What are the methods to detect the quality of integrated circuits
Time:2020-08-07
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集成电路的型号很多，内部电路千变万化，故检测集成电路好坏较为复杂。下面介绍一些常用集成电路好坏检测的方法。
1.开路测量电阻法
开路测量电阻法是指在集成电路未与其他电路连接时，通过测量集成电路各引脚与接地引脚之间的电阻来判别好坏的方法。
集成电路都有一个接地引脚（GND），其他各引脚与接地引脚之间都有一定的电阻，由于同型号的集成电路内部电路相同，因此同型号的正常集成电路的各引脚与接地引脚之间的电阻均是相同的。根据这一点，可使用开路测量电阻的方法来判别集成电路的好坏。
检测时，万用表拨至R×100Ω挡，红表笔固定接被测集成电路的接地引脚，黑表笔依次接其他各引脚，如图12-18所示，测量并记下各引脚与接地引脚之间的电阻，然后用同样的方法测出同型号的正常集成电路的各引脚对地电阻，再将两个集成电路各引脚的对地电阻一一对照，如果两者完全相同，则被测集成电路正常;如果有引脚电阻差距很大，则被测集成电路损坏。测量各引脚电阻时最好用同一挡位，如果因某引脚电阻过大或过小难以观察而需要更换挡位时，则测量正常集成电路的该引脚电阻时也要换到该挡位。这是因为集成电路内部大部分是半导体元器件，不同的欧姆挡提供的电流不同，对于同一引脚，使用不同欧姆挡测量时内部元器件导通程度有所不同，故不同的欧姆挡测量同一引脚得到的阻值可能有一定的差距。
采用开路测量电阻法判别集成电路的好坏比较准确，并且对大多数集成电路都适用，其缺点是检测时需要找一个同型号的正常集成电路作为对照，解决这个问题的方法是平时多测量一些常用集成电路的开路电阻数据，以便以后检测同型号集成电路时作为参考，另外也可查阅一些资料来获得这方面的数据。图12-19所示是一种常用的内部有四个运算放大器的集成电路LM324，表12-15列出了其开路电阻数据，测量使用数字万用表200kΩ挡。表中有两组数据，一组为红表笔接11脚（接地脚）、黑表笔接其他各脚测得的数据;另一组为黑表笔接11脚、红表笔接其他各脚测得的数据。检测LM324好坏时，也应使用数字万用表的200kΩ挡，再将实测的各引脚数据与表中数据进行对照来判别所测集成电路的好坏。
开路测量电阻示意图
集成电路LM324
表12-5LM324各引脚对地的开路电阻数据
（1）在路直流电压测量法
①为了减小测量时万用表内阻的影响，尽量使用内阻高的万用表。例如，MF47型万用表直流电压挡的内阻为20kΩ/V，当选择10V挡测量时，万用表的内阻为200kΩ。在测量时，万用表内阻会对被测电压有一定的分流，从而使被测电压比实际电压略低，内阻越大，对被测电路的电压影响越小。MF50型万用表直流电压挡的内阻较小，为10kΩ/V，使用它测量时对电路电压影响就比MF47型万用表更大。
②检测时，首先测量电源脚电压是否正常，如果电源脚电压不正常，可检查供电电路，如果供电电路正常，则可能是集成电路内部损坏，或者集成电路某些引脚外围元器件损坏，进而通过内部电路使电源脚电压不正常。
③在确定集成电路的电源脚电压正常后，才可进一步测量其他引脚电压是否正常。如果个别引脚电压不正常，先检测该脚外围元器件，若外围元器件正常，则为集成电路损坏，如果多个引脚电压不正常，可通过集成电路内部大致结构和外围电路工作原理，分析这些引脚电压是否因某个或某些引脚电压变化而引起，着重检查这些引脚的外围元器件，若外围元器件正常，则为集成电路损坏。
