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基于邊界掃描的EPM9320LC84電路板故障診斷
摘要：結(jié)合自適應(yīng)算法、CX-TB導(dǎo)通測試算法以及二進制計數(shù)測試序列，給出了用軟件控制EPM9320LC84邊界掃描鏈路，以輸出圖形并采集引腳對圖形的響應(yīng)，然后通過比較輸出測試圖形與采集測試圖形的差異實現(xiàn)芯片I／O引腳印刷電路板故障的診斷方法。該測試圖形便于實現(xiàn)，測試方法快捷、通用性強，診斷結(jié)果準(zhǔn)確，故障覆蓋率高。文中在以ＰＣ機作為邊界掃描測試向量生成和故障診斷的基礎(chǔ)上，對單芯片——EPM9320LC84的印刷電路板故障診斷進行了一些討論。IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的邊界掃描技術(shù)是針對復(fù)雜數(shù)字電路而制定的。標(biāo)準(zhǔn)中的自治測試技術(shù)現(xiàn)已成為數(shù)字系統(tǒng)可測性設(shè)計的主流。在利用邊界掃描技術(shù)對芯片印刷電路板進行測試時，單芯片與多芯片電路板雖有相同點，但也有不同點。因為多芯片的電路板可以將幾個芯片分別作為測試向量進行發(fā)送和接收，而單芯片電路板則只需要一個集發(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(chǔ)上，對單芯片ＥＰＭ９３２０ＬＣ８４的印刷電路板故障診斷進行了討論。
１ ＥＰＭ９３２０ＬＣ８４的結(jié)構(gòu)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(nèi)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 開發(fā)系統(tǒng)可提供軟件設(shè)計支持，該開發(fā)系統(tǒng)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(tǒng)／６０００或ＤＥＣ Ａｌｐｈａ ＡＸＰ工作站上。
●利用ＥＤＩＦ、Ｖｅｒｉｌｏｇ ＨＤＬ、ＶＨＤＬ和其它軟件可通過ＣＡＥ工具（如ＯｒＣＡＤ）提供仿真支持。
１．２ 管腳說明
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:專用輸入引腳。
ＴＣＫ，ＴＭＳ：分別為時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(shù)據(jù)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(nèi)部的邊界掃描寄存器?５０４個數(shù)據(jù)捕獲寄存器，１６８個數(shù)據(jù)更新寄存器，一個指令捕獲寄存器，一個指令更新寄存器?鏈形成的邊界掃描結(jié)構(gòu)一起可用于芯片內(nèi)部和外部測試。
２ 測試系統(tǒng)配置
把ＢｙｔｅＢｌａｓｔｅｒ 下載電纜連到ＰＣ機的打印并口可實現(xiàn)ＰＣ機并口與ＪＴＡＧ接口的互連。ＰＣ機可用軟件來控制邊界掃描接口以完成邊界掃描測試任務(wù)。
利用ＶＣ＋＋語言可編寫ＭＦＣ應(yīng)用程序（內(nèi)容主要包括：ＴＡＰ控制類、測試向量生成、發(fā)送、采集類、故障診斷類等）?以達(dá)到人機交互、故障診斷、數(shù)據(jù)管理三個方面的要求。
３ 數(shù)據(jù)發(fā)送與數(shù)據(jù)采集
３．１ 數(shù)據(jù)發(fā)送
通過ｅｘｔｅｓｔ模式發(fā)送數(shù)據(jù)時�？稍谝莆浑A段將捕獲寄存器的數(shù)據(jù)移出，同時將測試圖形移入。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(qū)動測試信號并將其輸出至Ｉ／Ｏ引腳。對于單芯片電路板來說，無論是輸入引腳，還是在引腳發(fā)送測試圖形時，其控制三態(tài)均應(yīng)為輸出狀態(tài)，即令ＯＥＪ更新寄存器為１。
３．２ 數(shù)據(jù)采集
數(shù)據(jù)采集的目的是得到引腳對測試圖形的響應(yīng)。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(xiàn)故障，兩者必有差異。由于采集到的測試數(shù)據(jù)就是故障診斷的依據(jù)，所以能否正確、合理地采集到數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，而是仍舊利用ｅｘｔｅｓｔ模式來采集數(shù)據(jù)。
圖２是利用ｓａｍｐｌｅ模式采集數(shù)據(jù)的原理圖。在捕獲階段，由ＯＥＪ和ＯＵＴＪ來控制三態(tài)門狀態(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(shù)據(jù)是引腳的實際狀態(tài)，而不是引腳對輸出測試圖形的響應(yīng)，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模式在捕獲階段進行數(shù)據(jù)采集的示意圖，圖中的三態(tài)門受ＯＥＪ、ＯＵＴＪ更新寄存器控制，而這兩個寄存器的數(shù)值是發(fā)送測試圖形時的值，三態(tài)有效。所以它所采集的數(shù)據(jù)即為引腳對測試圖形的響應(yīng)，可以滿足采集要求。
４ 測試算法
電路板常見故障模型有呆滯型故障、固定開路故障和短路故障。為了消除誤判和混淆故障及提高診斷速度，可在算法上結(jié)合電路結(jié)構(gòu)對自適應(yīng)算法和ＣＸ－ＴＢ導(dǎo)通測試算法以及二進制計數(shù)測試序列進行改進，以對引腳全部的短路故障、呆滯故障進行完備診斷。具體步驟如下：
（１）引腳分類
電路圖中的引腳可分為輸入、輸出、輸入／輸出、空閑、專用輸入、地／電源、ＮＣ幾類。由于專用輸入引腳邊界掃描結(jié)構(gòu)沒有更新寄存器，所以測試圖形無法輸出到引腳?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(jié)構(gòu)所以也不能測試。故此，真正能進行測試的引腳只有前四類�？闪睿畹扔谇八念愐_數(shù)目的總和。
（２）生成測試向量
按照引腳號對前四類引腳進行從小到大排序，序號為：０到ｎ－１，然后計算ｌｏｇ２(ｎ＋２）的值，再根據(jù)有余進一的原則算出并行測試向量個數(shù)ｍ。為避免出現(xiàn)誤判，可從０００……１開始進行二進制計數(shù)，以形成測試向量，其行數(shù)為ｎ，列數(shù)為ｍ。
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