基于JTAG的互連測(cè)試技術(shù)

一、引言

隨著微電子技術(shù)進(jìn)入超大規(guī)模集成電路（VLSI）時(shí)代，VLSI電路的高度復(fù)雜性及多層印制板、表面貼裝（SMT）、圓片規(guī)模集成（WSI）和多芯片模塊 （MCM）技術(shù)在電路系統(tǒng)中的運(yùn)用，使得電路節(jié)點(diǎn)的物理可訪問(wèn)性正逐步削減以至于消失，電路和系統(tǒng)的可測(cè)試性急劇下降，測(cè)試費(fèi)用在電路和系統(tǒng)總費(fèi)用中所占 的比例不斷上升，常規(guī)測(cè)試方法正面臨著日趨嚴(yán)重的困難。

測(cè)試算法的研究和測(cè)試實(shí)踐證明了一個(gè)基本的事實(shí)：要對(duì)一個(gè)不具有可觀測(cè)性的電路進(jìn)行測(cè)試是徒勞的，只有提高電路的可測(cè)性設(shè)計(jì)（design for testability，DFT），才能使電路的測(cè)試問(wèn)題得到簡(jiǎn)化并最終得到解決。而近年來(lái)飛速發(fā)展的JTAG邊界掃描技術(shù)很好的解決了這個(gè)問(wèn)題，邊界掃 描技術(shù)是迄今為止最成熟的DFT技術(shù)，它已經(jīng)成為DFT的主要手段，對(duì)于DFT技術(shù)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響。而其中互連測(cè)試又是其中最關(guān)鍵的技術(shù)之一。

二、互連測(cè)試的原理

基于IEEE Std 1149.1（即JTAG協(xié)議）制定邊界掃描方法的檢測(cè)邏輯結(jié)構(gòu)，是用邊界掃描單元組成的邊界掃描鏈，每個(gè)單元介于外部管腳與內(nèi)部邏輯之間，并且是串行連接的，由TAP(檢測(cè)口控制器)來(lái)控制數(shù)據(jù)鏈在邊界掃描鏈中的動(dòng)作。

互連測(cè)試主要是指對(duì)電路板上器件之間互連線的測(cè)試，主要檢測(cè)電路板級(jí)的開(kāi)路、短路或者呆滯型等故障。互連測(cè)試是引進(jìn)邊界掃描測(cè)試技術(shù)的一個(gè)主要原因，因此 在IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)中，互連測(cè)試指令（EXTEST）是一條強(qiáng)制性指令，所有BS（Boundary Scan）器件都支持互連測(cè)試。

互連測(cè)試是最主要的測(cè)試任務(wù)，很多測(cè)試都是依據(jù)互連測(cè)試的原理進(jìn)行的。圖1是互連測(cè)試原理圖。

在圖1的互連測(cè)試中，基本的測(cè)試路線是：掃描單元、驅(qū)動(dòng)器件、邊界線、路徑、焊接、接口、焊接、路徑、邊界線、驅(qū)動(dòng)器件、掃描單元。

掃描單元就像虛擬探針，要測(cè)試BS器件之間的連線是否正常，可以通過(guò)給輸出型單元賦值，從輸出型掃描單元捕獲這個(gè)值的方法來(lái)進(jìn)行判斷。驅(qū)動(dòng)測(cè)試激勵(lì)的芯 片掃描置入的測(cè)試指令為EXTEST，接收測(cè)試響應(yīng)的芯片掃描置入的指令為SAMPLE或者EXTEST。至于輸入多少測(cè)試激勵(lì)，每一組測(cè)試激勵(lì)又是什么 樣的值，這是由測(cè)試矢量生成算法決定的，選用的測(cè)試算法，測(cè)試矢量也不盡相同。

下面用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子（圖2）來(lái)說(shuō)明互連測(cè)試的原理。

通過(guò)輸入三組測(cè)試矢量

從接收端單元得到三組測(cè)試響應(yīng)

