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    详解DFT之SCAN TEST

    时间:2022-04-22 14:52来源:志芯 作者:JackXu 点击:
    什么是boundary scan
     
    边界扫描是一种测试技术,其设计的器件在每个器件引脚和内部逻辑之间放置了移位寄存器,如图 1 所示。每个移位寄存器称为边界扫描单元。这些边界扫描单元允许您控制和观察每个输入和输出引脚上发生的情况。当这些单元连接在一起时,它们形成了一个数据寄存器链,称为边界寄存器。
    说明: 图片
    图1 一种边界扫描装置实例
     
    boundary scan的必要性
     
    当今,智能电子产品已经成为人们日常生活形影不离的好帮手,功能也日益强大。如果打开智能电子产品的华丽外壳,你会被里面PCB(印刷电路板)板上的高集成度所震撼。通常在一块PCB板上,集成了大大小小的各种芯片。这些芯片通过PCB走线连接到一起,协调工作,构成了整个智能电子产品的“大脑”。如果某条连线出了问题,会导致整个“大脑”的瘫痪。在生产制造时,这些众多芯片通过专门的设备焊接到PCB板上的。焊接过程可能会发生虚焊,出现电路的短路或者断路。所以为了保证送到用户手中的智能电子产品功能正常,就需要通过技术手段将有芯片互联问题的PCB板给挑出来。芯片发展早期,可以通过探针来检测互联有无问题,但随着集成度越来越高,这种方法已不可行,特别是对采用BGA封装的芯片,大部分管脚都位于芯片底部,无法通过探针来测。后面慢慢提出一种电路结构,即Boundary scan(边界扫描)电路。
     
    boundary scan的历史沿革
     
    1.JTAG是JOINT TESTACTIONGROUP的简称。IEEE1149.1标准就是由JTAG这个组织最初提出的,最终由IEEE批准并且标准化的。所以,这个IEEE1149.1这个标准一般也称为JTAG调试标准。
    2.Boundary Scan一般和JTAG可以混称。但实际上JTAG又比Boundary Scan多一些内容。除了边界扫描,JTAG还可以实现对芯片内部某些信号的控制。
    3.TAP(Test Access Point)就是JTAG的主要控制部分。有TDI,TDO,TMS,TCK,TRST接口信号。TDI,TDO是串行数据输入输出接口,TMS控制内部16个状态的状态机跳转,TCK是驱动时钟信号,RTST是可选的异步复位信号。
    说明: 图片
    图2  Boundary Scan标准变化
    如下图所示,Boundary Scan 技术,主要是在每个PAD 的附近加入Boundary scan cell,每个boundary scan cell 中都包含一个shift register,这个触发器可以加载或捕获数据,从而使得每个PAD都可以被controlled和observed。
    说明: 图片
    图3  JTAG器件示意图
     
    boundary scan基本理论框图
     
    Boundary scan 测试的时候发送一组信号流到被测的数字器件的转换寄存器单元里面。
    而这个单元可以在每一个输入,输出,和双向引脚以及器件的逻辑中心那里找到。那些
    信号在寄存器周围转换并且从器件输出,然后用输出的信号和输入的信号之间的差异来
    比较并判断出错。例如有两个引脚之间短路或者电源与地脚短路之类的,它都会报错。
    说明: 图片
    图4  通过boundary scan链的信号流测试器件defect示意图
    几个boundary scan 器件可以被连接到一个链上,从而一些相同的基础测试可以同时执
    行。当然,boundary scan还有许多的附加的测试能力,但是这种使用转换寄存器来检查
    输出的信号流是整个boundary scan测试理论的基础。
     
    Boundary Scan Cell Architecture
     
    边界扫描测试架构提供了一种无需使用物理测试探针即可测试板上集成电路之间互连的方法。它添加了一个边界扫描单元,其中包括一个多路复用器并锁存到器件上的每个引脚。设备中的边界扫描单元可以从引脚或内核逻辑信号中捕获数据,或将数据强制到引脚上。捕获的数据被串行移出并与预期结果进行外部比较。强制测试数据被串行转移到边界扫描单元中。所有这些都由称为扫描路径或扫描链的串行数据路径控制。图 5 描述了boundary scan cell的主要元素。通过允许直接访问网络,边界扫描消除了对大量测试向量的需求,而这些测试向量通常是正确初始化时序逻辑所必需的。数十或数百个向量可以完成以前需要数千个向量的工作。使用边界扫描实现的潜在好处是更短的测试时间、更高的测试覆盖率、更高的诊断能力和更低的资金设备成本。
    说明: 图片
    图5  boundary scan cell基本结构
    说明: 图片
    图6 Bscan cell四种operation mode
     
    Boundary Scan Architecture
     
    做完boundary scan后的器件结构是这样的。
    说明: 图片
    图7 Boundary Scan Architecture示意图
    Boundary Scan由Bscan cell(boundary scan cell)、TAP、控制线(TMS、TCK、TDI、TDO)组成。
    说明: 图片
    图8 Boundary Scan Architecture结构图
    说明: 图片
    图9  Boundary Scan Architecture结构图
    图8和图9可以结合来看,在Boundary Scan种有些reg器件是可选的,有些reg器件可根据需求配置。
     
    Boundary Scan中的几种控制线
     
    说明: 图片
    图10 Boundary scan中的几种控制线说明
     
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