不同品牌、同型号集成电路一样吗？

一、前言

   最近收到客户二个IEEE1394B总线接口器件，客户希望帮助他们分析一下这二种集成电路大的差异。这二个集成电路分别属于二个品牌的厂家生产，其中一个集成电路（以下称A）他们一直在用没有问题，另外一个集成电路（以下称B）是半年前采购其他品牌的集成电路，使用一段时间后发现使用B器件的电子产品会出现偶发故障，虽然出现的概率很低，但是对于客户的产品而言也是不允许的。客户已经对这个二个品牌的器件都进行了大量的通电测试，二个品牌的器件功能和参数没有明显的差异和问题，客户希望我们测试手段找到偶发、间歇故障的真实原因。

   拿到二个品牌的器件后，我针对客户所描述的情况，决定使用非加电的测试方法（即三维立体V-I-F动态阻抗测试）对二个品牌的器件的样品进行频域动态阻抗扫描分析测试。

测试方法：

1、三维立体V-I-F动态阻抗测试法对接地（参考点）测试

2、矩阵测试法测试（管脚间相互参考）

二、测试原理

首先介绍一下非加电测试方法原理：

   V-I曲线测试（模拟特征分析）是一种不加电的故障诊断技术，指的是在被测器件或电路板不接通电源的情况下，对板上被测器件的引脚施加一个限流的正弦激励信号，观察由此产生的电流信号（VI曲线）。VI曲线的形状由被测节点之间的特性阻抗所决定，通过对比好、坏器件上相同管脚之间的VI曲线，可发现特性阻抗发生改变的管脚，其通常为引发故障的地方。

使用测试设备对集成电路的各个管脚进行二维、三维阻抗测试原理图

    三维立体V-I-F动态阻抗测试是在V-I测试的基础上增加自动扫频、频域阻抗扫描功能，一些对频率要求较高的器件，测试扫描频率的变化更能直观的表现出来差异。下图为测量同一个电容器件的二维和三维的对比图：

                                              二维V-I测试曲线测试图

                              三维立体V-I-F动态阻抗测试曲线图

三、二个品牌的器件（IEEE1394B总线接口）技术资料如下：

1、被测器件是IEEE1394B总线接口器件，共送二种器件。其中A进口品牌器件，B器件为国产品牌，二个器件原理框图如下：

说明二个品牌的器件功能一致。

                                                      A进口器件

                                                     B国产器件

2、二个品牌的器件管脚排列编号及功能定义一致：

四、使用三维立体V-I-F动态阻抗测试法对接地（参考点）测试

（一）测试结果

    测试保存A器件管脚对GND管脚的V-I-F曲线图，以A器件曲线图为标准，然后测试B器件管脚曲线图，软件会自动将二个器件的曲线叠加后进行相似度的比较。图中蓝色曲线为A器件，桔黄色曲线为B器件，具体结果如下：（如图所示）

