基于邊界掃描技術(shù)的電路板測試研究

蘭玉富

【摘 要】邊界掃描技術(shù)是一種新型的測試技術(shù)，對于電路板上的引腳，互連進(jìn)行了相互的測試。解決了大規(guī)模集成電路之間的測試問題，提高了設(shè)備測試的準(zhǔn)確度，降低了維護(hù)費(fèi)用以及保障費(fèi)用。由于邊界掃描技術(shù)具有諸多的優(yōu)點(diǎn)，因此，在工業(yè)界得到了廣泛的運(yùn)用。本文通過對于邊界掃描技術(shù)的基本原理進(jìn)行概述，分析了邊界掃描技術(shù)在電路板測試中的應(yīng)用，體現(xiàn)了邊界掃描技術(shù)在電路板測試中的高效率性。

【關(guān)鍵詞】邊界掃描；電路板；測試；研究

0.前言

測試技術(shù)在電路板生產(chǎn)以及維修方面占據(jù)了重大的作用，組裝電路板的高集成性以及印刷電路板的高密度性使得外接可測試的引腳越來越少，納米級單元的出現(xiàn)對于傳統(tǒng)測試工作帶來了極大的不便利。常規(guī)的物理測試方法難以對測試芯片進(jìn)行接觸，造成測試過程的誤差率提升。最初，人們也通過在電路板上增加測試引腳的方法加強(qiáng)測試點(diǎn)，以加強(qiáng)測試靈敏度。但是，這僅僅是換湯不換藥的方法，對提高電路板的可測試性作用不大，對電路板測試技術(shù)進(jìn)行本質(zhì)上的改革是大勢所趨。上個世紀(jì)八十年代以后，有識之士通過在芯片中加入測試技術(shù)的方法改革了整個工業(yè)測試技術(shù)。這種方法將測試與設(shè)計(jì)兩者進(jìn)行高度結(jié)合，加強(qiáng)了整個電路板測試的高效率性。

1.邊界掃描技術(shù)原理分析

邊界掃描技術(shù)是以芯片的每個信號引腳為基礎(chǔ)，通過在每個邏輯電路之間設(shè)計(jì)連接接口的方試，將測試數(shù)據(jù)由串行接口進(jìn)入測試儀器中，同時，插入邊界掃描單元實(shí)現(xiàn)的一種測試技術(shù)。這是一種大規(guī)模集成電路進(jìn)行測試的方法，解決了芯片內(nèi)部元件互連性較弱的問題，得到了工業(yè)界的大國倡導(dǎo)。其中，邊界掃描測試算法以及整個掃描技術(shù)在我國得到了大幅度的應(yīng)用。目前，國外的電子設(shè)備多以邊界掃描進(jìn)行核心測試，內(nèi)置入芯片里進(jìn)行工業(yè)設(shè)備的集成。但是，這種芯片多由國外進(jìn)口，價值不菲，研制適合我國使用的芯片是提高整個行業(yè)的方法。

邊界掃描技術(shù)的基本原理以將芯片引腳與內(nèi)部的邏輯組織之間相連，通過對于移位寄存器的數(shù)目增加量形成測試單元。以專用的邊界掃描控制引腳作為基礎(chǔ)，對芯片進(jìn)行管理，設(shè)定，封鎖，以及信息抽取，使芯片，電路板以及系統(tǒng)信息達(dá)到完整的框架。以自身攜帶的自個串行接口（又名測試訪問端口TAP）作為基礎(chǔ)，連接復(fù)雜的集成電路。除了測試訪問端口之外，集成電路可使用移位寄存器和狀態(tài)進(jìn)行邊界掃描功能。在測試數(shù)據(jù)輸入線上將芯片中自帶的數(shù)據(jù)輸入到寄存存儲器中，以測試時鐘進(jìn)行時間控制，進(jìn)行PCB輸入引線輸出。還可以通過不同芯片之間的反饋連接判斷判斷是否存在著故障。邊界掃描技術(shù)以內(nèi)部總線和芯片內(nèi)的掃描程序共同連接成為整體。

圖1 邊界掃描技術(shù)原理圖

2.邊界掃描技術(shù)測試流程

邊界掃描技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)電路板內(nèi)部引腳之間不同器件的互連，同時實(shí)現(xiàn)內(nèi)部儀器間的測試工作。在電路板的設(shè)計(jì)之處，引入可測試技術(shù)的概念，提高測試功能以及技術(shù)的覆蓋率，提高測試效率，降低生產(chǎn)成本。在測試的過程中，測試的內(nèi)測試工作內(nèi)部指令儲存器完成，外測試由不同的信息源進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互通，運(yùn)用輸入輸出數(shù)據(jù)的參數(shù)比對，檢驗(yàn)整個運(yùn)行過程是否正確執(zhí)行。

