基于IEEE1149．4的测试方法研究

根据混合信号边界扫描测试的工作机制，提出了符合1149．4标准的测试方法，并用本研究室开发的混合信号边界扫描测试系统进行了测试验证。
关键词：混合信号，边界扫描，IEEE1149．4，测试方法

1　引　言
　　边界扫描体系结构及测试访问端口IEEE1149．1标准，对纯数字电路来讲，无疑是十分成功的。它虽主要是为了解决电路板互连测试（Interconnect Testing）而设计的〔1〕，亦可进一步延伸到IC（IntegratedCircuit）级、板级和系统级测试。由于IEEE1149．1被广泛地接受和使用，所以，混合信号测试总线标准IEEE1149．4〔2〕必须与1149．1标准兼容（准确地说，1149．4应当是1149．1的超集）。它们的主要目的是支持互连测试、参数测试和功能测试。

　　在如图1所示的模拟／混合信号电路板上，IC间的互连可能是简单的连线（IEEE1149．4将其定义为简单互连测试），也有可能是无源元件组成的阻抗网络（IEEE将其定义为扩展互连测试），甚至可能是有源网络（但这种情况极少，一般都将有源元件集成到IC中了）。本文根据混合信号边界扫描测试的工作机制，提出了符合1149．4标准的测试方法，并用本研究室开发的混合信号边界扫描测试系统进行了测试验证。
2　测试方法
　　边界扫描技术支持多种测试操作，不同操作其测试机理有所不同，下面分别加以讨论。
2．1　简单互联测试
　　互联测试，可分为简单互连、扩展互连和差分互连等。简单互连测试是指对直接通过导线连接的管脚进行的互联测试，主要用来测试器件连线间的开路、短路和网络间的桥接等故障。进行测试时，先用SAMPLE／PRELOAD指令给输出型的边界扫描单元预置测试激励。执行EXTEST指令之后，捕获该连接线上输入型边界扫描单元的测试响应。然后通过比较激励和响应来判断、定位故障。
　　对于数字引脚的简单互连测试，首先根据PCB（Printed Circuit Board）网表、器件BSDL（Boundary－Scan Description Language）等相关文档资料选择合适的互连测试算法，如等权值抗误判算法和极小权值－极大相异算法，WALK“0”、WALK“1”等，生成互连测试矢量，用SAMPLE／PRELOAD指令将测试激励施加给输出型的边界扫描单元，然后执行EXTEST指令进行互连测试。这样，互连信号就被捕获到与之相连的另一边界扫描器件的相应的输入型边界扫描单元中。再通过扫描链将边界扫描寄存器的内容移出则可得到测试响应。不过，必须通过一组测试矢量全集的测试，才能保证故障定位的正确。
　　在模拟引脚的简单互联测试中，为了使模拟管脚的简单互连测试与数字管脚兼容，IEEE1149．4标准　　在ABM（Analog Boundary Module）中增添了VH、VL、VTH三种不同的电平，分别代表高电平、低电平和门阙电平。在控制逻辑的控制下，将VH或VL电平施加到输出型的模拟管脚上作为预置测试激励（相当于数字管脚加入高电平或低电平激励）。执行EXTEST指令之后，通过捕获该连接线上的输入型模拟管脚上的电压，并与VTH门阙电平进行比较，将模拟量数字化为一位数字值“0”或“1”，作为输入型模拟管脚上的测试响应，交边界扫描链移出。这样，就可将模拟电路的简单互联测试转化为数字电路的互联测试。通过对预置测试激励和测试响应进行比较，就可以分析出该模拟简单互连线是否发生了短路、断路、桥接等故障，并且可将故障定位到管脚级。
　　这里有个问题值得注意，即简单互连线发生桥接故障就相当于线与，而线与的结果与电路的具体实现方式有关，这在实例分析中可以看到。
2．2　差分测试
　　从边界扫描技术角度来看，差分电路可分为数字差分电路和模拟差分电路。差分电路的测试有三种，即数字差分互连电路的测试、模拟差分电路的简单互连测试和模拟差分电路的扩展互连测试等。对于数字差分互联测试，显然，只需将数字差分输入或输出的两个DBM（DigitalBoundary Module）看成两单独的DBM，采用数字管脚简单互连的测试方法即可。
　　对于模拟差分边界扫描结构，在进行简单互连测试时，标准规定其差分输入端至少须有五种组态：即H－L（High Level－Low Level）、L－H、CD－CD（CoreDisconnect）、CD－G（Ground）和G－CD。所以，在进行差分简单互连测试时，从差分输出端所施加的测试激励不能违反这些规定，除非你确知该测试对象还允许有其它组态。由于差分输出的两ABM具备施加VH或VL电平的能力（只是须注意，当一个脚加VH则另一个脚须加VL，或反之），另一端又可捕获其数字化值，所以可按非差分ABM进行简单的互连测试，只是激励的施加稍有不同。
　　若模拟差分互连是扩展的差分互连，可以采用完全差分测试或非完全差分测试两种方法。若被测对象只有AT1（Analog Test）和AT2两根模拟测试线且带有差分电路，则只能采用非完全差分测试。首先让差分输入的一端（如“＋”端）连接AB1（Internal AnalogBus）、TBIC（Test Bus Interface Circuit）的S5，通过AT1脚输入模拟测试激励，差分输入的另一端（如“－”端）则通过其ABM控制逻辑连其VH、VL或VG来提供模拟测试激励。对差分输出响应的获取，先是让差分输出的一端经AB2、TBIC的S6、AT2输出，再让差分输出的另一端经AB2、TBIC的S6、AT2输出。然后再反过来，让差分输入“＋”端接固定电平VH、VL或VG，让差分输入的“－”端通过AB1、TBIC的S5、AT1脚输入原模拟测试激励，同上面一样测量两次。施加两次激励及测量四次响应虽然麻烦一些，但IC器件的边界扫描硬件电路可设计简单些，从而节省器件成本。
　　进行完全差分测试，就需要被测试对象有专门的差分测试结构，即有一对差分测试激励输入管脚AT1和AT1N，一对差分测试响应捕获管脚AT2和AT2N及相应的TBIC和内部总线结构。测试时，差分模拟测试激励通过AT1和AT1N、TBIC、AB1和AB1N、差分输入功能管脚的两ABM的两SB1加载到差分输入上。其差分输出响应经差分输出功能管脚的两ABM的两SB2、AB2和AB2N、TBIC、AT2和AT2N输出给外部测试响应处理器。
2．3　参数测试
　　参数测试是指管脚之间不是通过简单的导线连接，而是通过由电阻、电容、电感或由它们组成的网络而连接的一种互联测试，即扩展互连测试，如图1所示。扩展互连测试（即参数测试），由于模拟测试总线和I／O节点间的开关电阻，使得屏蔽测量方法不再适用。
2．3．1　简单网络参数测试
　　若扩展互连网络是无源的，参数测试就是要测量出该无源网络中R、L、C的元件值。ATE（AutomaticTest Equipment）通过ATAP（Analog Test AccessPort）管脚AT1，经TBIC的开关S5、ABM的SB1，就可将一个已知的模拟测试激励电流IT施加到CUT（Circuit Under Test）上，然后可通过ABM的SB2、TBIC的开关S6、ATAP的管脚AT2，将CUT上的响应电压由ATE测出，记为VT，如图2所示。
若

则VT就可近似等于CUT的端电压。注：Zv为ATE中电压测试系统的阻抗，Zs6为开关S6的阻抗，Zsb2为开关SB2的阻抗，ZD为CUT的阻抗。