④有些集成电路在有信号输入（动态）和无信号输入（静态）时某些引脚电压可能不同，在将实测电压与该集成电路的参考电压对照时，要注意其测量条件，实测电压也应在该条件下测得。例如，彩色电视机图纸上标注出来的参考电压通常是在接收彩条信号时测得的，实测时也应尽量让电视机接收彩条信号。
⑤有些电子产品有多种工作方式，在不同的工作方式下和工作方式切换过程中，有关集成电路的某些引脚电压会发生变化，对于这种集成电路，需要了解其电路工作原理才能作出准确的测量与判断。例如，DVD机在光盘出、光盘入、光盘搜索和读盘时，有关集成电路的某些引脚电压会发生变化。
集成电路各引脚的直流电压参考值可以参考有关图纸或查阅有关资料来获得。表12-6列出了彩色电视机常用的场扫描输出集成电路LA7837的各引脚功能、直流电压和在路电阻参考值。
表12-6LA7837的各引脚功能、直流电压和在路电阻参考值
（2）在路电阻测量法
速学
在路电阻测量法使用要点如下：
①测量前一定要断开被测电路的电源，以免损坏元器件和仪表，并避免测得的电阻值不准确。
②万用表R×10kΩ挡内部使用9V电池，有些集成电路工作电压较低，如3.3V、5V，为了防止高电压损坏被测集成电路，测量时万用表最好选择R×100Ω挡或R×1kΩ挡。
③在测量集成电路各引脚电阻时，一支表笔接地，另一支表笔接集成电路各引脚，如图12-20所示，测得的阻值是该脚外围元器件（R1、C）与集成电路内部电路及有关外围元器件的并联值。如果发现个别引脚电阻与参考电阻差距较大，先检测该引脚外围元器件，如果外围元器件正常，通常为集成电路内部损坏;如果多数引脚电阻不正常，集成电路损坏的可能性很大，但也不能完全排除这些引脚外围元器件损坏。
测量集成电路的在路电阻
图12-20测量集成电路的在路电阻
（3）在路总电流测量法
在路总电流测量法是指测量集成电路的总电流来判断故障的方法。
集成电路内部元器件大多采用直接连接方式组成电路，当某个元器件被击穿或开路时，通常对后级电路有一定的影响，从而使得整个集成电路的总工作电流减小或增大，因此测得集成电路的总电流后再与参考电流比较，过大、过小均说明集成电路或外围元器件存在故障。电子产品的图纸和有关资料一般不提供集成电路总电流参考数据，该数据可在正常电子产品的电路中实测获得。
在路测量集成电路的总电流如图12-21所示，测量时既可以断开集成电路的电源引脚直接测量电流，也可以测量电源引脚的供电电阻两端电压，然后利用I=U/R计算出电流值。
在路测量集成电路的总电流
图12-21在路测量集成电路的总电流
3.排除法和代换法
不管是开路测量电阻法，还是在路检测法，都需要知道相应的参考数据。如果无法获得参考数据，可使用排除法和代换法。
（1）排除法
在使用集成电路时，需要给它外接一些元器件，如果集成电路不工作，可能是集成电路本身损坏，也可能是外围元器件损坏。排除法是指先检查集成电路各引脚外围元器件，当外围元器件均正常时，外围元器件损坏导致集成电路工作不正常的原因则可排除，故障应为集成电路本身损坏。
（2）代换法
代换法是指当怀疑集成电路可能损坏时，直接用同型号正常的集成电路代换，如果故障消失，则为原集成电路损坏，如果故障依旧，则可能是集成电路外围元器件损坏、更换的集成电路不良，也可能是外围元器件故障未排除导致更换的集成电路又被损坏，还有些集成电路可能是未接收到其他电路送来的控制信号。
排除法使用要点如下：
①检测时，最好在测得集成电路供电正常后再使用排除法，如果电源脚电压不正常，先检查修复供电电路。
②有些集成电路只需本身和外围元器件正常就能正常工作，也有些集成电路（数字集成电路较多）还要求其他电路发送有关控制信号（或反馈信号）才能正常工作，对于这样的集成电路，除了要检查外围元器件是否正常外，还要检查集成电路是否接收到相关的控制信号。
