（微電子學(xué)與固體電子學(xué)專業(yè)論文）邊界掃描技術(shù)研究.pdf

摘要通過(guò)對(duì)近幾十年邊界掃描技術(shù)文獻(xiàn)的總結(jié)，本文首先闡述了該技術(shù)產(chǎn)生的背景以及發(fā)展現(xiàn)狀。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，納米級(jí)制造工藝的使用，集成電路的封裝變得越來(lái)越小。這些改變?cè)诮o電子電路設(shè)計(jì)帶來(lái)便利的同時(shí)也帶來(lái)了一些困擾：一方面芯片或功能模塊內(nèi)部結(jié)點(diǎn)變得無(wú)法探測(cè)，給電路調(diào)試工作帶來(lái)一定困難；另一方面芯片封裝的減小使器件引腳越來(lái)越密，單位p c b 電路板上的器件密度大幅度提高，這就導(dǎo)致了芯片互連可靠性降低和互連測(cè)試難度的增加。伴隨著傳統(tǒng)探針測(cè)試無(wú)法解決問(wèn)題的增多，可測(cè)性設(shè)計(jì)( d f t ) 的出現(xiàn)成為解決上述問(wèn)題的有效手段。d f t 是通過(guò)在電路設(shè)計(jì)階段就考慮整個(gè)系統(tǒng)可測(cè)試性，以增加少量電路來(lái)提高整體電路系統(tǒng)可測(cè)試性的一種設(shè)計(jì)方法。邊界掃描技術(shù)就是在d f t 基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種測(cè)試技術(shù)，該技術(shù)以在芯片內(nèi)部功能電路的周圍增加部分寄存器單元和t a p控制器電路為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)個(gè)蹦引腳的邏輯控制完成對(duì)芯片內(nèi)部的功能測(cè)試或是外部互連測(cè)試。針對(duì)邊界掃描測(cè)試技術(shù)的迅速發(fā)展，i e e e于1 9 9 0 年制定i e e e l l 4 9 1 標(biāo)準(zhǔn)，將邊界掃描測(cè)試端口及各項(xiàng)指令標(biāo)準(zhǔn)化。目前各大公司生產(chǎn)的超大規(guī)模集成電路芯片基本全部具有邊界掃描結(jié)構(gòu)，支持邊界掃描測(cè)試。本文接著討論了芯片內(nèi)部的邊界掃描測(cè)試結(jié)構(gòu)以及邊界掃描測(cè)試方法在p c b 測(cè)試中的工作原理，通過(guò)對(duì)基本理論的理解引出掃描測(cè)試過(guò)程中掃描測(cè)試矢量的處理，并從測(cè)試鏈路結(jié)構(gòu)上闡述測(cè)試矢量?jī)?yōu)化方法。通過(guò)一定的理論研究，將可測(cè)性設(shè)計(jì)應(yīng)用到實(shí)際電路當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)邊界掃描 貝l l 試?yán)碚摰尿?yàn)證。根據(jù)對(duì)邊界掃描測(cè)試?yán)碚撗芯亢驮囼?yàn)的結(jié)果，本文進(jìn)一步提出了邊界掃描測(cè)試控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并將設(shè)計(jì)重點(diǎn)放在掃描測(cè)試控制系統(tǒng)的核心器件一一掃描測(cè)試主控器的邏輯設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上。通過(guò)對(duì)主控器的邏輯功能分析，將功能模塊進(jìn)一步分割，采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)硬件描述語(yǔ)言( v h d l ) 完成對(duì)主控器的描述，并給出仿真結(jié)果。關(guān)鍵詞：邊界掃描測(cè)試主控器互連測(cè)試a b s t r a c tb ys u m m a r i z i n gs o m el i t e r a t u r e sa b o u tb o u n d a r ys c a nt e s t ( b s t ) ，t h eb a c k g r o u n da n dp r e s e n tc o n d i t i o n sa r ef i r s td i s c u s s e di nt h i st h e s i s w i t ht h ed e v e l o p i n go fv e r yl a r g e - s c a l ei n t e g r a t e dc i r c u i ta n dt h ea p p l y i n go fn a n o m e t e rt e c h n o l o g y ，p a c k a g e so f i ch a v eb e c o m es i n a i l e ra n ds m a l l e r t h e s ec h a n g e sb r o u g h tn o to n l yc o n v e n i e n c ei nc i r c u i td e s i g n ，b u ta l s od i f f i c u l t y o n es i d e ，al a r g ea m o u n to fn o d e st h a ti n1 co rf u n c t i o nb l o c k sc a n tb ed e t e c t e d ，a n dt h i sm a d ec i r c u i td e b u gd i f f i c u l tt h a nb e f o r e ；o nt h eo t h e rs i d e ，a st h er e s u l to fp a c k a g es i z er e d u c i n g ，m o r ea n dm o r ec o m p o n e n t sa r ea s s e m b l e do nt h ep r i n t e dc i r c u i t sb o a r d s ( p c bs ) ，t h er e l i a b i l i t yo fi n t e r l i n k a g eb e t w e e ni cc h i p sh a sd e c r e a s e d ，a n dt h ei n t e r c o n n e c tt e s td i f f i c u l t yh a si n c r e a s e d w i t hm o r ep i o b l e m st h a tc o u l dn o tb er e s o l v e db yp r o b ea p p e a r a n c e ，d e s i g n f o r - t e s t a b i l i t y ( d f t ) p r o p o s e di nr e c e n ty e a r si sa ne f f i c i e n tw a yt oo v e r c o m ei ct e s td i f f i c u l t y d f tt e c h n i q u er e q u i r e st h ei n t e r p o s a lo ft e s tp r o b l e ma tt h eb e g i n n i n go fe l e c t r o n i cs y s t e md e s i g n ，a n di t sat e s tm e t h o dt h a tc a ni m p r o v et e s ta b i l i t yb ye x t r ac i r c u i t b s ti sat e s tt e c h n o l o g