Quais são alguns métodos eficazes para diagnosticar um curto-circuito ativo? Com isso, quero dizer um curto-circuito que se apresenta somente depois que uma PCB é ligada.

tl; dr

Eu tenho um design na fase de protótipo. 17 dos meus 20 painéis funcionam muito bem. Os outros 3 têm um curto-circuito em um trilho de 3,3V. Isso só aparece depois que a placa é ligada. Depois de remover a maioria dos componentes no trilho, localizei-o em um PHY Ethernet. Se eu levantar o CI, meu trilho é sólido como uma rocha de 3,3V. Quando o coloco novamente (também tentei 2 novos ICs), meu trilho está sobrecarregado novamente e ele cai.

Inspecionei visualmente minuciosamente e examinei o quadro quanto a shorts, mas não consigo encontrá-lo. Tirei praticamente tudo do IC (cristal, resistores em série, contas de ferrite, etc.), mas ainda tenho o mesmo comportamento. Também tentei reter o chip, mas isso não ajuda. Eu levantei pinos individuais no IC (VDDIO) e o consertei, mas não oferece um diagnóstico real. Estou começando a me perguntar se há algum problema com a fab de PCB, mas não tenho muita certeza de como isso poderia causar isso. Eles afirmam fazer 100% de teste eletrônico. Qualquer conselho será apreciado!

Embora eu deseje boa sorte com seu esforço com a câmera térmica, eu realmente esperaria que a câmera mostre o IC afetado pelo curto (o Ethernet PHY?), Não pelo curto em si. Você teria que ter muita sorte para que o ponto defeituoso real tivesse maior resistência do que as partes internas de um CI.

Se você não encontrar nada com a câmera, eu verificaria a continuidade do trilho GND / 3.3V em qualquer um dos pinos do IC que não estão realmente conectados ao GND / 3.3V. Faça isso com um diodo testado, pois uma junção com polarização direta é próxima o suficiente para uma curta.

Se isso sair negativo, eu ligaria a PCB com o IC removido e verificaria a tensão em todos os pinos (idealmente, uma forma de onda de inicialização, mas pode ser entediante para um grande número de pinos). Qualquer voltagem fora da faixa de 0..VCC pode potencialmente travar o IC, uma condição que normalmente parece curta.

Finalmente, eu verificaria se todas as almofadas correspondentes aos pinos de saída podem ser ativadas ativamente. Isso pode ser feito conectando um osciloscópio e um gerador de sinal, produzindo uma onda quadrada de 0-3,3V (para que você veja a onda quadrada no osciloscópio) e, em seguida, conectando a sonda aos pads. Uma onda quadrada que desaparece significa que outra coisa está tentando acionar o pad que o IC também desejará dirigir. Isso pode ser justificado para pinos de dreno aberto e bidir, mas não para saídas puras.

Nem sempre funciona, mas às vezes você pode rastrear um curto com uma câmera térmica ... é claro que você precisa ter uma câmera térmica para fazer isso.

Basta ligar a placa e observar de perto a câmera térmica para ver se uma área da placa fica realmente quente; isso pode ajudá-lo a afinar a área pelo menos.

Ou você pode usar a técnica "Câmera térmica Louis Rossmann sem câmera térmica" - cubra a placa com IPA, passe energia pelo curto - o que está em curto esquenta e o álcool evapora muito rapidamente. Isso torna realmente óbvio o que está em curto. Veja a demonstração aqui: https://youtu.be/gRV0cmIj5Ks?t=236 - sim, é um exemplo ruim, porque ele encontra o short com a câmera térmica nesse caso, mas geralmente usa o método do álcool e funciona bem.

Se você não conseguir colocar corrente suficiente nos trilhos para ficar visível como calor, tente usar um medidor de tensão sensível.

Coloque o medidor na faixa de microvolt (µV), toque em uma sonda para onde a corrente vem e em outra sonda para onde você suspeita que esteja indo. Quanto mais corrente estiver percorrendo essa rota, maior a diferença que o medidor mostrará.

Minha técnica usual é manter uma sonda sempre no conector de alimentação ou no pino de saída do regulador de tensão e mover a outra sonda até encontrar a maior diferença. Este ponto é o mais próximo do curto-circuito.

Os traços de PCB têm uma resistência de cerca de 1 miliohm por milímetro, dependendo da largura do curso (você pode verificar com uma calculadora ). Portanto, se o curto-circuito estiver consumindo, por exemplo, 100mA, você verá uma diferença de 1mV a cada 10 milímetros.

Você também pode tentar fazer isso do lado do GND, o que pode ajudar se o curto-circuito for de um pino de saída IC para o terra. Mas se a placa tiver um bom plano GND, você provavelmente não verá uma tensão com pequenas correntes.

As boas opções já foram mencionadas, mas eu adicionaria isso. Isenção de responsabilidade : é mais adequado para curtos em traços de sinal.

Rastreador de nó preso

A arte da eletrônica, pág. 276, discute o "traçador de nó preso" - um microvoltímetro sensível que você usa enquanto o circuito está energizado e pode apontar para onde está o curto. Você mantém uma das pontas de prova em um local fixo (por exemplo, o trilho 3V3), a outra que você move ao longo dos traços da PCB. Os traços que carregam o curto exibem uma queda de tensão mensurável; portanto, quanto mais próximo você chegar do curto, maior será a exibição no voltímetro.

Eu nunca construí isso, mas parece razoável (e Tony EE também menciona). Mas é realmente mais útil quando os traços de PCB em questão são finos.

Corrigindo um curto

No caso em que o curto está dentro de um IC, geralmente é um IC defeituoso e eu apenas o alterava. Pode ter sido morto por ESD ou algum tipo de abuso.

Se estiver no PCB (e você não teve teste elétrico), eu gosto de consertá-lo colocando uma supercap grande (2kF@2.7V) no curto para vaporizar os pequenos bigodes que o causaram. Certa vez, tivemos um lote de PCBs repletos de problemas como esse (devido à má conversão para gerbers, o que os tornava não compatíveis com a RDC da fábrica). Consertamos um monte de pranchas que tinham bigodes assim, foi uma experiência divertida (embora fedorenta):)

Se sua eletrônica não for eliminada por 2,7V, você também poderá usar esse método em um painel preenchido. Apenas tenha cuidado com a polaridade, caso contrário haverá fumaça em todos os lugares :)