③对外围元器件很多的集成电路，使用排除法更为快捷，通常先检查一些重要引脚的外围元器件和易损坏的元器件。
①由于在未排除外围元器件故障时直接更换集成电路，可能会使集成电路再次损坏。因此，对于工作在高电压、大电流下的集成电路，最好在检查外围元器件正常的情况下再更换集成电路;对于工作在低电压下的集成电路，也尽量在确定一些关键引脚的外围元器件正常的情况下再更换集成电路。
②有些数字集成电路内部含有程序，如果程序发生错误，即使集成电路外围元器件和有关控制信号都正常，集成电路也不能正常工作。对于这种情况，可使用一些设备重新给集成电路写入程序，或更换已写入程序的集成电路。
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图12-18开路测量电阻示意图
集成电路LM324
图12-19集成电路LM324
表12-5LM324各引脚对地的开路电阻数据
2.在路检测法
在路检测法是指在集成电路与其他电路连接时检测集成电路的方法。
（1）在路直流电压测量法
在路直流电压测量法是指在通电的情况下，用万用表直流电压挡测量集成电路各引脚对地电压，再与参考电压进行比较来判断故障的方法。
在路直流电压测量法使用要点如下：
①为了减小测量时万用表内阻的影响，尽量使用内阻高的万用表。例如，MF47型万用表直流电压挡的内阻为20kΩ/V，当选择10V挡测量时，万用表的内阻为200kΩ。在测量时，万用表内阻会对被测电压有一定的分流，从而使被测电压比实际电压略低，内阻越大，对被测电路的电压影响越小。MF50型万用表直流电压挡的内阻较小，为10kΩ/V，使用它测量时对电路电压影响就比MF47型万用表更大。
②检测时，首先测量电源脚电压是否正常，如果电源脚电压不正常，可检查供电电路，如果供电电路正常，则可能是集成电路内部损坏，或者集成电路某些引脚外围元器件损坏，进而通过内部电路使电源脚电压不正常。
③在确定集成电路的电源脚电压正常后，才可进一步测量其他引脚电压是否正常。如果个别引脚电压不正常，先检测该脚外围元器件，若外围元器件正常，则为集成电路损坏，如果多个引脚电压不正常，可通过集成电路内部大致结构和外围电路工作原理，分析这些引脚电压是否因某个或某些引脚电压变化而引起，着重检查这些引脚的外围元器件，若外围元器件正常，则为集成电路损坏。
④有些集成电路在有信号输入（动态）和无信号输入（静态）时某些引脚电压可能不同，在将实测电压与该集成电路的参考电压对照时，要注意其测量条件，实测电压也应在该条件下测得。例如，彩色电视机图纸上标注出来的参考电压通常是在接收彩条信号时测得的，实测时也应尽量让电视机接收彩条信号。
⑤有些电子产品有多种工作方式，在不同的工作方式下和工作方式切换过程中，有关集成电路的某些引脚电压会发生变化，对于这种集成电路，需要了解其电路工作原理才能作出准确的测量与判断。例如，DVD机在光盘出、光盘入、光盘搜索和读盘时，有关集成电路的某些引脚电压会发生变化。
集成电路各引脚的直流电压参考值可以参考有关图纸或查阅有关资料来获得。表12-6列出了彩色电视机常用的场扫描输出集成电路LA7837的各引脚功能、直流电压和在路电阻参考值。
表12-6LA7837的各引脚功能、直流电压和在路电阻参考值
注：表中数据在康佳T5429D彩色电视机上测得。R正表示红表笔测量、黑表笔接地;R反表示黑表笔测量、红表笔接地。
（2）在路电阻测量法
在路电路测量法是指在切断电源的情况下，用万用表欧姆挡测量集成电路各引脚及其外围元器件的正、反向电阻值，再与参考数据相比较来判断故障的方法。
速学