通過(guò)一定的故障診斷算法就可以檢測(cè)到圖2中net1和net2存在邏輯與的橋接短路故障，net4存在固定為0的呆滯型故障。

三、互連測(cè)試的主要功能

1．可以檢測(cè)電路板上面的開(kāi)路故障，并能精確定位到具體的引腳；

2．可以檢測(cè)電路板上面的橋接短路故障，并能精確定位到橋接的具體網(wǎng)絡(luò)和引腳；

3．可以檢測(cè)呆滯型故障，并能夠精確定位到具體的引腳；

4．檢測(cè)其余不知名的故障（測(cè)試響應(yīng)與期望響應(yīng)不一致，但不屬于以上三類(lèi)故障）。

四、互連測(cè)試的基本算法

互連測(cè)試的基本算法有走步1算法（walk-1）、走步0算法（walk-0）、改良記數(shù)序列算法（MCSA）、計(jì)數(shù)/補(bǔ)償算法 （True/Compliment）和等權(quán)值抗混迭算法等。下面假設(shè)待測(cè)互連網(wǎng)絡(luò)數(shù)目為n，分別介紹各個(gè)算法。在這種情況下，每個(gè)算法的矢量長(zhǎng)度都為n， 不同的是各種算法需要的測(cè)試矢量數(shù)目不一樣，因而測(cè)試時(shí)間也不一樣。

1．走步1算法（walk-1）

走步1算法的初始測(cè)試矢量可以設(shè)為1，0，0，...，0。然后讓1順序移位，所以稱(chēng)為走步1算法。這種算法的測(cè)試矢量格式為n。走步1算法是比較完備的 算法，它能夠檢測(cè)所有固定邏輯故障、開(kāi)路故障和短路故障，并且能對(duì)固定的邏輯故障、開(kāi)路故障和邏輯短路故障進(jìn)行精確定位。

2．走步0算法（walk-0）

走步0算法與走步1算法算法互補(bǔ)，它的初始測(cè)試矢量可以設(shè)為0，1，1，...，1。然后讓0順序移位,所以稱(chēng)為走步0算法。這種算法的測(cè)試矢量個(gè)數(shù)也 為n。走步0算法也是比較完備的算法,它能夠檢測(cè)所有固定邏輯故障、開(kāi)路故障和短路故障,并能對(duì)它們進(jìn)行定位。

3．改良記數(shù)序列算法

改良記數(shù)序列算法要求各個(gè)串行矢量各不相同,同時(shí)要求具有最少的并行測(cè)試矢量數(shù)?？梢宰C明這時(shí)需要最大的串行測(cè)試矢量的個(gè)數(shù)為log2(n+2) 向上取整。改良記數(shù)序列算法能夠檢測(cè)所有固定邏輯故障、開(kāi)路故障和短路故障，但是不能對(duì)故障進(jìn)行精確定位,它是能夠發(fā)現(xiàn)所有故障的最緊湊算法之一。

4．記數(shù)/補(bǔ)償算法(True/Compliment)

記數(shù)補(bǔ)償算法是對(duì)改良記數(shù)序列算法的一種改進(jìn),為了增加測(cè)試矢量在故障診斷時(shí)的抗混淆能力,給各個(gè)測(cè)試矢量求反,得到一組新的測(cè)試矢量。這時(shí)測(cè)試矢量的 數(shù)目為2log2(n+2)，相對(duì)改良記數(shù)序列算法而言,它的故障定位能力有所提高,但是還不能保證對(duì)故障進(jìn)行精確診斷。

5．等權(quán)值抗混迭算法

等權(quán)值抗混迭算法要求各個(gè)串行測(cè)試矢量的權(quán)值相等,同時(shí)要求各個(gè)串行測(cè)試矢量各不相同,在這兩個(gè)前提下,要求得到測(cè)試矢量數(shù)目最小。等權(quán)值抗混迭算法可以 抗故障混迭,但是不能抗故障混淆,緊湊性良好。相對(duì)于前面算法,它的故障定位能力有所提高,但是還不能保證對(duì)故障的精確診斷。

不同的測(cè)試算法生成的測(cè)試矢量集不一樣，測(cè)試運(yùn)行的時(shí)間也不一樣，測(cè)試矢量的抗混迭和抗混淆的能力也不一樣，也就是故障定位能力各不一樣。在實(shí)際運(yùn)用中，需要根據(jù)待測(cè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)目進(jìn)行靈活選取。

五、應(yīng)用場(chǎng)合和應(yīng)用價(jià)值

互連測(cè)試可以在任何場(chǎng)合應(yīng)用，包括板極測(cè)試與系統(tǒng)級(jí)測(cè)試，包括開(kāi)發(fā)調(diào)試、生產(chǎn)測(cè)試、維修測(cè)試等過(guò)程。互連測(cè)試是邊界掃描技術(shù)的主要應(yīng)用之一，通過(guò)互連測(cè)試能夠檢測(cè)到電路板上互連的結(jié)構(gòu)性故障。