提升PCB可测试性实用设计策略

原创于 2025-06-25 14:26:52 发布 · 739 阅读

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为什么可测试性对PCB设计很重要？

PCB的设计不仅要关注功能实现、电气性能和可制造性，还必须考虑可测试性。可测试性指的是电路板在制造后能否快速、准确、低成本地进行功能验证、故障定位和质量检验。对很多产品来说，测试环节决定了交付效率和返修成本。

如果没有良好的可测试性，即使电路设计本身没有问题，也可能在量产中出现大量误判、漏测或返工，带来时间和金钱的浪费。特别是在自动化测试和批量测试中，可测试性设计是保障产线效率和质量的关键。

因此，从最初的原理图设计阶段开始，就应将可测试性作为一项核心考虑。

二、PCB测试的基本原理和类型

1. 电路板测试方式分类

PCB常见的测试方式主要有以下几种：

ICT（In-Circuit Test，在线测试）：通过探针接触测试点，检测元件开路、短路、电阻、电容、电感等参数；
FCT（Functional Test，功能测试）：模拟实际运行环境，检测整个电路的功能是否符合设计；
Flying Probe Test（飞针测试）：适合小批量或原型板，不需针床，灵活性高；
Boundary Scan（边界扫描）：通过芯片的JTAG接口进行逻辑级测试；
AOI（自动光学检查）：通过相机检查焊接缺陷、器件错位、极性错误等；
X-Ray测试：检测BGA焊点、夹层空洞等不可见缺陷。

每种测试方法都有不同的适用范围，设计中要根据产品特性和测试资源选择合适方式。

2. 可测试性设计的核心要点

提高PCB的可测试性，本质上就是在设计时提前考虑以下问题：

是否能为每个关键节点提供稳定的探测点；
是否保证了测试信号的隔离性与一致性；
是否为探针、夹具等物理结构预留了足够空间；
是否考虑了测试程序对电路状态的控制路径；
是否有易于自动化分析的信号结构。

这些设计细节决定了后续测试能否顺利开展。

三、提升可测试性的设计方法

1. 设置充分的测试点

测试点是测试系统连接电路的关键。设计中应在每个重要信号、电源轨、地线、控制信号、时钟线上设置测试点。

建议：

每个信号至少设置一个单独的探测点；
使用焊盘直径1.0 mm左右，便于针床或飞针探测；
测试点可用专用焊盘，也可在元件引脚上加标记；
对于密集区域，可使用Via-in-pad或微型测试点。

在布线密度较高时，测试点位置需要提前规划，避免后期无处可加。

2. 避免测试点遮挡或失效

如果测试点被元器件、贴片封装遮挡，将导致无法测试。所以需要：

将测试点放在器件外侧或空白区域；
与元件之间保持足够距离，一般不少于1.5 mm；
禁止将测试点布在BGA下方；
对于关键器件，可设计测试延长引出线。

此外，所有测试点表面应无阻焊覆盖，以保证探针接触可靠。

3. 保证测试点的电连接清晰

测试点必须连接在目标网络上，不能仅连接元件引脚或中间节点。为保证测试精度，建议：

避免多个测试点连接到同一网络；
为测试用的上拉、下拉电阻单独设置测试点；
电源和地的测试点要分布均匀，便于参考电位；
有屏蔽或保护电路的信号，应在前级设置测试点。

同时，不应出现悬空测试点，即与实际电路无连通的假焊盘。

4. 统一测试点布局，便于夹具制作

在量产测试中，常用针床夹具。为了简化夹具设计，提高对准精度，应使测试点分布整齐，排列规则。

设计建议：

测试点尽量排列成矩阵、行列；
区分模拟、数字、电源信号的区域；
将功能测试和ICT测试的点分开排布；
所有测试点应尽可能集中在同一面；
重要测试点使用定位孔或参考点对齐。

统一的布局不仅利于夹具定位，也有助于程序维护。

5. 设计测试控制信号

在FCT测试中，需要控制电路的运行状态。可以设置如下控制点：

强制复位引脚；
电源开关控制点；
模拟量输入点；
通信接口（如UART、I2C、SPI）测试引脚；
测试固件触发脚。

这些信号可通过跳线、拨码开关或测试点实现。设计中应明确测试路径与工作路径分离，避免测试状态干扰正常运行。

6. 为测试预留接口

复杂产品中，可以预留标准通信接口，便于调试和功能测试。常见接口包括：

JTAG；
UART串口；
USB调试接口；
SWD（ARM Cortex系列）；
特定的模拟接口。

这些接口既可用于测试，也可用于固件下载、调试分析。接口应结构稳固、易插拔、占位小。

7. 加入可测试性分析环节

使用EDA工具的DFT（Design for Testability）分析功能，可以在设计阶段评估测试覆盖率。

可以通过：

自动检查未设置测试点的网络；
分析相邻信号间串扰风险；
检查通孔阻焊影响；
模拟夹具探针接触区域；
生成测试点网表与BOM数据。

分析完成后再修改设计，有助于减少测试遗漏和后期返工。

四、可测试性设计中的常见错误与优化建议

错误1：没有测试点或过少

一些设计仅在电源和复位点加测试点，忽略了功能信号测试，后期无法有效判断问题。建议所有关键网络都加最少一个探针。

错误2：测试点被焊盘或元件遮住

如果测试点被贴片器件、热缩管、电容挡住，就算布了也无法探测。应确保测试点位置暴露，表面无遮挡。

错误3：测试点重叠或太密

测试点之间距离太近，会导致夹具探针干涉、短路。建议测试点中心距大于2 mm，必要时适当简化非关键信号点。

错误4：测试点位置不一致

如果相同产品的多个版本测试点位置变化，会造成夹具不兼容，增加测试成本。测试点布置应保持稳定性。