Was sind einige effektive Methoden zur Diagnose eines aktiven Kurzschlusses? Damit meine ich einen Kurzschluss, der sich erst nach dem Einschalten einer Leiterplatte zeigt.

tl; dr

Ich habe ein Design in der Prototypenphase. 17 meiner 20 Boards funktionieren hervorragend. Die anderen 3 haben alle einen Kurzschluss auf einer 3,3-V-Schiene. Dies wird erst angezeigt, nachdem die Karte eingeschaltet wurde. Nachdem ich die meisten Komponenten auf der Schiene entfernt hatte, verfolgte ich sie bis zu einem Ethernet-PHY. Wenn ich den IC abhebe, ist meine Schiene mit 3,3 V absolut stabil. Wenn ich es wieder anlege (habe auch 2 neue ICs ausprobiert), ist meine Schiene wieder überlastet und fällt aus.

Ich habe das Board gründlich visuell überprüft und nach Shorts gesucht, kann aber keine finden. Ich habe so ziemlich alles rund um den IC abgehoben (Kristall, Vorwiderstände, Ferritperlen usw.), aber immer noch das gleiche Verhalten. Ich habe auch versucht, den Chip zurückzusetzen, aber das hilft nicht. Ich habe einzelne Stifte am IC (VDDIO) angehoben und das hat es behoben, bietet aber keine echte Diagnose. Ich frage mich, ob es ein Problem mit der Leiterplattenfabrik gibt, bin mir aber nicht ganz sicher, wie dies dazu führen würde. Sie behaupten, 100% E-Test zu machen. Jeder Rat wird geschätzt!

Ich wünsche Ihnen viel Glück bei Ihrer Wärmekamera, aber ich würde tatsächlich erwarten, dass die Kamera Ihnen den IC zeigt, der von dem Kurzschluss (dem Ethernet PHY?) Betroffen ist, und nicht den Kurzschluss selbst. Sie müssten ziemlich viel Glück haben, damit der tatsächlich fehlerhafte Punkt einen höheren Widerstand als die Einbauten eines IC aufweist.

Wenn Sie mit der Kamera nichts finden, würde ich den Durchgang zur GND / 3,3-V-Schiene an einem der IC-Pins prüfen, die nicht tatsächlich mit GND / 3,3 V verbunden sind. Tun Sie dies mit einer getesteten Diode, da ein in Vorwärtsrichtung vorgespannter Übergang nahe genug an einem Kurzschluss liegt.

Wenn dies negativ ausfällt, würde ich die Platine bei entferntem IC mit Strom versorgen und die Spannung an allen Pins überprüfen (idealerweise eine Einschaltwellenform, die jedoch für eine große Anzahl von Pins mühsam sein kann). Jede Spannung außerhalb des 0..VCC-Bereichs kann möglicherweise dazu führen, dass der IC einrastet, ein Zustand, der normalerweise wie ein Kurzschluss aussieht.

Schließlich würde ich prüfen, ob alle Pads, die den Ausgangspins entsprechen, aktiv angesteuert werden können. Dies kann erreicht werden, indem ein Oszilloskop und ein Signalgenerator miteinander verbunden werden, wobei eine 0-3,3-V-Rechteckwelle ausgegeben wird (so dass Sie die Rechteckwelle auf dem Oszilloskop sehen), und dann die Sonde an die Pads angeschlossen wird. Eine verschwindende Rechteckwelle würde bedeuten, dass etwas anderes versucht, ein Pad anzutreiben, das der IC ebenfalls ansteuern möchte. Dies kann für Open-Drain- und Bidir-Pins gerechtfertigt sein, nicht jedoch für reine Ausgänge.

Es wird nicht immer funktionieren, aber manchmal kann man mit einer Wärmebildkamera einen Kurzschluss finden ... dazu muss man natürlich eine Wärmebildkamera haben.

Schalten Sie das Board einfach ein und beobachten Sie es genau durch die Wärmebildkamera, um festzustellen, ob ein Bereich des Boards wirklich heiß wird. Dies könnte Ihnen helfen, den Bereich zumindest einzugrenzen.

