20 บอร์ดของฉันทำงานได้ดี อีกสามคนมีไฟฟ้าลัดวงจรบนราง 3.3V สิ่งนี้จะปรากฏขึ้นหลังจากเปิดบอร์ด หลังจากลบส่วนประกอบส่วนใหญ่บนรางฉันติดตามมันลงที่ Ethernet PHY หากฉันถอด IC ออกรางของฉันจะแข็งเป็น 3.3V เมื่อฉันนำมันกลับมา (ลอง IC ใหม่อีก 2 อัน) ทางรถไฟของฉันก็จะโอเวอร์โหลดอีกครั้งและมันก็จะไหลออกมา

ฉันตรวจสอบด้วยตาเปล่าอย่างละเอียดถี่ถ้วนแล้วตรวจสอบบอร์ดเพื่อหากางเกงขาสั้น แต่หาไม่เจอ ฉันยกทุกอย่างรอบตัว IC (คริสตัลตัวต้านทานอนุกรมลูกปัดเฟอร์ไรต์ ฯลฯ ) ออกไป แต่ก็ยังคงมีพฤติกรรมเหมือนเดิม ฉันได้ลองถือชิปด้วยการรีเซ็ต แต่ก็ไม่ได้ผล ฉันยกหมุดแต่ละอันบน IC (VDDIO) แล้วก็ทำการยึด แต่ก็ไม่ได้มีการวินิจฉัยที่แท้จริง ฉันเริ่มสงสัยว่ามีปัญหากับ PCB fab แต่ไม่แน่ใจว่ามันจะทำให้เกิดปัญหานี้ได้อย่างไร พวกเขาอ้างว่าทำแบบทดสอบ 100% คำแนะนำใด ๆ ที่จะได้รับการชื่นชม!

ในขณะที่ฉันขอให้คุณโชคดีกับความร้อนของกล้องถ่ายภาพ แต่ฉันคาดหวังว่ากล้องจะแสดง IC ที่ได้รับผลกระทบจากการลัดวงจร (Ethernet PHY) ไม่ใช่ตัวย่อ คุณจะต้องโชคดีทีเดียวสำหรับจุดที่ผิดพลาดจริง ๆ ที่จะมีการต่อต้านที่สูงกว่าภายในของ IC

หากคุณไม่พบอะไรกับกล้องฉันจะตรวจสอบความต่อเนื่องของราง GND / 3.3V บนหมุด IC ใด ๆ ที่ไม่ได้เชื่อมต่อกับ GND / 3.3V ทำกับไดโอดทดสอบเนื่องจากชุมทางไปข้างหน้ามีความยาวใกล้พอ

หากสิ่งนั้นออกมาเป็นลบฉันจะจ่ายไฟให้กับ PCB เมื่อถอด IC ออกและตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าบนพินทั้งหมด (โดยปกติจะเป็นรูปแบบของสัญญาณเพิ่มกำลังไฟฟ้า แต่อาจน่าเบื่อสำหรับหมุดจำนวนมาก) แรงดันไฟฟ้าใด ๆ ที่อยู่นอกช่วง 0..VCC อาจทำให้ IC เข้าสู่สภาวะที่มักจะดูเหมือนสั้น

ในที่สุดฉันจะตรวจสอบว่าแผ่นอิเล็กโทรดทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับพินออกสามารถขับเคลื่อนได้หรือไม่ สิ่งนี้สามารถทำได้โดยการเชื่อมต่อขอบเขตและเครื่องกำเนิดสัญญาณร่วมกันส่งออกคลื่นสี่เหลี่ยม 0-3.3V (เพื่อให้คุณเห็นคลื่นสี่เหลี่ยมบนขอบเขต) จากนั้นเชื่อมต่อโพรบกับแผ่นอิเล็กโทรด คลื่นสี่เหลี่ยมที่หายไปจะหมายถึงสิ่งอื่นกำลังพยายามที่จะผลักดันแผ่นอิเล็กโทรดที่ IC จะต้องการขับเช่นกัน สิ่งนี้สามารถพิสูจน์ได้ว่าเป็นหมุดเปิดและขาบิด แต่ไม่เหมาะสำหรับเอาท์พุทบริสุทธิ์

มันไม่ได้ผลเสมอไป แต่บางครั้งคุณสามารถติดตามสั้น ๆ ด้วยกล้องความร้อน ... แน่นอนว่าคุณต้องมีกล้องความร้อนเพื่อทำเช่นนั้น

เพียงเพิ่มบอร์ดขึ้นและดูอย่างใกล้ชิดผ่านกล้องความร้อนเพื่อดูว่าหนึ่งในกระดานนั้นร้อนมากจริง ๆ หรือไม่มันอาจช่วยให้คุณแคบลงได้อย่างน้อย