1、管脚对比图一览：

                使用测试设备对集成电路各个管脚进行测试的三维曲线图

2、出现差异的 第6、11脚对接地（参考点）对比图：

                         出现差异的 第6脚对接地（参考点）对比图

                            出现差异的 第11脚对接地（参考点）对比图

3、出现差异的第14、15脚对接地（参考点）对比图：

                       出现差异的第14脚对接地（参考点）对比图

                                 出现差异的第15脚对接地（参考点）对比图

4、出现差异的第16脚对接地（参考点）对比图：（差异较小、阻抗趋势相似）：

        出现差异的第16脚对接地（参考点）对比图：（差异较小、阻抗趋势相似）

（二）测试结果分析

         通过测试对比结果来看，主要存在差异的管脚为：6、11、14、15、16五个管脚。其中6、11管脚是一种开路与低阻特征图形，14、15管脚是一种符合二极管与电容特性图形，16管脚是一种二极管与电感特征图形。首先我们先分析6、11管脚。从曲线图形上看，A器件（蓝色曲线）是平行于X轴的一条直线（在V-I测试中代表开路或高阻特征曲线），表明A器件的6、11脚对GND脚是开路的； 同样再看B器件（黄色曲线）是靠近Y轴的一条斜线（在V-I测试中代表小电阻特征曲线），这类曲线越靠近Y轴表示电阻越小，经过万用表量测6、11脚对GND脚的电阻值为95.1Ω。对照器件管脚功能看，6、11管脚是 Null即不使用不连接管脚，同样功能的还有器件的1脚，而1脚的曲线A、B二颗器件都是开路特征，由此我们可以看出对于空置管脚的处理上A、B二个器件的厂家处理工艺不同。

五、使用矩阵测试法测试（管脚间相互参考）

（一）测试结果：

为了更清楚的了解，我们对二个器件进行了矩阵V-I测试（管脚之间的VI曲线测试），以下是1、6、11管脚的矩阵图：

1）1脚对其他管脚V-I曲线：

                                      A集成电路 1脚对其他管脚V-I曲线

                                        B集成电路 1脚对其他管脚V-I曲线

    2）6脚对其他管脚V-I曲线：

                                          A集成电路6脚对其他管脚V-I曲线

                                              B集成电路6脚对其他管脚V-I曲线

   3）11脚对其他管脚V-I曲线：

                                   A集成电路11脚对其他管脚V-I曲线

                                              B集成电路11脚对其他管脚V-I曲线

（二）测试结果分析：

1、参见二个品牌管脚功能定义列表：1/6/11管脚功能一致。

2、通过上述测试，我们得到了更清晰的结果。二个器件的1脚对其他管脚都是开路（高阻）特征，而6、11脚出现了巨大差异。A器件的1、6、11脚对管脚都是开路（高阻）特征，而B器件的6、11脚之间是短路状态，6、11脚对GND（2,3,12,13管脚为地）管脚呈现低阻特征，对14、15、16管脚呈现复合型阻抗曲线特征。

六、找出故障原因：

根据上述测试结果分析，找到了客户器件故障的重要原因：

1、B品牌器件的三个空脚有二个是短路的，而且这二个空脚对GND、VCC、D1、D1/管脚都有连接，当器件在通电工作状态下，这二个空脚就会成为干扰信号的采集器，将感应到的干扰信号引入到与它们相关联的管脚，从而造成多种不可预测的偶发、间歇性故障。

                           A和B器件出现差异的 第6脚对接地（参考点）对比图

                        A和B器件出现差异的 第11脚对接地（参考点）对比图

2、从三维曲线图中可以看出，随着测试信号频率的增加，A器件曲线没有发生明显变化，基本呈现电阻与二极管的复合特征，B器件则在正电压区域呈现明显的电容特征。14、15管脚是发送器差分输入端，这二个管脚的明显电容特征会导致数字信号脉冲的上升沿时间变长，这对于1394B这种低延时高速率总线来说是一个比较严重的问题，会增加数据传输的误码率，由此我们找到了客户故障的另一部分原因。

                           A和B器件出现差异的 第14脚对接地（参考点）对比图

                        A和B器件出现差异的 第15脚对接地（参考点）对比图

七、测试总结：

    通过测试对比，我们可以发现同功能不同品牌的器件可能存在很大的差异。大家习惯关注器件的功能好坏，而对设计和工艺有所疏忽，进而造成很多产品后续的质量问题。因此，我们需要更多更完善的测试手段来检测器件，三维立体V-I-F特征曲线测试是集成电路测试、筛选、失效分析的一种行之有效的手段。

综上得出结论如下：

二个品牌对空置管脚的处理方法与工艺不同；通常情况下，空置管脚应该与其他功能管脚隔离。

仅仅进行器件的功能测试并不能解决器件的测试问题，解决方案就是在功能、参数测试的基础上增加三维动态阻抗测试。