yt h a td e v e l o p e db a s e do nd f t ，b ya d d i n gr e g i s t e r sa n dt a pc o n t r o l l e rc i r c u i t ，c h i p sf u n c t i o nt e s to ri n t e r c o n n e c tt e s tc a nb ee x e c u t e de a s i e r w i t ht h er a p i dp r o g r e s si nb s t ，i e e e1 1 4 9 1i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r di sm a d et op r e s c r i b et h et e s tp o r t sa n di n s t r u c t i o n s n o w ，m a n yc o r p o r a t i o n s i cc h i p sh a v eb s ts t r u c t u r e ，s u p p o r t i n gb s t ，b s ts t r u c t u r ea n db s tt h e o r ya r es e c o n dd i s c u s s e di nt h i sp a p e r ，b yu n d e r s t a n d i n gb a s a lt h e o r y ，b r i n gf o r w a r dt h et e s tv e c t o r s d i s p o s a l ，a n ds i m p l i f yt e s tv e c t o r sf r o mt e s t - l i n ks t r u c t u r e t h r o u g ht h e o r yr e s e a r c h i n g ，u s i n gd f ti nc i r c u i td e s i g na n dv a l i d a t et h et e s tm e t h o d b s tc o n t r o ls y s t e md e s i g ni sb r i n go u tb a s e do nb s tr e s e a r c hi nt h e s i sa n dt h ed e s i g ne m p h a s isiso nt h el o g i co fb o u n d a r ys c a nm a s t e r ( b s m ) ，w h i c hi st h ec o r ed e v i c eo ft h i sc o n t r o ls y s t e m b yt h ea n a l y s i so fc o n t r o lf u n c t i o n ，d i v i d et h es y s t e mi n t os e v e r a lp a r t s ，u s i n gt o p t o - d o w nt e c h n i q u e ，r e a l i z e dt h el o g i cd e s i g ni nv h d l k e yw o r d s ：b o u n d a r ys c a nt e s t ；b o u n d a r ys c a nm a s t e r ；i n t e r c o n n e c tt e s ti i獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果，也不包含為獲得電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示謝意。簽名：勉壺鼙日期：山咕年月垮日關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明本學(xué)位論文作者完全了解電子科技大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)電予科技大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。( 保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定)簽名：盤未遂導(dǎo)師簽日期：電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文1 1 課題的背景【l l 【2第一章引言隨著電路技術(shù)進(jìn)入超大規(guī)模集成( v l s i ) 時(shí)代，v l s i 電路的高復(fù)雜性以及多層印制板、表面貼裝( s m t ) 、圓片規(guī)模集成( w s i ) 和多芯片組件( m c m ) 技術(shù)在電路系統(tǒng)中的應(yīng)用，使得集成電路引腳越來(lái)越密( 如圖卜1 ) ，電路節(jié)點(diǎn)的物理可訪問(wèn)性正在逐步減弱以至于消失，電路和系統(tǒng)的可測(cè)試性急劇下降，常規(guī)的探針已逐漸無(wú)法使用。測(cè)試開(kāi)銷在電路和系統(tǒng)總開(kāi)銷中所占的比例不斷上升，常規(guī)的測(cè)試方法正面臨著曰趨嚴(yán)重的困難。測(cè)試算法的研究和測(cè)試實(shí)踐證明了個(gè)基本事實(shí)：要對(duì)一個(gè)不具備可測(cè)試性的電路進(jìn)行測(cè)試是徒勞的，只有提高電路的可測(cè)試性，才能使電路的測(cè)試問(wèn)題得到簡(jiǎn)化并最終得到解決。對(duì)于可測(cè)試性技術(shù)的研究始于6 0 年代初期，通過(guò)3 0 多年的研制與實(shí)踐，進(jìn)入8 0 年代后這一技術(shù)逐步趨于完善和成熟。圖1 - 1 、電路節(jié)點(diǎn)的物理可訪問(wèn)性逐步減弱以至消失，電路可測(cè)性急劇下降在6 0 年代初期，由于芯片集成度的限制，在電路設(shè)計(jì)中引入可測(cè)性設(shè)計(jì)往往會(huì)帶來(lái)較大的電路開(kāi)銷，這就使得有關(guān)的可測(cè)性設(shè)計(jì)方案具有較大的局限性。最早實(shí)現(xiàn)的可測(cè)性設(shè)計(jì)是針對(duì)印制板級(jí)的測(cè)試，如擴(kuò)展訪問(wèn)功能的印制板測(cè)試e c a c t ( e x t e n d e da c c e ssc a r dt e s t i n g ) ，芯片的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試c i p t ( c h i p1 1 1p l a c et e s t ) ，多路選通邏輯和可選擇性控制功能( s e le c t i v ec o n t r o l l a b i t y ) 等，他們都是針對(duì)在測(cè)試固定裝置上進(jìn)行的印制板測(cè)試技術(shù)，提出了關(guān)于印制板電路上節(jié)點(diǎn)的可觀察性、可控性或可隔離性設(shè)計(jì)。此后，在關(guān)于i b ms y s t e m 3 6 0 系統(tǒng)及測(cè)試的文獻(xiàn)中，首次提出了根據(jù)電路內(nèi)部邏輯測(cè)試的掃描設(shè)計(jì)方案，并在n e c 公司的n e a cs e r ie s - 2 2 0 0 m o d e 一7 0 0 計(jì)算機(jī)的測(cè)試中運(yùn)用了基于掃描設(shè)計(jì)的掃描移位測(cè)試法，后來(lái)這種設(shè)計(jì)方法更多的被稱為掃描移位觸發(fā)器設(shè)計(jì)。