หรือคุณสามารถใช้เทคนิค "กล้องความร้อน Louis Rossmann โดยไม่มีกล้องความร้อน" - ปิดกระดานด้วย IPA ใช้พลังงานผ่านระยะสั้น - สิ่งที่ทำให้ร้อนขึ้นและแอลกอฮอล์จะระเหยอย่างรวดเร็ว มันทำให้เห็นได้ชัดว่ามีอะไรผิดปกติ ดูตัวอย่างได้ที่นี่: https://youtu.be/gRV0cmIj5Ks?t=236 - ใช่มันเป็นตัวอย่างที่ไม่ดีเพราะเขาพบว่ากล้องถ่ายความร้อนในกรณีนี้สั้น แต่เขามักจะใช้วิธีแอลกอฮอล์และมัน ใช้งานได้ดี

หากคุณไม่สามารถมองเห็นกระแสไฟฟ้าเข้าไปในรางได้มากพอเป็นความร้อนคุณอาจลองใช้เครื่องวัดแรงดันไฟฟ้าที่มีความอ่อนไหว

วางมิเตอร์ในช่วงไมโครโวลต์ (µV) แตะหนึ่งโพรบที่กระแสมาจากนั้นและโพรบอื่น ๆ ไปยังที่ที่คุณสงสัยว่ามันอาจเกิดขึ้น ยิ่งกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเส้นทางนั้นมากเท่าไหร่ความแตกต่างของมิเตอร์ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

เทคนิคปกติของฉันคือเก็บโพรบหนึ่งตัวที่ขั้วต่อไฟหรือเอาท์พุทตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าไว้เสมอและย้ายโพรบอื่นจนกว่าฉันจะพบความแตกต่างสูงสุด จุดนี้จะใกล้เคียงกับการลัดวงจรมากที่สุด

ร่องรอย PCB มีความต้านทานประมาณ 1 มิลลิเมตรต่อมิลลิเมตรขึ้นอยู่กับความกว้างของหลักสูตร (คุณสามารถตรวจสอบด้วยเครื่องคิดเลข ) ดังนั้นหากการลัดวงจรกำลังวาดเช่น 100mA คุณควรเห็นความแตกต่าง 1mV ต่อทุก ๆ 10 มิลลิเมตร

คุณสามารถลองทำสิ่งนี้ได้จากทางด้าน GND ซึ่งอาจช่วยได้หากไฟฟ้าลัดวงจรจากขาออกของ IC ไปยังพื้นดิน แต่ถ้าบอร์ดมีระนาบ GND ที่ดีคุณอาจจะไม่เห็นแรงดันไฟฟ้าที่มีกระแสเล็ก ๆ

ตัวเลือกที่ดีมีการกล่าวถึงแล้ว แต่ฉันต้องการเพิ่ม คำเตือน : มันเหมาะสำหรับกางเกงขาสั้นในร่องรอยสัญญาณ

ตัวติดตามโหนดติดอยู่

Art of Electronics, pg. 276 พูดถึง "โหนดติดติดตาม" - ไมโครโวลต์มิเตอร์ที่ละเอียดอ่อนซึ่งคุณใช้ในขณะที่มีการเปิดวงจรและสามารถนำคุณไปยังที่ที่มีสัญญาณ คุณเก็บโพรบไว้ในตำแหน่งที่แน่นอน (เช่นราง 3V3) อีกอันหนึ่งที่คุณเคลื่อนที่ไปตามร่องรอย PCB ร่องรอยที่มีการแสดงระยะสั้นจะมีแรงดันตกคร่อมที่วัดได้ดังนั้นยิ่งคุณเข้าใกล้จุดสัมผัสมากเท่าใดจอแสดงผลบนโวลต์มิเตอร์ก็จะยิ่งใหญ่ขึ้นเท่านั้น

ฉันไม่เคยสร้างสิ่งนี้ แต่มันก็ดูสมเหตุสมผล (และ Tony EE ก็พูดถึงมันด้วย) แต่มันมีประโยชน์มากขึ้นเมื่อร่องรอยของ PCB ที่มีปัญหานั้นบาง

แก้ไขสั้น

ในกรณีที่ระยะสั้นอยู่ใน IC มันมักจะเป็น IC ที่มีข้อบกพร่องและฉันก็แค่เปลี่ยนมัน มันอาจถูก ESD ฆ่าหรือการล่วงละเมิด

ถ้าอยู่บน PCB (และคุณไม่มีการทดสอบทางไฟฟ้า) ฉันสนุกกับการแก้ไขด้วยการวาง supercap ขนาดใหญ่ (2kF@2.7V) ลงในช่วงสั้น ๆ เพื่อทำให้หนวดเคราเล็ก ๆ กลายเป็นไอ เมื่อเรามี PCBs ที่ทิ้งกระจุยกระจายกับปัญหาเช่นนี้ (เนื่องจากการแปลงที่ไม่ดีเป็น gerbers ซึ่งทำให้พวกเขาไม่สอดคล้องกับ DRC ของ fab) เราได้แก้ไขบอร์ดที่มีเคราเช่นนี้มันเป็นประสบการณ์ที่สนุก (แม้ว่าจะมีกลิ่นแรง) :)

หากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของคุณไม่ถูกฆ่าตายโดย 2.7V คุณสามารถใช้วิธีนี้กับบอร์ดที่มีประชากรได้เช่นกัน ระวังขั้วด้วยมิฉะนั้นจะมีควันอยู่ทุกที่ :)