2.1內(nèi)測試

內(nèi)測試是運(yùn)用邊界掃描技術(shù)進(jìn)行電路板內(nèi)部元件的測試，可測試出元件中是否存在故障。邊界掃描技術(shù)在電路板內(nèi)部的測試分為三個過程，首先，檢查整條鏈路是否連接通順，保證基礎(chǔ)硬件的完整性。利用JTAG接口的四條連接線，包括測試數(shù)據(jù)輸入（TDI）線進(jìn)行數(shù)據(jù)的導(dǎo)入，保證數(shù)據(jù)的有效輸入，方便從線路的源頭上檢查故障。運(yùn)用測試數(shù)據(jù)輸出（TDO）進(jìn)行數(shù)據(jù)的打印比對，保證整個過程的正確性。以測試時鐘（TCK）為內(nèi)在時間描述機(jī)制進(jìn)行測試過程的時間判斷。選擇合適測試模式（TMS）符合不同規(guī)格的電路板測試。其次，進(jìn)行各芯片之間的網(wǎng)絡(luò)連接互連，將數(shù)據(jù)信息通過芯片內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。通過故障燈顯示儀進(jìn)行傳輸過程的全觀察，確保芯片之間的連接沒有故障。最后，將內(nèi)置的測試技術(shù)對芯片進(jìn)行測試，利用JTAG Commander輔助工具對內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行連接測試。

2.2外測試

外測試是指對電路板的整個器件之間在進(jìn)行測試，保證電路版的設(shè)備完整性。外測式主要由以下步驟組成，首先，配置板級測試電路，保證整個測試基礎(chǔ)的運(yùn)行，運(yùn)用掃描鏈上的IO電路對不同電路板上的物理測試引腳進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問，得到數(shù)據(jù)信息的正確反饋，保證連接商品的順暢。其次，進(jìn)行電路板上不同部件的互連性測試，進(jìn)行PCB貼片，可以對所有類型的閃存進(jìn)行內(nèi)置編程，創(chuàng)建和校驗(yàn)各級類型的數(shù)據(jù)庫，包括器件，模塊以及不同的板塊等。運(yùn)行非邊界掃描單元進(jìn)行特征數(shù)據(jù)的檢測，包括DB，IR，BS的互連以及二進(jìn)制計(jì)數(shù)的投其所好，模擬故障模式進(jìn)行全電路板間的掃描，檢測不同電路之間是否存在開路，斷路的現(xiàn)象。

圖2 測試流程

3.邊界掃描技術(shù)在電路板上的測試案例

現(xiàn)在以PCB基礎(chǔ)樣板電路板為測試實(shí)例，此電路板由微處理器責(zé)整體器件之間的互連工作。通過以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)了與外路設(shè)備的連通，此設(shè)備上有如下幾個器件可以進(jìn)行測試，都具有相應(yīng)的接口器插座。根據(jù)此聲電路板的特點(diǎn)，進(jìn)行以下流程的測試。

首先，進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)備的測試，保證整個連接器件的完整性。對電路的鏈路進(jìn)行自測試，保證各器材內(nèi)部的完整性，排除自帶的故障，包括鏈路的連接以及信號之間的連接。同時，保證所有器材的標(biāo)識碼和用戶標(biāo)識碼之間準(zhǔn)確無誤。自測試結(jié)束后，進(jìn)行BS器件之間的網(wǎng)絡(luò)連接測試。以自制的測試算法，包括零一算法等對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，從網(wǎng)絡(luò)的接口一端向另一端進(jìn)行掃描，通過單元進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，再加另一掃描單元進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，最后由TDO進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。以打印測試的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行信息比對，測試網(wǎng)絡(luò)通路中是否存在著連接死角，并對故障進(jìn)行排除。

其次，進(jìn)行整個電路板的核心測試。在電路板的整個測試進(jìn)程中，注重測試鏈路的設(shè)計(jì)效果。注意JTAG信號的驅(qū)動問題。保證不同的信號接口在運(yùn)行過程保持運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，同時，按照已經(jīng)有的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，在板級進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入輸出的過程中，進(jìn)行上拉電阻的拉高處理。同時，將電路的高壓狀態(tài)調(diào)整為低壓狀態(tài)，運(yùn)用不同的電線分壓方法促進(jìn)電路板內(nèi)部設(shè)備之間的兼容性，如果技術(shù)不支持，可用相應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)換器完成。

4.結(jié)論

隨著電子元件的大規(guī)模集成化，以及芯片內(nèi)部封裝越來越密的特點(diǎn)，邊界掃描技術(shù)測試的機(jī)制可以解決引腳過密的問題以及加大設(shè)備之間的連接度。因此，邊界掃描技術(shù)在電路權(quán)測試中的運(yùn)用必然成為一種歷史潮流。對邊界掃描技術(shù)進(jìn)行深層次的研究，不僅可以加強(qiáng)對于電路板上可控點(diǎn)以及測試點(diǎn)的數(shù)目增多，同時，也可以減少測試時間，提高資金的利用率，對于工業(yè)設(shè)備的發(fā)展具有極其深遠(yuǎn)的意義。

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