另一種在7 0 年代得到工業(yè)界廣泛認(rèn)同和推廣的設(shè)計(jì)方案是i b m 公司提出的l s s d ( l e v e ls e n s n i v e口口口口口口口0口口疆口第一章引言s c a nd e s i g n ) 方案【3 】，它將l s a 設(shè)計(jì)和電平靈敏設(shè)計(jì)( l e v e 卜s e n s i t iv ed e s i g n ) 有機(jī)的結(jié)合起來(lái)。為了提高測(cè)試效率，并支持電路的帶速度測(cè)試( a t - s p e e dt e s t ) ，在7 0 年代還提出了在電路內(nèi)部利用硬件產(chǎn)生測(cè)試激勵(lì)向量并對(duì)測(cè)試相應(yīng)進(jìn)行處理的可測(cè)性設(shè)計(jì)思想。最常用的是偽隨機(jī)碼測(cè)試p r p t ( p s e u d o r a n d o m p a t t e r nt e s t ) 設(shè)計(jì)，有時(shí)也稱之為內(nèi)部自測(cè)試b i s t ( b u i l t i n s e l f t e s t ) 設(shè)計(jì)。p r p t 方法在8 0年代得到了廣泛的應(yīng)用。進(jìn)入了8 0 年代，為了在印制板和系統(tǒng)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對(duì)其中單一芯片的測(cè)試，提出了芯片電路的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試e c i p t( g l e c t r o n i cc h i p i n p 1 a c et e s t ) 方法，芯片分割c p a ( c h i dp o r t i o n i n ga i d ) 設(shè)計(jì)等，它們都是在芯片的i 0 單元電路上實(shí)現(xiàn)了隔離功能。為了滿足應(yīng)用于航天、航空等領(lǐng)域的電子系統(tǒng)的高可靠性、商可維護(hù)性的要求，除了芯片級(jí)的可測(cè)試性以外，更高層次的可測(cè)試性也得到了較為深入的研究。為了保證不同廠家的器件裝配到系統(tǒng)中后，這些器件不僅能完成系統(tǒng)的功能，而且還能提供預(yù)期的測(cè)試功能，以及在印制板級(jí)和系統(tǒng)級(jí)測(cè)試中，可以實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)測(cè)試資源的共享和分配，提出了標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試接口這一設(shè)計(jì)思想，以及相關(guān)的測(cè)試信號(hào)協(xié)議和測(cè)試總線方案。研究工作和測(cè)試實(shí)踐從不同的側(cè)面對(duì)可測(cè)性設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了有益的探索。1 9 8 5 年，由i b m 、a t & t 、t e x a si n s t r u m e n ts 、p h i p se le c t r o n i c sn v 、s ie m e i i s 、a 1c a t e l 和g r i c s s o n 等公司成立的j e t a g( j o i n te u r o d e a nt e s ta c t i o l lg r o u d ) 提出了邊界掃描技術(shù)，它通過(guò)存在于器件輸入輸出管腳與內(nèi)核電路之間的b s c ( b o u n d a r ys c a i lc e l l ) 對(duì)器件及其外圍電路進(jìn)行測(cè)試，從而提高器件的可控性和可觀察性。1 9 8 6 年由于其它地區(qū)一些公司的加入，j e t a g 改名為j t a g 。1 9 8 8年j t a 6 提出了標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描體系結(jié)構(gòu)，名稱叫b o u n d a r y s c a l la r c h it e c t u r es t a n d a r dp r o p o s a l ，v e r s i o i l2 0 ，最后目標(biāo)是應(yīng)用到芯片、印制板和完整系統(tǒng)上的一套完善的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。1 9 9 0 年，i e e e正式承認(rèn)了這個(gè)j t a 6 標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)補(bǔ)充和修訂以后，命名為i e e e l l4 9 卜9 0 。同年又提出了b s d l ( b o u n d a r ys c a nd e s c r i p t i or )l a n g u a g e ，邊界掃描語(yǔ)言) ，后來(lái)成為i e e e l l 4 9 卜9 3 的一部分。i e e e l l 4 9 1 標(biāo)準(zhǔn)大大的推動(dòng)了邊界掃描技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。1 2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀從工程背景看。邊界掃描技術(shù)在19 9 0 年被i e e e 接納并形成了2電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文i e e e l l 4 9 1 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，得到了世界上大多數(shù)集成電路制造商和測(cè)試商的支持，如i n t e l 8 0 4 8 6 以上、i o t o r o l a 6 8 0 4 0 、x i l i n x 的x c 3 0 0 0 以上系列的f p g a 等芯片都具有邊界掃描結(jié)構(gòu)。在e d a 軟件方面，國(guó)外大型e d a 軟件商例如m e n t o rg r a p h ic s 、c a d e n c e 等都已在其產(chǎn)品中引入相應(yīng)的邊界掃描自動(dòng)設(shè)計(jì)模塊可供使用者調(diào)用，所以在i c 設(shè)計(jì)時(shí)，只要作相應(yīng)的處理就可以獲得i c 的邊界掃描結(jié)構(gòu)。在測(cè)試系統(tǒng)方面，國(guó)外邊界掃描測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試軟件的開(kāi)發(fā)也取得了非常大的進(jìn)展，目前已有很多產(chǎn)品投入市場(chǎng)，如t e r a d y n e 的邊界掃描測(cè)試軟件v ic t o r y ，p h i l i l o s 公司的p m 3 7 2 0 邊界掃描測(cè)試機(jī)，a c c u l o g i c 公司的b s c # , np c + 邊界掃描測(cè)試卡等。當(dāng)前i e e e l l 4 9 1 標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為國(guó)際上工業(yè)界對(duì)電路和系統(tǒng)，包括先進(jìn)的c p u 芯片到衛(wèi)星系統(tǒng)，進(jìn)行生產(chǎn)故障檢測(cè)和產(chǎn)品功能測(cè)試的基本方法。