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發光二極管（LED）常被用于各種現代電子設計與系統中，以提供影像顯示與狀態檢視的功能。在機板日趨復雜之際，廠商紛紛尋求更多的測試功能，來檢驗每個組件。而這將會使得邊界掃瞄測試（Boundary Scan Test；BST）演進到加入具備完整功能的內建自我測試（Build-in Self Test；BIST）技術。業者面臨的挑戰在于至今仍有一些組件的自動測試功能有限，必須依賴人工測試或目測來偵測故障狀況。這類LED可制造出1美元成本的零組件，應用在售價達1萬美元的線路卡或系統中，因此，零組件品質的優劣會直接影響顧客滿意度，以及對整體產品品質的觀感。 LED測試瓶頸 LED的故障通常可分為兩大類。第一，當LED在插入前置面板顯示器或其它狹小空間時，因組件故障、電路板組裝問題以及機械組裝破損，會造成電子開路與短路。第二種則是當鄰近LED在被激化至相同狀態時，其色彩與亮度會出現不一致的狀況。利用BST檢驗線路的連續性，就能在其它組件中找出第一種故障形態。但在獨立型LED中，內建BST功能并不是一種可行的作法，制造工程師只好以目測方式來檢驗LED。目測的檢驗流程是由技術人員觀察LED狀態，之后再回報所有組件都正常無誤。這種重復性的作業容易出現人為失誤，因此檢驗更加復雜，以確保技術人員沒有分心出錯。對于測試人員與業者而言，這種測試流程都不是一種有效率、具有附加價值的方法。 （圖一）一般LED發光電路示意圖 在尋找LED測試的替代方法之前，有必要檢視LED在正常系統運作下的運作程序。基本而言，當施加電壓讓二極管進入偏壓狀態時，LED就會發光，如（圖一）（a）所示。由于二極管的反應屬于非線性模式，因此通常會在電路中加入一個限流電阻器，以確保不會超過驅動針腳的電流上限。一般而言，單色LED通常是由一個驅動器所控制，并連結至一個針腳上，另一根針腳則接地（GND）。這種設計可使得一個針腳就可以控制一個LED。要顯示多種顏色，只要加入其它顏色的LED，并將其輸入端連結至其它針腳即可。 簡易LED測試解決方案 圖一（b）顯示一個雙色LED組態，使用一個共同的接地端，并連結不同的驅動器。在同一空間內結合兩個或更多不同顏色LED會發生的情況之一便是若兩個LED同時被激化，其所呈現的混色則取決于兩個LED所顯示的顏色。另一種建置雙埠雙色LED的方法，則是把兩個組態過的LED以頭接尾的方式連結，任一方的發光狀態則取決于進入偏壓狀態的另一方LED。若需要顯示混色，情況就變得更復雜，系統必須以更快的速度在兩種激化狀態之間進行切換，如此肉眼才不會看到切換時的閃爍，而讓混色呈現單一顏色狀態，如圖一（c）所示。在以下的討論中，將介紹這種雙色LED，因為它代表最復雜的狀況，而且也涵蓋了其它種類的建置方法。 （圖二）連接比較器的雙色LED電路 觀察（圖二）中LED的運作，若針腳1與針腳2輸入相同的電壓（通常為 Vcc 或GND），不會有任何電流產生，而電路中所有點都會測得相同的電壓。當兩個針腳的電壓高低不同時，雙色LED就會產生偏壓，測量點的電壓就會成為一個diode（通常為0.7伏特），會高于或低于針腳2的電壓。若能測量到此點的電壓，LED的狀態就能確定，也能發展出涵蓋各個LED的自動化測試機制；并且可藉此辨識出LED在制造與測試過程中大部份的故障狀況。就最基本的層面而言，若每個LED連結至一個比較器，并選擇合適的設定點作為比較器的輸入來源，LED就能進行測試流程。