¿Cuáles son algunos métodos efectivos para diagnosticar un cortocircuito activo? Con esto quiero decir un cortocircuito que se presenta solo después de encender una PCB.

tl; dr

Tengo un diseño en la fase de prototipo. 17 de mis 20 tableros funcionan muy bien. Los otros 3 tienen un cortocircuito en un riel de 3.3V. Esto solo aparece después de encender la placa. Después de quitar la mayoría de los componentes del riel, lo rastreé hasta un PHY de Ethernet. Si levanto el IC, mi riel es sólido como una roca a 3.3V. Cuando lo volví a poner (también probé 2 nuevos circuitos integrados), mi riel se sobrecarga nuevamente y se cae.

He inspeccionado visualmente minuciosamente y examiné el tablero en busca de pantalones cortos, pero no puedo encontrar uno. He quitado casi todo alrededor del circuito integrado (cristal, resistencias en serie, perlas de ferrita, etc.) pero sigo teniendo el mismo comportamiento. También he intentado mantener el chip en el reinicio, pero eso no ayuda. Levanté pines individuales en el IC (VDDIO) y eso lo solucionó, pero no ofrece un diagnóstico real. Estoy empezando a preguntarme si hay un problema con la PCB fab, pero no estoy totalmente seguro de cómo podría causar esto. Afirman hacer 100% E-test. ¡Cualquier consejo será apreciado!

Si bien le deseo la mejor de las suertes con el esfuerzo de su cámara térmica, en realidad esperaría que la cámara le muestre el IC afectado por el corto (¿el PHY de Ethernet?), No el corto en sí. Tendría que ser bastante afortunado para que el punto defectuoso real tenga mayor resistencia que las partes internas de un IC.

Si no encuentra nada con la cámara, comprobaría la continuidad del riel GND / 3.3V en cualquiera de los pines IC que no están realmente conectados a GND / 3.3V. Hazlo con un diodo probado, ya que una unión polarizada hacia adelante está lo suficientemente cerca de un corto.

Si eso sale negativo, alimentaría la PCB con el CI retirado y verificaría el voltaje en todos los pines (idealmente, una forma de onda de encendido, pero puede ser tedioso para una gran cantidad de pines). Cualquier voltaje fuera del rango de 0..VCC podría hacer que el IC se enganche, una condición que generalmente parece corta.

Finalmente, verificaría si todos los pads correspondientes a los pines de salida pueden ser activados. Esto se puede hacer conectando un osciloscopio y un generador de señal que generen una onda cuadrada de 0-3.3 V (para que pueda ver la onda cuadrada en el osciloscopio) y luego conecte la sonda a las almohadillas. Una onda cuadrada que desaparece significaría que algo más está tratando de impulsar el pad que el IC también querrá conducir. Esto puede justificarse para pasadores de drenaje abierto y bidireccionales, pero no para salidas puras.

No siempre funcionará, pero a veces puedes rastrear un corto con una cámara térmica ... por supuesto, debes tener una cámara térmica para hacerlo.

Simplemente encienda el tablero y observe muy de cerca a través de la cámara térmica para ver si un área del tablero se calienta mucho, podría ayudarlo a reducir el área al menos.

O puede usar la técnica de "Cámara térmica Louis Rossmann sin cámara térmica": cubra la placa con IPA, ejecute la energía a través del corto; lo que está en corto se calienta y el alcohol se evaporará muy rápido. Hace realmente obvio lo que está en corto. Vea la demostración aquí: https://youtu.be/gRV0cmIj5Ks?t=236 , sí, es un mal ejemplo, porque en este caso encuentra el corto con la cámara térmica, pero generalmente usa el método del alcohol, y Funciona genial.

Si no puede poner suficiente corriente en los rieles para que sea visible como calor, puede intentar usar un medidor de voltaje sensible.

Coloque el medidor en el rango de microvoltios (µV), toque una sonda de donde proviene la corriente y otra sonda donde sospeche que podría estar yendo. Cuanto más corriente atraviese esa ruta, mayor será la diferencia que mostrará el medidor.

Mi técnica habitual es mantener una sonda siempre en el conector de alimentación o el pin de salida del regulador de voltaje, y mover la otra sonda hasta que encuentre la mayor diferencia. Este punto es entonces el más cercano al cortocircuito.

Las trazas de PCB tienen una resistencia de alrededor de 1 miliohm por milímetro, dependiendo del ancho, por supuesto (puede verificar con una calculadora ). Por lo tanto, si el cortocircuito está consumiendo, por ejemplo, 100 mA, debería ver una diferencia de 1 mV por cada 10 milímetros.

También puede intentar hacer esto desde el lado GND, lo que podría ayudar si el cortocircuito es desde un pin de salida IC a tierra. Pero si la placa tiene un buen plano GND, probablemente no verá un voltaje con pequeñas corrientes.

Ya se mencionan las buenas opciones, pero agregaría esto. Descargo de responsabilidad : es más adecuado para cortos en trazas de señal.

Trazador de nodos atascado

El arte de la electrónica, pág. 276, analiza el "trazador de nodos atascados", un microvoltímetro sensible, que se usa mientras el circuito está encendido y puede indicarle dónde está el corto. Mantiene una de las sondas en una ubicación fija (por ejemplo, el riel 3V3), la otra se mueve a lo largo de las trazas de PCB. Las trazas que llevan el corto exhiben una caída de voltaje medible, por lo que cuanto más se acerque al corto, mayor será la visualización en el voltímetro.

Nunca he construido esto, pero parece razonable (y Tony EE también lo menciona). Pero es realmente más útil cuando los rastros de PCB en cuestión son delgados.

Arreglando un corto

En el caso de que el corto esté dentro de un IC, generalmente es un IC defectuoso y simplemente lo cambiaría. Puede haber sido asesinado por ESD o algún tipo de abuso.

Si está en el PCB (y no tuvo una prueba eléctrica), disfruto arreglarlos colocando un gran tapón (2kF@2.7V) en el corto para vaporizar los pequeños bigotes que lo causaron. Una vez que tuvimos un lote de PCB lleno de problemas como este (debido a una mala conversión a gerbers, lo que los hizo no compatibles con la DRC de la fábrica). Arreglamos un montón de tablas que tenían bigotes como este, fue una experiencia completamente divertida (aunque maloliente) :)

Si su electrónica no se ve afectada por 2.7V, también puede usar este método en una placa poblada. Solo ten cuidado con la polaridad, de lo contrario habrá humo en todas partes :)