在國(guó)內(nèi)，電子科技大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院c a t 室、國(guó)防科技大學(xué)自動(dòng)化系、桂林電子工業(yè)學(xué)院及西安微電子技術(shù)研究所在2 0 世紀(jì)9 0 年代開(kāi)始關(guān)注邊界掃描技術(shù)。1 9 9 4 年，我國(guó)參照i e e e1 1 4 9 1 標(biāo)準(zhǔn)制定了中國(guó)電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“標(biāo)準(zhǔn)可測(cè)試性總線”第一部分“標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試存取接口與邊界掃描結(jié)構(gòu)”。盡管國(guó)內(nèi)測(cè)試界專家以及一些電子設(shè)備生產(chǎn)廠家都已認(rèn)識(shí)到邊界技術(shù)的重要性，但由于缺乏掃描測(cè)試工具以及相關(guān)技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)邊界掃描技術(shù)的應(yīng)用還相當(dāng)有限。1 3 課題的任務(wù)和意義1 3 1 課題的任務(wù)本課題的研究重點(diǎn)主要放在邊界掃描測(cè)試矢量的處理和邊界掃描主控器的基本設(shè)計(jì)方案。在測(cè)試矢量方面主要是在學(xué)習(xí)邊界掃描器件內(nèi)嵌掃描結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析t a p 控制器的控制狀態(tài)以及p c b 掃描測(cè)試工作原理，并且以此為基礎(chǔ)，從模型算法的角度闡述對(duì)掃描鏈中部分不具備邊界掃描結(jié)構(gòu)器件的處理方案，從而能夠解決關(guān)鍵路徑被“破壞”不能完成掃描測(cè)試的部分情況。在邊界掃描主控器設(shè)計(jì)部分，設(shè)計(jì)用以連接被測(cè)電路板和控制計(jì)算機(jī)的c o m p a c tp c i 接口邊界掃描控制系統(tǒng)?；竟ぷ髟硎峭ㄟ^(guò)系統(tǒng)內(nèi)的主控器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，把控制計(jì)算機(jī)發(fā)出的并行測(cè)試矢量轉(zhuǎn)換第一章引言成被測(cè)電路板上器件能夠接收的串行矢量序列發(fā)送給被測(cè)電路板，并接收電路板上返回的結(jié)果，處理后傳遞給控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行測(cè)試結(jié)果的分析。工作的重點(diǎn)是完成控制系統(tǒng)的核心器件一一主控器的邏輯實(shí)現(xiàn)。1 3 2 課題的意義當(dāng)今，電子產(chǎn)品復(fù)雜性日益增加，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，希望產(chǎn)品能夠達(dá)到零故障，達(dá)到這一目標(biāo)的唯一方法就是加強(qiáng)產(chǎn)品本身的質(zhì)量控制，因此測(cè)試的任務(wù)就是在改善產(chǎn)品的合格率的同時(shí)又保持測(cè)試的成本不至于太高。邊界掃描技術(shù)提出了一種新的完整的測(cè)試方法，它能夠克服復(fù)雜數(shù)字電路板的技術(shù)障礙，在實(shí)際測(cè)試電路板時(shí)，不需要再借助復(fù)雜和昂貴的裝置，提供了一種獨(dú)立于電路板技術(shù)的測(cè)試方法。該技術(shù)在減少投資和制造費(fèi)用，提高產(chǎn)品質(zhì)量，最大限度的利用最新技術(shù)方面邁出了重要的步1 5 。第二章b s t 技術(shù)及應(yīng)用作。從t d i 輸入數(shù)據(jù)在t c k 的上升沿進(jìn)行，從t d 0 輸出數(shù)據(jù)在t c k 的下降沿進(jìn)行。t m s 端接收邏輯信號(hào)o 和1 ，由t a p 控制器解釋并用以控制測(cè)試操作。在t c k 上升沿對(duì)t m s 進(jìn)行采樣，當(dāng)t m s 不被驅(qū)動(dòng)時(shí)必須保持為邏輯“l(fā) ”。t d i 端串行輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)入指令寄存器還是數(shù)據(jù)寄存器是由t a p控制器的控制狀態(tài)決定。當(dāng)測(cè)試數(shù)據(jù)輸入端沒(méi)有被驅(qū)動(dòng)時(shí)，加載邏輯“1 ”。t d o 端在t c k 時(shí)鐘脈沖的下降沿將數(shù)據(jù)寄存器或指令寄存器的數(shù)據(jù)移出。當(dāng)沒(méi)有數(shù)據(jù)通過(guò)單元移出時(shí)，t d o 設(shè)置為不作用狀態(tài)，通常為高阻態(tài)。t r s t 低電平有效，使測(cè)試邏輯強(qiáng)制性異步復(fù)位而與t c k 和t m s 無(wú)關(guān)。由于t r s t 是可選擇的，對(duì)于沒(méi)有t r s t 端口的器件在任何情況下，測(cè)試邏輯需要設(shè)計(jì)成在t m s 和t c k 控制下能夠被復(fù)位。2 ) t a p 控制器對(duì)于邊界掃描測(cè)試結(jié)構(gòu)，其核心控制部分就是t a p 控制器。t a p控制器是由t m s 在t c k 上升沿控制的有限狀態(tài)機(jī)。它的主要功能是：a ) 提供信號(hào)以允許指令裝入寄存器中；b ) 提供信號(hào)將測(cè)試數(shù)據(jù)移入移位寄存器，并把測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果從移位寄存器移出；c ) 執(zhí)行測(cè)試作用，如捕獲、移位和更新測(cè)試數(shù)據(jù)等。t a p 控制器狀態(tài)機(jī)原理如下：圖2 - 2 、t a p 控制器狀態(tài)機(jī)由圖中可以看出，t a p 控制器只有六個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)：測(cè)試邏輯復(fù)位、測(cè)試閑置、測(cè)試數(shù)據(jù)寄存器移位、測(cè)試數(shù)據(jù)寄存器暫停、測(cè)試指令寄存器6電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文移位、測(cè)試指令寄存器暫停。對(duì)于測(cè)試人員，只需要根據(jù)t a p 控制器的狀態(tài)機(jī)，設(shè)計(jì)并發(fā)送特定的控制邏輯就可以完成對(duì)芯片的控制測(cè)試。由圖2 2 可知，無(wú)論t a p 控制器處于哪個(gè)狀態(tài)，只要t m s 保持邏輯l ，最多5 個(gè)測(cè)試時(shí)鐘脈沖周期就會(huì)使控制器自動(dòng)恢復(fù)到它的測(cè)試邏輯復(fù)位狀態(tài)。3 ) 指令寄存器指令寄存器在測(cè)試中可以對(duì)數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行控制，以提供地址信號(hào)和控制信號(hào)的方式來(lái)選擇特定的數(shù)據(jù)寄存器；同時(shí)也可以直接通過(guò)指令寄存器執(zhí)行測(cè)試功能，控制芯片引腳的狀態(tài)。指令寄存器至少包含兩個(gè)能保存指令數(shù)據(jù)的移位寄存器基本單元，這兩個(gè)強(qiáng)制單元位于距離串行輸出端最近的位置，即它們是最低的有效位( l s b ) 。