UP-256测量CPU的原理

shangdawei · 发表于 2017-4-10 17:56:24

本帖最后由 shangdawei 于 2017-4-10 17:56 编辑

UP-256 测量CPU等BGA 封装芯片的原理主要是通过测试CPU是否开路、断路、内阻异常三个方面实现，下面我们来分析一下芯片开路、断路、内阻异常的症状和特性，并结合芯片的管脚特性来进行分析UP-256 所采用的特殊技术。
首先我们来分析一下芯片的管脚特性，一般的芯片，特别是CPU类芯片，其管脚部分的内部结构如图 1 所示，包括逻辑控制部分，可编程器延时电路，输入缓冲区，输入缓冲区，可编程上下拉电路，ESD保护电路等等。其中ESD（静电）保护电路主要由ESD保护二极管或者总线电压钳位二极管组成，而且大部分为齐纳稳压二极管，如下图 2 所示。

芯片开路（断路）：芯片的管脚与芯片内部电路开路有几个原因造成，一是管脚的 BGA 珠脱落，可以通过观察看到的；二是 BGA 珠与内部晶片相连的金属丝线（如图 3 所示 ,FLASH ）断裂；三是内部晶片损坏。

芯片短路：芯片的管脚与管脚之间出现短路的原因，同样有几个原因造成，一是管脚的 BGA 珠互相短路；二是芯片内部损坏；三是 ESD 二极管击穿造成短路。

芯片内部阻抗异常：由于芯片管脚的功能千差万别，例如有些是作为输出用途的，有些是作为输入用途的，有些是双向的，有些是特殊功能的。就输入功能而言，有弱上拉或者弱下拉的，甚至这些弱上下拉都是可以控制的，当控制为完全没有上下拉的时候，管脚的内阻几乎是无限大，但即使是控制为弱上拉或者弱下拉，其内阻也是会随着VCC0电压、外部电平、外部测量电阻电压等因素而改变的，也就是说不能把内部阻抗用纯电阻来理解；就输出功能来说，输出的驱动电流强弱、输出的电压摆幅等影响，当在外部测量其内部阻抗的时候，同样会容易这些因素的影响；对于双向管脚更复杂，因为双向代表可以随时控制为输入或者输出状态，因此如果光靠机械的测量纯内部阻抗来判断芯片的好坏是不可靠的，例如如果说 D0 的内部阻抗为 10001 欧姆才说明正常、或者 D0 的测量电压为 1.01V 才叫正常，那是不对的。
另外，如果要测量更深入，恐怕要几十万美元的进口高精密仪器了。例如CPU数据总线的速度、某些I/0的转换速率、内部FLASH的可靠性等等，还有些象电源IC，还要测电流频率特性、耐性等等。这些都超出手机维修的范围。

UP-256 判断管脚的管脚异常的其中一种方法是通过判断相对电压来判断的，举个例子，例如 VCC0到 D0 的电压差，如果是 0.2V 以上，就说明没有短路，但如果 VCC0 到 D0 的电压差小于 0.1V 甚至0V 就说明短路吗？不一定，还要反过来测量 D0 到 VCC0 的电压差，如果大于 0.2V ，说明没有短路，只是内部电路的特殊作用，造成单向特别导电而已。再例如，如果用 2.0V 的电压测量 VCC0到 D0 的电压差为 2.0V （相当于内阻为无限大），那么就说明 D0 或者 VCC0 开路（断路）了吗？也不一定，还要进行反向测量，再与其他管脚一起测量比较才能得出结果，甚至改变测量电压，例如用 3.8V 再测量一次，结果就有可能不同了，典型例子就是具有齐纳稳压二极管的低电压 CPU，例如 1.2V 的，因为 3.8V 才让齐纳稳压二极管导电。

因此，UP-256所采用的方法比较特殊但又简单可靠，出于技术保密缘故，在此不一一阐述，总体来说是采用一种模糊识别理论和相对多从比较法相结合的智能判断方法来实现的。