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IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的邊界掃描技術(shù)是針對(duì)復(fù)雜數(shù)字電路而制定的｡標(biāo)準(zhǔn)中的自治測(cè)試技術(shù)現(xiàn)已成為數(shù)字系統(tǒng)可測(cè)性設(shè)計(jì)的主流｡在利用邊界掃描技術(shù)對(duì)芯片印刷電路板進(jìn)行測(cè)試時(shí),單芯片與多芯片電路板雖有相同點(diǎn),但也有不同點(diǎn)｡因?yàn)槎嘈酒碾娐钒蹇梢詫讉�(gè)芯片分別作為測(cè)試向量進(jìn)行發(fā)送和接收,而單芯片電路板則只需要一個(gè)集發(fā)送､接收于一體的芯片｡本文在以PC機(jī)作為邊界掃描測(cè)試向量生成和故障診斷的基礎(chǔ)上,對(duì)單芯片EPM9320LC84的印刷電路板故障診斷進(jìn)行了討論｡ 1 EPM9320LC84的結(jié)構(gòu)和性能 1.1 主要性能 EPM9320LC84是Altera公司生產(chǎn)的EPLD器件,它的主要性能如下: 內(nèi)含JTAG邊界掃描測(cè)試電路｡ 在5V電源條件下,JTAG接口可編程｡ 所有的I/O均可在3.3V或5V電源下工作,并且在引腳處都有輸入/輸出寄存器｡ Altera MAX+PLUSⅡ 開發(fā)系統(tǒng)可提供軟件設(shè)計(jì)支持,該開發(fā)系統(tǒng)可工作在486PC機(jī)､奔騰PC機(jī)､Sun SPARC工作站､HP9000系列700工作站､IBM RISC系統(tǒng)/6000或DEC Alpha AXP工作站上｡ 利用EDIF､Verilog HDL､VHDL和其它軟件可通過CAE工具(如OrCAD)提供仿真支持｡ 1.2 管腳說明 圖1是EPM9320LC84的引腳圖,其功能如下: VCC､VPP:芯片電源端｡ GND:芯片地端｡ I/O:輸入/輸出引腳｡ IN1~IN4:專用輸入引腳｡ TCK,TMS:分別為時(shí)鐘測(cè)試和測(cè)試模式選擇端｡ :測(cè)試模式選擇端｡ TDI,TDO分別為測(cè)試數(shù)據(jù)輸入､輸出端｡ 其中,TCK､TMS､TDI､TDO為JTAG邊界掃描接口,它們和芯片內(nèi)部的邊界掃描寄存器504個(gè)數(shù)據(jù)捕獲寄存器,168個(gè)數(shù)據(jù)更新寄存器,一個(gè)指令捕獲寄存器,一個(gè)指令更新寄存器 鏈形成的邊界掃描結(jié)構(gòu)一起可用于芯片內(nèi)部和外部測(cè)試｡ 2 測(cè)試系統(tǒng)配置 把ByteBlaster 下載電纜連到PC機(jī)的打印并口可實(shí)現(xiàn)PC機(jī)并口與JTAG接口的互連｡  C機(jī)可用軟件來控制邊界掃描接口以完成邊界掃描測(cè)試任務(wù)｡ 利用VC++語言可編寫MFC應(yīng)用程序(內(nèi)容主要包括:TAP控制類､測(cè)試向量生成､發(fā)送､采集類､故障診斷類等)?以達(dá)到人機(jī)交互､故障診斷､數(shù)據(jù)管理三個(gè)方面的要求｡ 3 數(shù)據(jù)發(fā)送與數(shù)據(jù)采集 3.1 數(shù)據(jù)發(fā)送 通過extest模式發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)｡可在移位階段將捕獲寄存器的數(shù)據(jù)移出,同時(shí)將測(cè)試圖形移入｡而在更新階段,測(cè)試圖形從捕獲寄存器傳送到更新寄存器,再由更新寄存器驅(qū)動(dòng)測(cè)試信號(hào)并將其輸出至I/O引腳｡對(duì)于單芯片電路板來說,無論是輸入引腳,還是在引腳發(fā)送測(cè)試圖形時(shí),其控制三態(tài)均應(yīng)為輸出狀態(tài),即令OEJ更新寄存器為1｡ 3.2 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)采集的目的是得到引腳對(duì)測(cè)試圖形的響應(yīng)｡如果引腳正確,輸出的測(cè)試圖形就等于采集到的測(cè)試圖形,如果引腳出現(xiàn)故障,兩者必有差異｡由于采集到的測(cè)試數(shù)據(jù)就是故障診斷的依據(jù),所以能否正確､合理地采集到數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵｡單芯片電路板不像多芯片那樣利用sample模式采集數(shù)據(jù),而是仍舊利用extest模式來采集數(shù)據(jù)｡ 圖2是利用sample模式采集數(shù)據(jù)的原理圖｡在捕獲階段,由OEJ和OUTJ來控制三態(tài)門狀態(tài),以使電路板上三態(tài)輸入引腳為高阻狀態(tài),三態(tài)輸出引腳為輸出狀態(tài)｡