兩位最低有效位的值固定為0 和l ( 1 是最低位) ，這個(gè)固定值用于確定p c b電路上各i c 串行通路中故障的位置。4 ) 測(cè)試數(shù)據(jù)寄存器測(cè)試數(shù)據(jù)寄存器里面又包含有旁路寄存器( b r ) 、邊界掃描寄存器( b s r ) 、器件標(biāo)志寄存器( i d c o d e ) 等多個(gè)寄存器。其中旁路寄存器和邊界掃描寄存器是必須的，其它為可選寄存器，也可以增加一個(gè)或多個(gè)專門設(shè)計(jì)的測(cè)試數(shù)據(jù)寄存器，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)化測(cè)試指令集增加測(cè)試代碼可完成對(duì)附加的專用寄存器進(jìn)行讀取。測(cè)試數(shù)據(jù)寄存器的長(zhǎng)度是由集成電路設(shè)計(jì)者固定的，與測(cè)試指令無(wú)關(guān)。旁路寄存器是只有一位的寄存器，它使得在t d i 和t d o 之間獲得一個(gè)最短路徑，旁路寄存器的作用是為了對(duì)不需要進(jìn)行掃描的芯片進(jìn)行旁通，以縮短掃描路徑。旁路寄存器在t c k 測(cè)試時(shí)鐘的上升沿，t a p控制器處于它的捕獲數(shù)據(jù)寄存狀態(tài)且設(shè)置為邏輯0 時(shí)，該寄存器被選中。邊界掃描寄存器首尾相連，構(gòu)成邊界掃描路徑中的移位寄存器鏈，它具有如下特征：a ) 可對(duì)器件電路實(shí)現(xiàn)外部測(cè)試：b ) 可實(shí)現(xiàn)核心邏輯的內(nèi)測(cè)試指令，同時(shí)也提供核心邏輯的邊界限制條件：c ) 可對(duì)輸入輸出信號(hào)進(jìn)行采樣和檢查而不影響核心邏輯工作。i d c o d e 寄存器有3 2 位，它存儲(chǔ)芯片的i d 碼。芯片i d 碼是識(shí)別芯片的內(nèi)建器件標(biāo)識(shí)碼，通過(guò)檢測(cè)芯片i d 碼可以識(shí)別該芯片，判斷芯片裝配正確與否，并可進(jìn)一步判斷芯片的型號(hào)、生產(chǎn)廠家及版本號(hào)與其標(biāo)識(shí)是否相符，辨別芯片的真?zhèn)巍．?dāng)t a p 進(jìn)入t e s t l o g ic r e s e t 狀態(tài)時(shí)，若標(biāo)志寄存器存在，則被強(qiáng)制接入t d i 與t d o 之間，寄存器l s b7第二章b s t 技術(shù)及應(yīng)用的值為l ，否則，旁路寄存器被接入t d i 與t d o 之間，寄存器的值為o 。所以，在檢測(cè)芯片標(biāo)志寄存器的值時(shí)，可以由復(fù)位狀態(tài)直接進(jìn)入移位數(shù)據(jù)狀態(tài)，輸出t d 0 的值，并判斷其第一位是否為1 ，若是，則此芯片有標(biāo)準(zhǔn)寄存器存在，可繼續(xù)移出其他3 1 位，并進(jìn)行判斷與顯示。2 1 2 邊界掃描工作方式邊界掃描基本上存在四種工作方式：1 內(nèi)部測(cè)試方式內(nèi)部測(cè)試方式用于測(cè)試電路板上各集成電路芯片內(nèi)部的故障。在這種測(cè)試方式下，測(cè)試圖形通過(guò)t d i 輸入，通過(guò)邊界掃描通路將測(cè)試圖形加于每個(gè)芯片的輸入引腳寄存器中，從輸出t d 0 串行讀出存于輸出引腳寄存器中的芯片的響應(yīng)圖形。根據(jù)輸入輸出的響應(yīng)，即可對(duì)電路板上各芯片內(nèi)部工作狀態(tài)以及工作邏輯做出測(cè)試。2 外部測(cè)試方式外部測(cè)試方式用于電路板上各集成電路芯片之間連線故障的測(cè)試。測(cè)試圖形從第一個(gè)芯片的t d i 輸入，經(jīng)邊界掃描通路加載到每個(gè)芯片的輸入引腳寄存器，每個(gè)芯片輸出引腳寄存器接收響應(yīng)圖形，最后通過(guò)輸出信號(hào)與正確信號(hào)相比就可以診斷出電路板上存在的故障。3 采樣測(cè)試方式采樣測(cè)試方式用于實(shí)時(shí)診斷一個(gè)正在工作的系統(tǒng)，掃描寄存器實(shí)時(shí)監(jiān)控電路板上個(gè)芯片的輸入和輸出引腳的數(shù)據(jù)流。4 電路板正常工作方式在電路板正常工作方式，邊界掃描寄存器不影響電路板正常工作，電路板處于正常工作狀態(tài)。本論文的工作重點(diǎn)是在電路板的互連故障測(cè)試上，所以其工作方式主要為外部測(cè)試方式，以下將主要對(duì)該工作方式和在該工作方式下的故障診斷作詳細(xì)介紹。2 1 3 外部測(cè)試原理邊界掃描外部測(cè)試是完成對(duì)電路板上的互連故障進(jìn)行測(cè)試診斷，基本思想是在靠近器件的輸入輸出管腳處增加一個(gè)移位寄存器單元。在測(cè)試期間，這些寄存器單元用于控制輸入管腳的狀態(tài)( 高或低) ，并讀輸出管腳的狀態(tài)，利用這種基本思想可以測(cè)試出電路板中器件互連的正確性。在正常工作期間，這些附加的移位寄存器單元是“透明”電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文的，不影響電路板的正常工作?；ミB測(cè)試主要有以下四個(gè)步驟：1 ) t d i 經(jīng)過(guò)各移位寄存器與各i c 管腳相關(guān)的單元連接，移位激勵(lì)數(shù)據(jù)；2 ) 更新輸出單元上的數(shù)據(jù)，對(duì)? c b 電路板上的連線施加激勵(lì)：3 ) 在各接收i c 的輸入管腳捕獲p c b 電路板上連線的狀態(tài)：4 ) 檢查經(jīng)過(guò)邊界掃描寄存器向t d o 移出的最后結(jié)果。圖2 3 表明了簡(jiǎn)單的測(cè)試過(guò)程：設(shè)置外部測(cè)試模式后，通過(guò)t d i施加測(cè)試激勵(lì)0 ：上述測(cè)試步驟中第二步和第三步執(zhí)行實(shí)際測(cè)試，把測(cè)試數(shù)據(jù)施加到i c 連線之間，并捕獲這些連線的狀態(tài)；第一步和第四步只產(chǎn)生測(cè)試數(shù)據(jù)的移位，它們的移位狀態(tài)是相同的，均對(duì)測(cè)試結(jié)果并不做貢獻(xiàn)。鹺鞠醐a 、數(shù)據(jù)移向輸出單元b 、施加測(cè)試數(shù)據(jù)及捕獲c 、將捕獲結(jié)果輸出圖2 - 3 、掃描測(cè)試過(guò)程測(cè)試過(guò)程中的所有功能都是由時(shí)鐘來(lái)觸發(fā)的。在更新數(shù)據(jù)寄存器階段，一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)施加于p c b 電路板的連線上，這個(gè)信號(hào)實(shí)質(zhì)上是在同一時(shí)刻到達(dá)一個(gè)適當(dāng)?shù)膇 c 的接收端。捕獲寄存器功能也是由時(shí)鐘脈沖觸發(fā)，在脈沖的下降沿觸發(fā)更新數(shù)據(jù)寄存器功能，在上升沿觸發(fā)捕獲寄存器功能。2 1 4 互連測(cè)試工作模式由互連測(cè)試工作原理可知測(cè)試過(guò)程就是利用j t a g 接口的四條( 或五條) 數(shù)據(jù)線對(duì)電路板上掃描鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)掃入和掃出的過(guò)程，整個(gè)過(guò)程通常針對(duì)數(shù)字電路部分，但是在實(shí)際電路中往往存在數(shù)?；旌匣蚴欠浅?fù)雜的電路結(jié)構(gòu)，因此為了優(yōu)化測(cè)試程序縮短測(cè)試時(shí)間，根據(jù)實(shí)際電路板復(fù)雜程度的不同，測(cè)試工作又有四種基本的工作模式：1 )串行鏈工作串行鏈?zhǔn)绞亲詈?jiǎn)單、應(yīng)用最廣泛的工作方式。