Programátory T51prog/T51prog2, PIKprog+/PIKprog2, MEMprog/MEMprog2 a SmarProg/SmartProg2. Príčina chyby v selfteste programátora: "Pindriver (TTL) test ... ERROR"

V tejto aplikačnej poznámke by som rád vyjadril definitívne stanovisko firmy Elnec k relatívne vysokej chybovosti programátorov T51prog, čiastocne T51prog2, PIKprog+/PIKprog2 a SmartProg/SmartProg2, presnejšie k chybe, indikovanej v selfteste programátora ako "Pindriver (TTL) test ... ERROR" ("Test generátorov TTL: chyba").

Firma Elnec sa snaží s maximálnou dôslednosťou, aby naše programátory slúžili zákazníkom spoľahlivo. Hardware programátorov je navrhnutý so značnou rezervou pre trvalú prevádzku, univerzálne programátory LabProg/BeeProg/JetProg/BeeProg+ sú vybavené naviac efektívnymi ochrannými obvodmi voči ESD. Rovnaká starostlivosť je venovaná výrobnému procesu a smozrejme každý programátor je zahorovaný.

Naše univerzálne programátory preto vykazujú dlhodobú poruchovosť maximálne 1%, špecializované programátory vykazujú poruchovosť maximálne 2%.

Preto nás vážne znepojila zvýšená chybovosť programátorov T51prog, PIKprog+ a čiastočne T51prog2, PIKprog2 a SmartProg/SmartProg2, prejavujúca sa chybou "Pindriver (TTL) test ... ERROR". Táto chyba znamená v 99% prípadoch poškodený obvod Xilinx FPGA Spartan XCS05, ktorý tvorí jadro spomenutých programátorov a zároveň TTL pindriver. Poškodenie obvodu XCS05 je špecifické a prejav chyby je presne rovnaký u všetkých poškodených obvodov.

Na príklade programátora T51prog uvádzam, co myslíme pod pojmom "zvýšená chybovosť". Ku koncu 4/2005 bolo reklamovaných celkom 6% programátorov T51prog, pričom 5.5% (!) prípadov bolo poškodenie obvodu XCS05. Mimochodom, s hrdosťou teda môžeme skonštatovať cca 0.5% chybovosť programátora T51prog firmy Elnec.

Kedže v Elnec nezvykneme zvaľovať vinu na druhých, urobili sme množstvo technických aj štatistických analýz poškodenia programátorov aj obvodu XCS05 s cieľom nájsť a odstrániť príčinu chyby. Zapojenie programátorov sme tež nechali analyzovat nezávislým vývojárom a nakoniec aj aplikačým inžinierom firmy Xilinx. Analýza zapojenia neukázala nič chybné.

Zo štatistickej analýzy vyplývali ale zaujímavé fakty:
1) poškodené boli VŽDY tie piny XCS05, ktoré sú zapojené na päticu ZIF
2) firma Atmel od nás odobrala 100 ks T51prog a ŽIADEN nebol poškodený (overené u firmy Atmel)
3) chyba sa vyskytla u niektorých zákazníkov viac krát (!)
4) v zimných a jarných mesiacoch sme registrovali zvýšený počet reklamácií
5) úplne ten istý obvod na tom istom mieste (TTL pindriver) je použitý aj v programátore BeeProg, ale v ŽIADNOM programátore BeeProg doteraz XCS05 nebol poškodený

Začali sme mat tušenie, nie však istotu. Preto sme sa dohodli s firmou Xilinx, že zoberú niekoľko obvodov na dôkladné otestovanie. Po nárocnej práci (chemické odstránenie púzdra, potom odbrusovanie a analýza jednotlivých vrstiev poškodených obvodov elektrónovým mikroskopom) sme dostali konečné stanovisko, spoločné pre všetky zaslané obvody. Abstrakt z výsledkov analýzy:

Ako vidieť, naše podozrenie sa potvrdilo: obvody boli poškodené elektrostatickým výbojom (ESD).

Takže môzem pristúpiť k vysvetleniu horespomenutých štatistických faktov:
1) užívateľ sa dotýka pinov ZIF pätice a ISP konektora pri práci s programovaným obvodom, preto boli poškodené len niektoré piny obvodu XCS05
2) firmy, kde majú zavedené (a dodržiavajú) pravidlá pre prácu s elektrostaticky citlivými obvodmi, u nich sa chyba nevyskytuje
3) zákazníci, ktorí ignorujú pravidlá pre prácu s elektrostaticky citlivými zariadeniami poškodia programátor opakovane
4) v zimných mesiacoch je znížená vlhkosť vzduchu. Pri zníšenej vlhkosti vzduchu je výsledný náboj vyšší a elektrostaticky nabitý predmet sa samovoľne vybíja pomalšie.
5) programátor BeeProg (rovnako ako ďalšie programátory vyššej cenovej kategórie, teda LabProg+, JetProg a BeeProg+) má na všetkých pinoch ZIF pätice a všetkých pinoch LPT portu ESD ochranu, zaručujúcu bezpečnosť aspoň pre výboje do 15kV (human body model).

Len pre informáciu, spomenutý obvod Xilinx Spartan XCS05 má štandardnú (2kV) odolnosť voči ESD. Chôdzou po koberci v zimných mesiacoch sa telo može nabiť aj na viac ako 30kV.

Záver.

Poškodenie výrobku nedodržiavaním zásad manipulácie so zariadením znamená nesprávnu manipuláciu s výrobkom. Záručné podmienky nekryjú závady spôsobené nesprávnou manipuáciou. Teda na programátory T51prog/T51prog2, PIKprog+/PIKprog2, SmartProg/SmartProg2 a MEMprog/MEMprog2, u ktorých je poškodený obvod XCS05, sa nevzťahuje záruka.

Ohľadne zásad manipulácie s elektorickými zariadeniami odporúčam do pozornosti napr. aplikačnú poznámku Elnec Poznámky k manipulácii s elektronickými zariadeniami alebo priamo stránku združenia Electronic Discharge Association.

S úctou
Ján Puobiš, Elnec

Prešov, Máj 2005, editované v Novembri 2008
Autor: Ján Puobiš, Elnec