在這種測試中，測試器處在完全被動的狀態，因此，LED控制器必須把LED放在適合的電子狀態中。 此外，由于理想狀況是LED在各種不同的狀態下受測（受激化后顯示不同顏色或是關閉），因此比較器的設定點最好能夠加以調整。但這需要用到更多的組件，機板研發人員也須增加耗電量。這種方法的主要缺點在于零組件數量過高，因為每個LED需要自己專屬的比較器，或某種形態的多任務機制來提高LED的涵蓋率，但另一方面卻須減少零組件數量。此外，還須面臨控制所有設定點的復雜作業，以確保在適當的設定點中檢查到正確的數值。 整合度略高的解決方案可使用多種A/D模擬數字轉換器，并透過多任務機制對所有測試點進行采樣，將結果匯整成處理元素的格式。這些信息可用來研判其所測出的電壓值，對于處于測試中的現有LED組態而言是否合適。雖然這種方法可減少零組件數量，但仍需要多個組件來執行作業，以及處理從測試點所擷取到的數據。而整合度更高的系統，則是運用一個具備多種模擬功能的微控制器。這種方式能把A/D采樣以及處理功能整合至單一組件。 實際的測試流程則類似其它機板測試，其中可能發生組裝（機板與機箱）錯誤。單一測試模式僅能檢驗出激態LED是不足以確保運作正常，因此業界必須發展出一套完整的測試方案。以下顯示一個雙色LED的范例： （1）所有LED關閉（兩個連結至Vcc的針腳）–接地端偵測為短路狀態； （2）所有LED關閉（兩個連結至接地端的針腳）–Vcc端偵測為短路狀態； （3）所有LED開啟（顏色一）–在顏色一電路信道中偵測到故障； （4）所有LED開啟（顏色二）–在顏色二電路信道中偵測到故障； （5）所有LED關閉（鄰近LED線路在Vcc端與接地端之間切換）–于LED線路間偵測到短路狀態； （6）反復第（5）步驟，偵測反方向的通道。 完成這六項步驟，就可確定LED所有功能都正常無誤，而且在原始機板組裝或是前置面板的機械組件也沒有任何故障狀況。如此一來，能大幅降低對于人工目測LED功能的依賴，讓制造工程師能夠在制造流程中的任何階段均能夠測試LED功能。此外，設計人員還必須額外考量負責控制與驅動LED組件，與測試組件之間的協調運作。組件之間必須具備握手（handshaking）機制，確保測試組件了解目前LED 的“預期”狀態，點1的電壓值代表通過測試與測試失敗，如圖二所示。（圖三）顯示一個可程序化的測試電路組態，這個組件是設計用來監控26個LED，并透過一個I2C接口與整個系統相連結。這項設計讓系統能對所有設定點進行調整，并指定接下來要測試的組件。運用I2C接口讓外部系統能研判任何測試的結果，以及每個LED的效能表現。 （圖三）可程序化LED測試電路組態 另一種在設計中加入微控制器的方法，就是將控制與測試功能整合在同一個組件中。一般使用的連結埠擴充器可用來支持設計中的LED控制功能，組件中的模擬功能則可用來同時執行測試工作。這項整合可簡化設計工作，因為設計人員僅須發出一個測試指令，讓微控制器負責控管所有的程序，完成后還會自動切換至正常的系統運作狀態。由于組件必須支持控制與測試功能，雖然額外的針腳與軟件復雜度將衍生出更多的硬件需求；但另一方面也降低系統處理器在制造測試，與正常系統運作時LED控制作業的負載量。 結語 總結來說，目前許多LED都是以目測方式進行檢驗，很容易遇到人為疏失的問題，因此，業界已發展出許多替代的測試方法。這些方法不僅能提高測試的可靠度，還帶來部份自動化測試的效益，以取代人工測試流程。這不僅能降低成本，而且能讓LED在組裝流程的任何階段都能進行測試，甚至成為正常啟動程序中的一環。而現有的LED測試程序均無法提供上述這些功能。 |