電路板上所有可掃描器件公用t c k 、t m s 信號(hào)，器件之間用t d i 、t d o 相連，即第一個(gè)芯片的輸入接t d i ，輸出接第二個(gè)芯片的輸入以此類推，最后一個(gè)芯片的第二章b s t 技術(shù)及應(yīng)用t d o 接總輸出的t 1 3 0 。2 ) 并行鏈工作對(duì)于串行鏈而言，其工作方式的缺陷在于如果電路板上的器件有所更改，則整條掃描鏈都將不可使用，而且對(duì)于多器件構(gòu)成的單掃描鏈會(huì)用較長(zhǎng)的掃描時(shí)間。并行鏈工作方式則彌補(bǔ)了串行鏈的不足。并行鏈工作是將電路板上可掃描器件分成幾部分，每一部分單獨(dú)成鏈，但是各獨(dú)立鏈路之間共用t c k 信號(hào)和t d o 信號(hào)只有t d i 和t m s 信號(hào)是各自獨(dú)立的，完成對(duì)不同掃描鏈可以加載不同測(cè)試矢量，因此各掃描鏈可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制。而且，當(dāng)一條掃描鏈?zhǔn)艿接绊憰r(shí)，其它鏈路可以正常運(yùn)行，而且相對(duì)縮短了掃描測(cè)試時(shí)間。魏畫盟盟a 、并行工作方式b 、多輸出工作c 、旁路工作方式圖2 4 、測(cè)試工作模式3 ) 多輸出工作多輸出工作模式是對(duì)串行工作模式的一種改進(jìn)。在同一條掃描鏈上t m s 和t c k 信號(hào)是共用的，有一個(gè)t d i 輸入端，但是卻有多個(gè)t d o輸出端。t d o 輸出是鏈上的每個(gè)芯片或是芯片組的t d o 的輸出集合。采用這種多輸出的方式可以實(shí)現(xiàn)更精確的故障定位。4 ) 旁路工作在正常測(cè)試流程中每經(jīng)過(guò)一個(gè)t c k 脈沖，測(cè)試數(shù)據(jù)在邊界掃描寄存器中移動(dòng)一位，這樣對(duì)不需要進(jìn)行測(cè)試的元件而言則浪費(fèi)了大量的時(shí)間。對(duì)于i e e e l l 4 9 1 標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定旁路寄存器是必須的。在旁路方式下掃描鏈上通過(guò)旁路寄存器直接將不需要進(jìn)行掃描元件的t d i 和t d o 直接相連，可以加快測(cè)試速度。根據(jù)實(shí)際電路情況選擇不同的測(cè)試工作模式就可以使p c b 電路板上所有“實(shí)際”節(jié)點(diǎn)具有可觀察和可控制性。在電路板存在故障的情況下，根據(jù)節(jié)點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)輸出結(jié)果對(duì)應(yīng)的故障類型就可以對(duì)電路板故障進(jìn)行定位，故障的類型與所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系需要通過(guò)對(duì)各種故障模型的響應(yīng)來(lái)分析，具體的故障模型將在下一節(jié)中討論。2 2 故障及故障模型1 0電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文在電路板生產(chǎn)過(guò)程中，由于工藝、裝配等原因，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)開(kāi)路和短路故障。對(duì)于p c b 生產(chǎn)，除了對(duì)故障進(jìn)行診斷，還要進(jìn)行診斷修復(fù)，因此對(duì)p c b 電路要建立能夠包含故障診斷結(jié)果的故障模型嘲。2 2 1 基本概念網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)是由通過(guò)導(dǎo)線連接的一系列輸入、輸出節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的，記為n ，j = l ，2 ，n 。邊界掃描測(cè)試的主要任務(wù)實(shí)質(zhì)上就是測(cè)試這些網(wǎng)絡(luò)是否正常。并行測(cè)試向量p t v ( p a r a l le 1t e s tv e c t o r ) ：在一次邊界掃描測(cè)試循環(huán)中，加載到各網(wǎng)絡(luò)上的測(cè)試代碼構(gòu)成的向量，記為v ? ，j = 1 ，2 ，p 。采用某個(gè)p t v 進(jìn)行測(cè)試所得到的測(cè)試響應(yīng)向量稱為并行響應(yīng)向量p r v ( p a r a l l e lr e $ p 0 1 s ev e c t o r ) ，記為，? ，j = 1 ，2 ，p 。對(duì)于某個(gè)固定的電路板而言，它的p t v 維數(shù)是確定的，等于網(wǎng)絡(luò)的總數(shù)n 。測(cè)試向量集及測(cè)試矩陣：由并行測(cè)試向量構(gòu)成的集合稱為測(cè)試向量集，由p t v 為列向量構(gòu)成的布爾矩陣稱為測(cè)試矩陣，記為t 。相應(yīng)地，可以定義由測(cè)試響應(yīng)向量構(gòu)成的響應(yīng)向量集和響應(yīng)矩陣，記為r 。貫序測(cè)試向量( s e q u e n t i a lt e s tv e c t o r ) ：在測(cè)試矩陣中，對(duì)應(yīng)于在多次邊界掃描測(cè)試循環(huán)中施加到同一網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試代碼的行向量，記為v ? ，j = l ，2 ，n 。顯然，s t v 的數(shù)目等于網(wǎng)絡(luò)的總數(shù)n ，其維數(shù)p 等于邊界掃描測(cè)試循環(huán)的次數(shù)( 或p t v 的數(shù)目) 。相應(yīng)地，網(wǎng)絡(luò)在輸入一定的s t v 后的輸出響應(yīng)向量為貫序測(cè)試響應(yīng)向量s r v ( s e q u e n t i a lr e s p o n s ev e c t o r ) ，記為，i = l ，2 ，n 。顯然，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)無(wú)故障時(shí)，s r v 與輸入的s t v相同。當(dāng)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)存在故障時(shí)，表征故障的s r v 稱為故障征兆，記為夥。表2 1 測(cè)試矩陣示例并行測(cè)試矢量p t v貫序測(cè)試網(wǎng)絡(luò)v fv ：v ?矢量s t v月1000v 產(chǎn)n2001v h30l0v 宇nd0l1v pn51oov ”6l0lv ?”l10v pnslllv f混疊癥候( a l i a s i n gs y n d r o m e ) ：對(duì)測(cè)試矢量集，電路中某個(gè)網(wǎng)絡(luò)或某些網(wǎng)絡(luò)的故障響應(yīng)和正常響應(yīng)相同時(shí)，將無(wú)法確定這( 些) 網(wǎng)絡(luò)是第二章b s t 技術(shù)及應(yīng)用否有故障，這種現(xiàn)象稱為混疊癥候?；煜Y候( c o n f o u n d i n gs y n d r o m e ) ：對(duì)測(cè)試矢量集，相同的故障響應(yīng)存在多種故障與之對(duì)應(yīng)，這種現(xiàn)象稱為混淆癥候。