由于采集的數(shù)據(jù)是引腳的實(shí)際狀態(tài),而不是引腳對(duì)輸出測(cè)試圖形的響應(yīng),故用sample模式不能正確地采集測(cè)試圖形以用于故障診斷｡ 圖3是利用extest模式在捕獲階段進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的示意圖,圖中的三態(tài)門受OEJ､OUTJ更新寄存器控制,而這兩個(gè)寄存器的數(shù)值是發(fā)送測(cè)試圖形時(shí)的值,三態(tài)有效｡所以它所采集的數(shù)據(jù)即為引腳對(duì)測(cè)試圖形的響應(yīng),可以滿足采集要求｡ 4 測(cè)試算法 電路板常見故障模型有呆滯型故障､固定開路故障和短路故障｡為了消除誤判和混淆故障及提高診斷速度,可在算法上結(jié)合電路結(jié)構(gòu)對(duì)自適應(yīng)算法和CX-TB導(dǎo)通測(cè)試算法以及二進(jìn)制計(jì)數(shù)測(cè)試序列進(jìn)行改進(jìn),以對(duì)引腳全部的短路故障､呆滯故障進(jìn)行完備診斷｡具體步驟如下: (1)引腳分類 電路圖中的引腳可分為輸入､輸出､輸入/輸出､空閑､專用輸入､地/電源､NC幾類｡由于專用輸入引腳邊界掃描結(jié)構(gòu)沒有更新寄存器,所以測(cè)試圖形無法輸出到引腳因此不能用此方法測(cè)試｡而地/電源引腳､NC引腳不帶有邊界掃描結(jié)構(gòu)所以也不能測(cè)試｡故此,真正能進(jìn)行測(cè)試的引腳只有前四類｡可令n等于前四類引腳數(shù)目的總和｡ (2)生成測(cè)試向量 按照引腳號(hào)對(duì)前四類引腳進(jìn)行從小到大排序,序號(hào)為:0到n-1,然后計(jì)算log2(n+2)的值,再根據(jù)有余進(jìn)一的原則算出并行測(cè)試向量個(gè)數(shù)m｡為避免出現(xiàn)誤判,可從000……1開始進(jìn)行二進(jìn)制計(jì)數(shù),以形成測(cè)試向量,其行數(shù)為n,列數(shù)為m｡ (3)發(fā)送測(cè)試向量 (4)采集測(cè)試結(jié)果 (5) 添加測(cè)試圖形 比較測(cè)試序列與采集到的結(jié)果,確定異常行(總數(shù)W)｡為避免混淆和誤判故障,可進(jìn)一步添加C個(gè)為全0或全1碼的測(cè)試圖形｡ (6)故障診斷 該算法具有故障定位準(zhǔn)確,測(cè)試周期短,測(cè)試效率高等特點(diǎn)｡ 5 故障診斷 由于EPM9320LC84芯片采用CMOS工藝制作,因此,它的引腳與地､電源短路分別歸為呆滯于0和呆滯于1;器件引腳懸空也歸為呆滯于0｡其引腳互連測(cè)試圖形是“與”邏輯｡ 具體診斷時(shí),可比較輸出測(cè)試圖形與采集測(cè)試圖形的差異,相同即為正常行,不同則為異常行｡診斷過程如下: 若異常行和正常行的測(cè)試向量相同,則添加測(cè)試圖形令異常行并行測(cè)試向量為全0,其余行測(cè)試向量為全1,而對(duì)于發(fā)送､采集添加的測(cè)試向量,若正常行采集結(jié)果為全0,則正常行與異常行對(duì)應(yīng)引腳互連｡否則必有其它腳與異常行對(duì)應(yīng)腳互連｡ 如果異常行向量是全1,判斷異常行對(duì)應(yīng)引腳呆滯于1｡ 如果異常行向量為全0,則可添加測(cè)試圖形令所有測(cè)試向量為全1,同時(shí)發(fā)送､采集添加的測(cè)試向量,此時(shí)若異常行測(cè)試結(jié)果為全0,則異常行對(duì)應(yīng)引腳呆滯于0｡否則必有其它腳與該異常行對(duì)應(yīng)引腳互連｡ 如果兩個(gè)異常行測(cè)試向量相同且為全0,則可添加測(cè)試圖形以令所有測(cè)試向量為全1,同時(shí)發(fā)送､采集添加的測(cè)試向量,如果異常行為全0,則異常行對(duì)應(yīng)引腳呆滯于0;如果測(cè)試結(jié)果是兩行都為全1,則添加測(cè)試圖形令兩個(gè)異常行測(cè)試向量分別為全1和全0,其余向量為全1,再一次發(fā)送､采集添加的測(cè)試向量,如果采樣結(jié)果是兩個(gè)異常行為全0,則兩異常行對(duì)應(yīng)引腳互連;否則兩異常行對(duì)應(yīng)引腳無關(guān),必有其它引腳與異常行對(duì)應(yīng)引腳互連｡ 如果兩個(gè)異常行測(cè)試向量相同,且既非全0又非全1,則兩異常行對(duì)應(yīng)引腳互連｡ 6 結(jié)束語 利用芯片邊界掃描結(jié)構(gòu),采用本文介紹的算法,不需要附加其它芯片,就能完成EPM9320LC84所有I/0引腳的印刷電路板故障診斷?它所覆蓋的故障包括引腳呆滯,引腳互連等｡而且這種算法對(duì)多引腳互連故障也能準(zhǔn)確診斷｡其測(cè)試方法簡(jiǎn)單易行,測(cè)試時(shí)間不超過1秒,而且診斷十分準(zhǔn)確｡ |
