對PLD進(jìn)行邊界掃描（JTAG）故障診斷

IEEE 1149.1標準規定的邊界掃描技術(shù)是針對復雜數字電路而制定的。標準中的自治測試技術(shù)現已成為數字系統可測性設計的主流。在利用邊界掃描技術(shù)對芯片印刷電路板進(jìn)行測試時(shí)，單芯片與多芯片電路板雖有相同點(diǎn)，但也有不同點(diǎn)。因為多芯片的電路板可以將幾個(gè)芯片分別作為測試向量進(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機作為邊界掃描測試向量生成和故障診斷的基礎上，對單芯片ＥＰＭ９３２０ＬＣ８４的印刷電路板故障診斷進(jìn)行了討論。

１ ＥＰＭ９３２０ＬＣ８４的結構和性能

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：

內含ＪＴＡＧ邊界掃描測試電路。

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(kāi)發(fā)系統可提供軟件設計支持，該開(kāi)發(fā)系統可工作在４８６ＰＣ機、奔騰ＰＣ機、Ｓｕｎ ＳＰＡＲＣ工作站、ＨＰ９０００系列７００工作站、ＩＢＭ ＲＩＳＣ系統／６０００或ＤＥＣ Ａｌｐｈａ ＡＸＰ工作站上。

利用ＥＤＩＦ、Ｖｅｒｉｌｏｇ ＨＤＬ、ＶＨＤＬ和其它軟件可通過(guò)ＣＡＥ工具（如ＯｒＣＡＤ）提供仿真支持。

１．２ 管腳說(shuō)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(zhuān)用輸入引腳。

ＴＣＫ，ＴＭＳ：分別為時(shí)鐘測試和測試模式選擇端。

：測試模式選擇端。

ＴＤＩ，ＴＤＯ分別為測試數據輸入、輸出端。

其中，ＴＣＫ、ＴＭＳ、ＴＤＩ、ＴＤＯ為ＪＴＡＧ邊界掃描接口，它們和芯片內部的邊界掃描寄存器５０４個(gè)數據捕獲寄存器，１６８個(gè)數據更新寄存器，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構一起可用于芯片內部和外部測試。

２　測試系統配置

把ＢｙｔｅＢｌａｓｔｅｒ 下載電纜連到ＰＣ機的打印并口可實(shí)現ＰＣ機并口與ＪＴＡＧ接口的互連。ＰＣ機可用軟件來(lái)控制邊界掃描接口以完成邊界掃描測試任務(wù)。

利用ＶＣ＋＋語(yǔ)言可編寫(xiě)ＭＦＣ應用程序（內容主要包括：ＴＡＰ控制類(lèi)、測試向量生成、發(fā)送、采集類(lèi)、故障診斷類(lèi)等）以達到人機交互、故障診斷、數據管理三個(gè)方面的要求。 ３　數據發(fā)送與數據采集

３．１ 數據發(fā)送

通過(guò)ｅｘｔｅｓｔ模式發(fā)送數據時(shí)?？稍谝莆浑A段將捕獲寄存器的數據移出，同時(shí)將測試圖形移入。而在更新階段，測試圖形從捕獲寄存器傳送到更新寄存器，再由更新寄存器驅動(dòng)測試信號并將其輸出至Ｉ／Ｏ引腳。對于單芯片電路板來(lái)說(shuō)，無(wú)論是輸入引腳，還是在引腳發(fā)送測試圖形時(shí)，其控制三態(tài)均應為輸出狀態(tài)，即令ＯＥＪ更新寄存器為１。

３．２ 數據采集

數據采集的目的是得到引腳對測試圖形的響應。如果引腳正確，輸出的測試圖形就等于采集到的測試圖形，如果引腳出現故障，兩者必有差異。由于采集到的測試數據就是故障診斷的依據，所以能否正確、合理地采集到數據是數據采集的關(guān)鍵。單芯片電路板不像多芯片那樣利用ｓａｍｐｌｅ模式采集數據，而是仍舊利用ｅｘｔｅｓｔ模式來(lái)采集數據。