將具有同樣測(cè)試結(jié)果的所潛在的獨(dú)立故障的最大數(shù)目定義為混淆度f(wàn) 。2 2 2 故障及模型電路板上的故障從物理上可以劃分為開(kāi)路故障和短路故障，從邏輯上可劃分為s a 一1 故障( s t u c ka ti ，節(jié)點(diǎn)值固定為“l(fā) ”) 、s a 一0故障( s t u c ka t0 ，節(jié)點(diǎn)值固定為0 ) 和橋接短路故障。首先討論物理上的開(kāi)路故障。對(duì)開(kāi)路故障，從邏輯上表征為s a 一1 、s a 一0 故障。開(kāi)路故障根據(jù)短路工藝的不同( t t l 、c m o s 、e c l 等) 在邏輯現(xiàn)象上可以等效為s a 一0 或s a l ，因?yàn)樵趖 t l 工藝中，假設(shè)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)的值為x ，輸出為y ，對(duì)應(yīng)的邏輯算子為f ，則正常情況下有：y = f 伍) 。在出現(xiàn)開(kāi)路故障時(shí)無(wú)論x 為何值，均有y ；1 ：而在c m o s 和e c l 工藝中有y s 0 。但是開(kāi)路故障并不完全等效于s a l 或s a 一0 故障，因?yàn)閟 a 型故障可以影響于該節(jié)點(diǎn)相連的所有節(jié)點(diǎn)，而開(kāi)路故障只影響與其相連的部分節(jié)點(diǎn)。為了對(duì)故障進(jìn)行進(jìn)一步的分析建模，將與開(kāi)路故障相連的所有節(jié)點(diǎn)分為兩部分，選取1 個(gè)子節(jié)點(diǎn)作為原始節(jié)點(diǎn)的一部分，剩余的節(jié)點(diǎn)作為一組，并處于靜止?fàn)顟B(tài)。假設(shè)存在一個(gè)由尸個(gè)i c 組成的故障網(wǎng)絡(luò)，除去作為原始節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，剩下的靜態(tài)節(jié)點(diǎn)，的范圍為p 一1 ，因此最多j 的可能組合為：c ；2 p 蘭南( f ea ，2 一，p 一1 其中尸為整數(shù)) ( 2 - 1 )因?yàn)榘裵 分為a ，b 兩組和分成b ，a 兩組的結(jié)果是一樣的，所以j的值應(yīng)該是式( 2 1 ) 的一半，所以最終的組合數(shù)為：，p 一1i 1 厶一- e ，i = 2 9 一1( 2 2 )li = l對(duì)于實(shí)際電路中一對(duì)一的節(jié)點(diǎn)，其組合數(shù)為1 。對(duì)于多的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，可以通過(guò)分離出一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為驅(qū)動(dòng)，檢測(cè)其它節(jié)點(diǎn)的方法對(duì)組合數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)化，這樣可以減化組合數(shù)至p 一- ，進(jìn)而減少對(duì)測(cè)試矢量的需求。如圖2 5 ，對(duì)一個(gè)4 節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，理論組合數(shù)為7 ，而簡(jiǎn)化后為3 。電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文a t 一ci 卜ab l 一dbcd圖2 - 5 、網(wǎng)絡(luò)等效簡(jiǎn)化下面討論短路情況。對(duì)電源和地之間的短路不做考慮，因?yàn)槠湟浑娫丛O(shè)計(jì)中沒(méi)有采用b s t 技術(shù)，其二b s t 是帶電測(cè)試，測(cè)試前就要求電路板處于正常的帶電狀態(tài)。所以電源和地短路的故障只能通過(guò)其他方法測(cè)試。信號(hào)線之間的短路對(duì)于不同的狀況又分為以下三種類型：1 線與短路：節(jié)點(diǎn)上的驅(qū)動(dòng)能力是邏輯“0 ”占支配地位，最終節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)出來(lái)的邏輯值體現(xiàn)為各節(jié)點(diǎn)的“與”邏輯。2 線或短路：節(jié)點(diǎn)上的驅(qū)動(dòng)能力是邏輯“1 ”占支配地位，最終節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)出來(lái)的邏輯值體現(xiàn)為各節(jié)點(diǎn)的“或”邏輯。3 弱短路：無(wú)法確定節(jié)點(diǎn)上最終得值，但位于“0 1 ”之間。信號(hào)線與電源或地之間的短路診斷比較容易。由于電源和地的阻抗非常低，所以對(duì)電源短路會(huì)使信號(hào)固定為電源電平，對(duì)地短路使信號(hào)固定零電平，即對(duì)電源和地短路可以轉(zhuǎn)換成s a 一1 故障和s a 一0 故障。對(duì)一個(gè)短路故障的發(fā)生，至少存在于兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間。對(duì)于一個(gè)存在7 個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)在j 個(gè)節(jié)點(diǎn)之間發(fā)生短路故障，那么可能發(fā)生的故障總數(shù)就是從1 7 中取j 的組合，即：c ：型( 2 i n )( 2 3 )伽一f ) ! f f對(duì)于兩節(jié)點(diǎn)的短路則有：c ：杰：i 1n 1 7 , n 一2 )( 2 4 )。n2 硒2 j n 叫jl p 4 對(duì)于多節(jié)點(diǎn)短路有：c 卜2 “一n l( 2 5 )表2 2 列出了兩節(jié)點(diǎn)和多節(jié)點(diǎn)故障的對(duì)比：表2 - 2 兩節(jié)點(diǎn)和多節(jié)點(diǎn)短路的對(duì)比節(jié)點(diǎn)數(shù)二節(jié)點(diǎn)短路多節(jié)點(diǎn)短路1 2 n ( n 一1 ) 】2 ”一 一l第二章b s t 技術(shù)及應(yīng)用51 01 52 05 0t 04 51 0 51 9 01 2 2 5由表中可以看出對(duì)于多節(jié)點(diǎn)短路其可能短路數(shù)目隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加呈指數(shù)上升，測(cè)試效率很低，而兩節(jié)點(diǎn)短路故障的數(shù)目是比較合理的。而且多節(jié)點(diǎn)短路實(shí)際上可以看作是兩節(jié)點(diǎn)短路的集合，因此可以采用考慮兩節(jié)點(diǎn)之問(wèn)的短路來(lái)代替多節(jié)點(diǎn)短路的情況以提高測(cè)試效率。2 3邊界掃描測(cè)試數(shù)學(xué)模型邊界掃描測(cè)試是將由一定數(shù)量測(cè)試向量構(gòu)成的測(cè)試矩陣t 輸入電路板a ，依據(jù)響應(yīng)矩陣r 進(jìn)行診斷。測(cè)試矩陣中的每個(gè)p t v 向量維數(shù)為n ，它對(duì)應(yīng)于n 個(gè)網(wǎng)絡(luò)布爾輸入，而r 矩陣中的每個(gè)p r v 向量的維數(shù)也為n ，它對(duì)應(yīng)于n 個(gè)網(wǎng)絡(luò)的布爾輸出。因此，實(shí)質(zhì)上我們可以將被測(cè)電路板看作一個(gè)n 輸入n 輸出的系統(tǒng)，其輸入和輸出均為布爾向量。