Oder Sie können die Technik "Louis Rossmann-Wärmebildkamera ohne Wärmebildkamera" verwenden - decken Sie die Platine mit IPA ab, lassen Sie den Kurzschluss mit Strom versorgen - das kurzgeschlossene Gerät erwärmt sich und der Alkohol verdunstet sehr schnell. Es macht wirklich deutlich, was kurzgeschlossen ist. Siehe Demo hier: https://youtu.be/gRV0cmIj5Ks?t=236 - Ja, das ist ein schlechtes Beispiel, weil er in diesem Fall den Kurzschluss mit der Wärmebildkamera findet, aber normalerweise die Alkoholmethode verwendet funktioniert super.

Wenn Sie nicht genügend Strom in die Schienen einbringen können, um als Wärme sichtbar zu sein, können Sie versuchen, einen empfindlichen Spannungsmesser zu verwenden.

Stellen Sie das Messgerät in den Mikrovolt-Bereich (µV), berühren Sie mit einer Sonde, woher der Strom kommt, und mit der anderen Sonde, wo Sie vermuten, dass er möglicherweise fließt. Je mehr Strom durch diese Route fließt, desto höher ist der Unterschied, den das Messgerät anzeigt.

Meine übliche Technik besteht darin, eine Sonde immer am Stromanschluss oder am Ausgangsstift des Spannungsreglers zu halten und die andere Sonde zu bewegen, bis ich den höchsten Unterschied finde. Dieser Punkt ist dann dem Kurzschluss am nächsten.

Leiterplattenspuren haben je nach Breite einen Widerstand von ca. 1 Milliohm pro Millimeter (dies können Sie mit einem Taschenrechner überprüfen ). Wenn der Kurzschluss z. B. 100 mA zieht, sollten Sie alle 10 Millimeter einen Unterschied von 1 mV sehen.

Sie können dies auch von der GND-Seite aus versuchen. Dies kann hilfreich sein, wenn der Kurzschluss von einem IC-Ausgangspin zu Masse erfolgt. Wenn die Karte jedoch eine gute GND-Ebene hat, sehen Sie wahrscheinlich keine Spannung mit kleinen Strömen.

Die guten Optionen sind bereits erwähnt, aber ich würde dies hinzufügen. Haftungsausschluss : Es ist besser für Kurzschlüsse auf Signalspuren geeignet.

Stuck Node Tracer

Die Kunst der Elektronik, pg. 276 beschreibt den "Stuck Node Tracer" - ein empfindliches Mikrovoltmeter, das Sie verwenden, während die Schaltung mit Strom versorgt wird, und das Sie auf den Kurzschluss hinweisen kann. Sie halten eine der Sonden an einem festen Ort (z. B. die 3V3-Schiene), die andere bewegen Sie entlang der Leiterplattenspuren. Die Spuren, die den Kurzschluss tragen, weisen einen messbaren Spannungsabfall auf. Je näher Sie dem Kurzschluss kommen, desto größer ist die Anzeige auf dem Voltmeter.

Ich habe das noch nie gebaut, aber es sieht vernünftig aus (und Tony EE erwähnt es auch). Aber es ist wirklich nützlicher, wenn die fraglichen Leiterplattenspuren dünn sind.

Kurzschluss beheben

Wenn sich der Kurzschluss in einem IC befindet, handelt es sich normalerweise um einen defekten IC, und ich würde ihn einfach ändern. Es kann durch ESD oder irgendeine Art von Missbrauch getötet worden sein.

Wenn es sich auf der Leiterplatte befindet (und Sie keinen elektrischen Test hatten), kann ich diese gerne reparieren, indem ich eine große Superkappe (2 kF @ 2,7 V) über den Kurzschluss lege, um die kleinen Whisker zu verdampfen, die sie verursacht haben. Einmal hatten wir eine Menge Leiterplatten mit solchen Problemen übersät (aufgrund der schlechten Umstellung auf Gerber, wodurch sie nicht mit der DRC der Fabrik übereinstimmten). Wir haben ein paar Bretter repariert, die solche Schnurrhaare hatten. Es war eine sehr lustige (wenn auch stinkende) Erfahrung :)

Wenn Ihre Elektronik nicht durch 2,7 V zerstört wird, können Sie diese Methode auch auf einer bestückten Platine anwenden. Sei nur vorsichtig mit der Polarität, sonst gibt es überall Rauch :)