圖２是利用ｓａｍｐｌｅ模式采集數據的原理圖。在捕獲階段，由ＯＥＪ和ＯＵＴＪ來(lái)控制三態(tài)門(mén)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)。由于采集的數據是引腳的實(shí)際狀態(tài)，而不是引腳對輸出測試圖形的響應，故用ｓａｍｐｌｅ模式不能正確地采集測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)行數據采集的示意圖，圖中的三態(tài)門(mén)受ＯＥＪ、ＯＵＴＪ更新寄存器控制，而這兩個(gè)寄存器的數值是發(fā)送測試圖形時(shí)的值，三態(tài)有效。所以它所采集的數據即為引腳對測試圖形的響應，可以滿(mǎn)足采集要求。

４　測試算法

電路板常見(jiàn)故障模型有呆滯型故障、固定開(kāi)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，可在算法上結合電路結構對自適應算法和ＣＸ－ＴＢ導通測試算法以及二進(jìn)制計數測試序列進(jìn)行改進(jìn)，以對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(lèi)

電路圖中的引腳可分為輸入、輸出、輸入／輸出、空閑、專(zhuān)用輸入、地／電源、ＮＣ幾類(lèi)。由于專(zhuān)用輸入引腳邊界掃描結構沒(méi)有更新寄存器，所以測試圖形無(wú)法輸出到引腳因此不能用此方法測試。而地／電源引腳、ＮＣ引腳不帶有邊界掃描結構所以也不能測試。故此，真正能進(jìn)行測試的引腳只有前四類(lèi)?？闪睿畹扔谇八念?lèi)引腳數目的總和。

（２）生成測試向量

按照引腳號對前四類(lèi)引腳進(jìn)行從小到大排序，序號為：０到ｎ－１，然后計算ｌｏｇ２(ｎ＋２）的值，再根據有余進(jìn)一的原則算出并行測試向量個(gè)數ｍ。為避免出現誤判，可從０００……１開(kāi)始進(jìn)行二進(jìn)制計數，以形成測試向量，其行數為ｎ，列數為ｍ。

（３）發(fā)送測試向量

（４）采集測試結果

（５） 添加測試圖形

比較測試序列與采集到的結果，確定異常行（總數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碼的測試圖形。

（６）故障診斷

該算法具有故障定位準確，測試周期短，測試效率高等特點(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。其引腳互連測試圖形是“與”邏輯。

具體診斷時(shí)，可比較輸出測試圖形與采集測試圖形的差異，相同即為正常行，不同則為異常行。診斷過(guò)程如下：

若異常行和正常行的測試向量相同，則添加測試圖形令異常行并行測試向量為全０，其余行測試向量為全１，而對于發(fā)送、采集添加的測試向量，若正常行采集結果為全０，則正常行與異常行對應引腳互連。否則必有其它腳與異常行對應腳互連。

如果異常行向量是全１，判斷異常行對應引腳呆滯于１。

如果異常行向量為全０，則可添加測試圖形令所有測試向量為全１，同時(shí)發(fā)送、采集添加的測試

向量，此時(shí)若異常行測試結果為全０，則異常行對應引腳呆滯于０。否則必有其它腳與該異常行對應引腳互連。

如果兩個(gè)異常行測試向量相同且為全０，則可添加測試圖形以令所有測試向量為全１，同時(shí)發(fā)送、采集添加的測試向量，如果異常行為全０，則異常行對應引腳呆滯于０；如果測試結果是兩行都為全１，則添加測試圖形令兩個(gè)異常行測試向量分別為全１和全０，其余向量為全１，再一次發(fā)送、采集添加的測試向量，如果采樣結果是兩個(gè)異常行為全０，則兩異常行對應引腳互連；否則兩異常行對應引腳無(wú)關(guān)，必有其它引腳與異常行對應引腳互連。

如果兩個(gè)異常行測試向量相同，且既非全０又非全１，則兩異常行對應引腳互連。

６　結束語(yǔ)

利用芯片邊界掃描結構，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。而且這種算法對多引腳互連故障也能準確診斷。其測試方法簡(jiǎn)單易行，測試時(shí)間不超過(guò)１秒，而且診斷十分準確。