在路电阻测量法使用要点如下：
①测量前一定要断开被测电路的电源，以免损坏元器件和仪表，并避免测得的电阻值不准确。
②万用表R×10kΩ挡内部使用9V电池，有些集成电路工作电压较低，如3.3V、5V，为了防止高电压损坏被测集成电路，测量时万用表最好选择R×100Ω挡或R×1kΩ挡。
③在测量集成电路各引脚电阻时，一支表笔接地，另一支表笔接集成电路各引脚，如图12-20所示，测得的阻值是该脚外围元器件（R1、C）与集成电路内部电路及有关外围元器件的并联值。如果发现个别引脚电阻与参考电阻差距较大，先检测该引脚外围元器件，如果外围元器件正常，通常为集成电路内部损坏;如果多数引脚电阻不正常，集成电路损坏的可能性很大，但也不能完全排除这些引脚外围元器件损坏。
测量集成电路的在路电阻
图12-20测量集成电路的在路电阻
（3）在路总电流测量法
在路总电流测量法是指测量集成电路的总电流来判断故障的方法。
集成电路内部元器件大多采用直接连接方式组成电路，当某个元器件被击穿或开路时，通常对后级电路有一定的影响，从而使得整个集成电路的总工作电流减小或增大，因此测得集成电路的总电流后再与参考电流比较，过大、过小均说明集成电路或外围元器件存在故障。电子产品的图纸和有关资料一般不提供集成电路总电流参考数据，该数据可在正常电子产品的电路中实测获得。
在路测量集成电路的总电流如图12-21所示，测量时既可以断开集成电路的电源引脚直接测量电流，也可以测量电源引脚的供电电阻两端电压，然后利用I=U/R计算出电流值。
在路测量集成电路的总电流
图12-21在路测量集成电路的总电流
3.排除法和代换法
不管是开路测量电阻法，还是在路检测法，都需要知道相应的参考数据。如果无法获得参考数据，可使用排除法和代换法。
（1）排除法
在使用集成电路时，需要给它外接一些元器件，如果集成电路不工作，可能是集成电路本身损坏，也可能是外围元器件损坏。排除法是指先检查集成电路各引脚外围元器件，当外围元器件均正常时，外围元器件损坏导致集成电路工作不正常的原因则可排除，故障应为集成电路本身损坏。
（2）代换法
代换法是指当怀疑集成电路可能损坏时，直接用同型号正常的集成电路代换，如果故障消失，则为原集成电路损坏，如果故障依旧，则可能是集成电路外围元器件损坏、更换的集成电路不良，也可能是外围元器件故障未排除导致更换的集成电路又被损坏，还有些集成电路可能是未接收到其他电路送来的控制信号。
排除法使用要点如下：
①检测时，最好在测得集成电路供电正常后再使用排除法，如果电源脚电压不正常，先检查修复供电电路。
②有些集成电路只需本身和外围元器件正常就能正常工作，也有些集成电路（数字集成电路较多）还要求其他电路发送有关控制信号（或反馈信号）才能正常工作，对于这样的集成电路，除了要检查外围元器件是否正常外，还要检查集成电路是否接收到相关的控制信号。
③对外围元器件很多的集成电路，使用排除法更为快捷，通常先检查一些重要引脚的外围元器件和易损坏的元器件。
代换法使用要点如下：
①由于在未排除外围元器件故障时直接更换集成电路，可能会使集成电路再次损坏。因此，对于工作在高电压、大电流下的集成电路，最好在检查外围元器件正常的情况下再更换集成电路;对于工作在低电压下的集成电路，也尽量在确定一些关键引脚的外围元器件正常的情况下再更换集成电路。
②有些数字集成电路内部含有程序，如果程序发生错误，即使集成电路外围元器件和有关控制信号都正常，集成电路也不能正常工作。对于这种情况，可使用一些设备重新给集成电路写入程序，或更换已写入程序的集成电路。
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