7 = n ，v ；la圖2 - 6 、n 輸入n 輸出系統(tǒng)對(duì)于。個(gè)一般的n 輸入n 輸出靜態(tài)系統(tǒng)( 輸出、輸出為實(shí)數(shù)向量) ，在不考慮噪聲的理想情況下，上述過(guò)程可以通過(guò)個(gè)簡(jiǎn)單線性方程表達(dá)：y = d x( 2 - 6 )其中，x 和y 分別代表輸入和輸出矩陣，d 為系統(tǒng)特征矩陣。對(duì)n 輸入n 輸出系統(tǒng)的故障診斷問(wèn)題轉(zhuǎn)化為已知y 和x 矩陣求d 的辨識(shí)問(wèn)題，這實(shí)質(zhì)上可以歸結(jié)為矩陣求逆過(guò)程。對(duì)于邊界掃描測(cè)試，可以建立起同式( 2 - 6 ) 相類似的模型。顯然，所需建立的邊界掃描過(guò)程描述模型應(yīng)具備如式( 2 7 ) 的形式，其中，r 和t 矩陣分別為測(cè)試矩陣和響應(yīng)矩陣，而a矩陣為表征電路板故障特征的矩陣。r = c ，t )( 2 7 )要使式( 2 7 ) 成立，首先必須合理地構(gòu)造短路故障特征矩陣a ，使它同電路板的短路故障之間具備一一映射的關(guān)系。然后還必須構(gòu)造一種合理的算子c ，建立a ，t 矩陣同r 矩陣之間的映射關(guān)系。急焉電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文對(duì)于s a l 或s - a - 0 故障，其故障特征矩陣表現(xiàn)為在n n 階矩陣中a i d 對(duì)f 網(wǎng)絡(luò)中任意輸入的v ? 其結(jié)果都固定為1 或o 。對(duì)于線或短路故障，可以建立具備如下形式的n x n 階短路故障特征矩陣：第第第i 行第j 行鰳飄1o00ooloooo一00_0oo00l對(duì)線或故障電路板上第i 個(gè)網(wǎng)絡(luò)和第j 個(gè)網(wǎng)絡(luò)短路，則故障征兆矩陣中的元素a j 和口，為1 ，矩陣中其余的無(wú)故障特征的元素均為0 。此外該矩陣中對(duì)角線上的元素為1 ，表示任意一個(gè)網(wǎng)絡(luò)同其本身都是短路的。短路故障特征矩陣為對(duì)稱布爾矩陣。當(dāng)沒(méi)有短路故障發(fā)生時(shí)。故障特征矩陣退化為單位布爾矩陣i ，即無(wú)故障特征矩陣為單位矩陣( 單位布爾矩陣定義為矩陣 4 ， ，其中巧，= 1 ，若i - - - j ：毒，= o ，若i j ) 。顯然，故障特征矩陣能準(zhǔn)確地描述各網(wǎng)絡(luò)之間是否存在短路，它同短路故障之間存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。在建立了上述短路故障特征矩陣后，下一步的工作是尋找一個(gè)合理的算子建立r 與a 和t 矩陣之間的映射。對(duì)線或故障，利用布爾矩陣乘法可將該式轉(zhuǎn)化為如下形式：s j = u ”，v o j上式中，向量i o0 1 l o i 同短路故障特征矩陣a 的行向量具備同樣的形式。因此，我們可以利用布爾矩陣乘法構(gòu)造邊界掃描測(cè)試的布爾矩陣模型：r = 爿 t( 2 - 9 )符號(hào) 代表布爾矩陣乘法運(yùn)算。布爾矩陣是建立在布爾代數(shù)基礎(chǔ)上的矩陣?yán)碚?，布爾矩陣的加法和乘法操作同?shí)數(shù)矩陣相類似，區(qū)別在于螺曙礙。一曲，+唧夠一陋牡小+一嵋+中ooh r第二章b s t 技術(shù)及應(yīng)用所進(jìn)行的操作為布爾運(yùn)算。布爾矩陣的轉(zhuǎn)置、對(duì)稱性等概念與實(shí)數(shù)矩陣相同。式( 2 9 ) 的含義為，邊界掃描測(cè)試的響應(yīng)矩陣r 為短路故障特征矩陣a 同測(cè)試矩陣t 的布爾積。此時(shí)，邊界掃描測(cè)試診斷過(guò)程可以對(duì)應(yīng)于已知r 和t 矩陣求a 矩陣的識(shí)別問(wèn)題。2 4測(cè)試算法及故障診斷邊界掃描測(cè)試中考慮的因素主要有兩個(gè)：一個(gè)是測(cè)試所需要的時(shí)間，它體現(xiàn)測(cè)試的總體代價(jià)和費(fèi)用；另一個(gè)是故障的覆蓋率以及故障定位的精度，它體現(xiàn)出測(cè)試的效用。在邊界掃描測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試時(shí)間取決于邊界掃描測(cè)試向量的數(shù)量，即測(cè)試向量集的大小( 緊湊性指標(biāo)) ；而邊界掃描測(cè)試的故障覆蓋率和故障定位精度則取決于測(cè)試向量集的故障診斷能力( 完備性指標(biāo)) 。本節(jié)就互連測(cè)試算法以及對(duì)故障的診斷定位作一定討論。2 4 ，1 算法h k a u t z 于1 9 7 4 發(fā)表在1 e e e 計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)上的文章首次提出了線網(wǎng)中故障測(cè)試的方法，稱二進(jìn)制計(jì)數(shù)( c s a ) 算法。給出了檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)短路的充分條件是v o ( i = l ，2 n ) 必須唯，可以得出檢測(cè)n 個(gè)網(wǎng)絡(luò)互連故障的最優(yōu)p t v 矢量數(shù)為( 1 0 9 ，) ”】。c s a 算法是在無(wú)源測(cè)試中提出的，適于可接觸網(wǎng)絡(luò)的脫機(jī)測(cè)試，可用于稀疏p c b 互連測(cè)試中。該方法如果用于邊界掃描測(cè)試，這種檢測(cè)算法對(duì)呆滯型故障存在混疊癥候。1 9 8 2 年p g o e l 和m t i c m a h o n 針對(duì)芯片在位測(cè)試對(duì)c s a 算法進(jìn)行修改，增加全0 和全ls t v ，使其具有檢測(cè)呆滯型故障的能力。這樣測(cè)試矢量p t v 增加為( 1 0 9 ，( + 2 ) ) m ，稱為改進(jìn)的二進(jìn)制計(jì)數(shù)算法( m c s a ) 。1 9 8 7 年p t w a g n e r 就g o e l 和b c m a h o n 算法在故障診斷上的局限，增加互補(bǔ)的測(cè)試矢量集，提出了p t v 為( 2 l o g ，( n + 2 ) ) o0 1 的算法，增加了故障區(qū)分的能力。1 9 9 2 年w u t u n gc h e n g 等人在不降低診斷能力的條件下，對(duì)測(cè)試矢量進(jìn)行了壓縮，系統(tǒng)地提出了三種優(yōu)化的測(cè)試矢量生成算法 i u 。表2 - 3 是以上幾種算法針對(duì)8 網(wǎng)絡(luò)生成的測(cè)試矢量集，表2 - 4 列出了一定數(shù)量的p t v 所能測(cè)試的網(wǎng)絡(luò)數(shù)。表2 - 3 幾神經(jīng)典算法針對(duì)8 網(wǎng)絡(luò)生成的測(cè)試矢量集網(wǎng)c s aw a g n e rw u t u n gc h e n gm c s a絡(luò)檢測(cè)檢測(cè)診斷法1法2法36電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文1 3j0 0 00 0 0 10 0 0 l1 1 1 00 0 l l l0 0 0 00 0 01 11 32o o l0 0 1 00 0 1 01 1 0 l0 1 1 1 01 0 0 00 0 11 00 1 00 0 1 l0 0 1 11 1 0 00 1 1 0 10 1 0 00 1 01 0n40 l l0 1