基于JTAG的互連測試技術(shù)

一、引言

隨著微電子技術(shù)進入超大規(guī)模集成電路（VLSI）時代，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)中的運用，使得電路節(jié)點的物理可訪問性正逐步削減以至于消失，電路和系統(tǒng)的可測試性急劇下降，測試費用在電路和系統(tǒng)總費用中所占 的比例不斷上升，常規(guī)測試方法正面臨著日趨嚴重的困難。

測試算法的研究和測試實踐證明了一個基本的事實：要對一個不具有可觀測性的電路進行測試是徒勞的，只有提高電路的可測性設(shè)計（design for testability，DFT），才能使電路的測試問題得到簡化并最終得到解決。而近年來飛速發(fā)展的JTAG邊界掃描技術(shù)很好的解決了這個問題，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，對于DFT技術(shù)的發(fā)展具有深遠的影響。而其中互連測試又是其中最關(guān)鍵的技術(shù)之一。

二、互連測試的原理

基于IEEE Std 1149.1（即JTAG協(xié)議）制定邊界掃描方法的檢測邏輯結(jié)構(gòu)，是用邊界掃描單元組成的邊界掃描鏈，每個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(檢測口控制器)來控制數(shù)據(jù)鏈在邊界掃描鏈中的動作。

互連測試主要是指對電路板上器件之間互連線的測試，主要檢測電路板級的開路、短路或者呆滯型等故障?；ミB測試是引進邊界掃描測試技術(shù)的一個主要原因，因此 在IEEE 1149.1標準中，互連測試指令（EXTEST）是一條強制性指令，所有BS（Boundary Scan）器件都支持互連測試。

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

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

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

下面用一個簡單的例子（圖2）來說明互連測試的原理。

通過輸入三組測試矢量

從接收端單元得到三組測試響應(yīng)

通過一定的故障診斷算法就可以檢測到圖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、互連測試的主要功能

1．可以檢測電路板上面的開路故障，并能精確定位到具體的引腳；

2．可以檢測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．可以檢測呆滯型故障，并能夠精確定位到具體的引腳；

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

四、互連測試的基本算法

互連測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）、計數(shù)/補償算法 （True/Compliment）和等權(quán)值抗混迭算法等。下面假設(shè)待測互連網(wǎng)絡(luò)數(shù)目為n，分別介紹各個算法。在這種情況下，每個算法的矢量長度都為n， 不同的是各種算法需要的測試矢量數(shù)目不一樣，因而測試時間也不一樣。

1．走步1算法（walk-1）

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

2．走步0算法（walk-0）

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

3．改良記數(shù)序列算法

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

4．記數(shù)/補償算法(True/Compliment)

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

5．等權(quán)值抗混迭算法

等權(quán)值抗混迭算法要求各個串行測試矢量的權(quán)值相等,同時要求各個串行測試矢量各不相同,在這兩個前提下,要求得到測試矢量數(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,但是還不能保證對故障的精確診斷。

不同的測試算法生成的測試矢量集不一樣，測試運行的時間也不一樣，測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。在實際運用中，需要根據(jù)待測網(wǎng)絡(luò)數(shù)目進行靈活選取。

五、應(yīng)用場合和應(yīng)用價值

互連測試可以在任何場合應(yīng)用，包括板極測試與系統(tǒng)級測試，包括開發(fā)調(diào)試、生產(chǎn)測試、維修測試等過程?；ミB測試是邊界掃描技術(shù)的主要應(yīng)用之一，通過互連測試能夠檢測到電路板上互連的結(jié)構(gòu)性故障。