用于边界扫描测试的虚拟仪器开发

　　1　引　　言

　　随着集成电路的发展,芯片表面贴装技术的普及,使PCB功能模件测试中适于针床和夹具的引脚越来越少,给电路板在线检测和故障排除带来很大困难。边界扫描测试方法在器件内部构建测试电路,相当于为模件配置了施加激励和观测响应的虚拟探头,其测试功能强、测试设备简单,已形成的IEEE1149.1边界扫描标准[1]开辟了数字电路测试的新途径。本文将就所开发的一种用于边界扫描的虚拟仪器展开讨论,阐述其充分发挥计算机软件作用的虚拟仪器设计思想和实施要点,并通过对某逻辑分析模件的数字电路进行边界扫描的可测性再开发,展示了这种虚拟仪器边界扫描系统的实际作用。

　　2　边界扫描测试的基本原理

　　数字电路的边界扫描测试方法是在器件的每个输入输出管脚和器件内核逻辑功能电路之间均插入一个边界扫描单元BSC,如图1所示。这些BSC在器件正常运行状态下相当于直接连通,不会影响器件的正常工作;而在测试状态下则通过这些BSC构成的扫描链串行移位功能,实现从器件接口输入激励信号、输出监测信号。边界扫描测试包括内部功能测试、外部连线测试、器件标识测试以及工作状态监测等。内部功能测试把来自接口的测试向量串行移位到边界扫描单元BSC后加载到器件的内核逻辑功能电路,然后捕捉其电路响应到BSC,再通过串行移位输出后与预想结果比较,从而判断器件内核逻辑功能的正确与否。外部互连测试时,将串行输入的测试矢量施加到输出引脚,作为所接外部连线的激励信号,同时从该连线另一端所接器件的输入引脚捕捉其逻辑响应状态,对比分析结果就可找出互连器件之间的短路、断路和呆滞故障。器件标识测试只是通过串行移位读取器件的ID码来检查电路板所装器件的型号是否正确。

　　如图2所示,IEEE1149.1标准规定的边界扫描测试内部结构[2]包括测试接口TAP、TAP控制器、指令寄存器IR和若干数据寄存器DR。TAP接口包括时钟TCK、模式选择TMS、数据输入TDI、数据输出TDO和复位TRST(选用)等标准信号,用来访问各数据寄存器和指令寄存器,也称JTAG接口。TAP控制器的核心是一个16状态机,其输入信号为TCK和TMS。状态转换总是发生在TCK的上升沿,而且仅靠该时刻TMS的逻辑电平作为变迁条件来选择不同的下一状态,于是与TCK同步输入特定的TMS序列,就可让TAP控制器到达所希望的特定状态,得以执行IEEE1149.1规定的边界扫描功能。

　　BS器件根据从TDI串行移入指令寄存器的指令,可使扫描链路选用特定的数据寄存器。其中器件标识寄存器中含有器件的版本号、厂家标识等信息,用来识别器件;边界扫描寄存器由各引脚的BSC串联组成,完成边界扫描的基本功能;旁路寄存器只有一位,能在不用该器件边界扫描功能时减少整个系统的扫描时间。