测试基础篇-Spike Check (降低客诉的利器)

Jerry Gao | 2015年5月12日 | 原创分享 | 0 条评论 | 28180

什么叫Spike Check，就是检查输出的峰值电压（Voltage Peak Testing），以防止过压对IC造成损伤或损坏（通常称之为 EOS – electrical overstress）。

如下图1所示，就是利用示波器抓到的某个管脚的波形，我们可以看到，最大和最小的Spike分别为7.2V和-0.8V。如果这些电压超过了IC所能容纳的最大极限电压，就有可能对IC造成损伤，极大地提高了失效风险。

图1

如何来定义这个极限电压呢？有一种常用的标准是，最大的Spike电压不超过absolutely电压的10%。

在测试调试中，需要对每一个测试管脚进行Spike Check，确保Spike没有超出范围。

如下图2所示，我们可以知道，Vin和Vcc的absolutely voltage为-0.3V~6V，这样，Spike的最高电压就不超过6.6V，最低的Spike电压，理论上不超过-0.33V。而在实际的测试中，由于我们利用了ESD二极管进行开短路测试，所以，ESD二极管的导通压降可能会有-0.3V~-0.9V，所以，最低的Spike电压，可能会比-0.33V更低，关于这点，需要做好说明。

图2

如下图3所示，是利用万用表对某两个管脚抓取整个测试过程的波形。整个的测试时间，大概为4秒左右。此时的采样频率为1.25MS/S，很显然，我们看到channel3的最大的Spike电压达到了6.88V。继续利用示波器的ZOOM功能，我们可以看到出现Spike部分的详细情况，如下图4所示。实际上，采用合适的trig方式，我们可以采用更高的采样频率，抓取到更为详细的信息。

图3

图4

那么，测试中的Spike是怎么产生的呢？如何消除或减弱spike的影响呢？

比如，下冲(undershoot)或过冲(overshoot) 。过冲就是第一个峰值或谷值超过设定电压，对于上升沿是指最高电压而对于下降沿是指最低电压。下冲是指下一个谷值或峰值。不恰当的量程设置，就可能产生Spike；施加电压速率过快，也可能产生Spike；不恰当的外围电路设置，也可能产生Spike。

在模拟测试中，我们往往采用开尔文连接方式，这个时候测试源采用负反馈的方式来稳定输出电压，测试源会通过检测sense端电压来调节force端输出电压，如果sense端存在一定的电容影响，sense端检测到的电压会滞后，即使输出端的电压已经达到预设值，由于电容的影响，sense端检测到的电压会比实际的输出电压小，这个时候，测试源会继续提高force输出电压，这就造成了更高的实际的输出电压，造成过冲。

电流量程档设置不当，也会造成overshoot。有一些管脚，在进入稳定状态之前，需要一个较大的电流，如果电流量程档设置不当，就会产生Spike。

继电器控制不当，比如发生热切换，就容易产生Spike。对于继电器的控制，如果继电器开闭过程中两端存在电压差，就会产成Spike。这个Spike会对IC及继电器都会造成损伤。

继电器的控制线圈，需要具有反向的放电二极管，否则，由于控制电压较高（比如12V），容易产生耦合电压，产生Spike。

测试资源上电或者下电操作不当，容易产生Spike。一般来讲，上电的时候，电源端先上电，然后是控制端上电，其次是加负载，然后进行测量。下电的时候，先下负载，然后是控制端下电，再是电源端下电。

测试资源下电，需要根据实际情况采取不同的措施，如果是负载管脚，需要先将负载电流变为0，然后再断开。如果是控制管脚，一定要等负载先去掉以后再进行下电。对于电源管脚，一定要等其他管脚下电以后再下电。

控制测试源的时候要注意，尽量将电压/电流设置为0以后，再闭合或者断开测试源的继电器，要尽量避免在电压/电流存在情况下，直接断开测试源的输出继电器。要特别注意的是，要先确定先将电压或电流设置为0不会产生负面的影响。

切忌在改变电压的同时改变电流量程档，或者改变电流的同时改变电压量程档，否则，会出现严重的spike。

外围电路中的电容和电感，如果操作不当，容易产生Spike。电感和电容都是储能器件，一旦存储能量以后，再次使用之前，一定要利用测试源、外围电路或者合适的方法对其放电，释放能量，否则，就容易产生Spike。

有的时候，器件本身工作会振荡，就会容易产品spike。这个时候，要和应用或者设计工程师，找到合适的方法，尽量降低spike。

当器件状态进行突变时，比如电压或者电流负载，也容易产品spike，需要尽量避免这种情况。测试源本身的响应能力是有限制的，而测试源到器件之间，同时还有电容及电感效应存在，都会对测试电路产品影响，产生spike。

一些不恰当甚至错误的测试条件，容易产品spike，有的时候，测试方案本身都有可能出现问题。这个时候，一定要多和应用及设计工程师进行沟通，找出问题并解决问题。

如果因为一些特别原因，spike仍然超出允许范围，那就需要设计工程师进行确认和风险评估。