专利名称：混合信号电路边界扫描测试系统及测试方法
技术领域：
本发明属于集成电路测试技术领域，特别涉及一种混合信号电路边界扫描测试系统及测试方法。
背景技术：
随着半导体工艺的进步和集成电路设计技术的提高，芯片中集成晶体管的规模一直在按照摩尔定律呈指数形式增长，芯片内部集成的功能越来越强大，内部结构日趋复杂，集成电路已进入系统级芯片(SOC)时代。芯片的高集成度和印刷板的高密度组装使得集成电路芯片外部可接触的引脚越来越少,测试的难度也越来越大，芯片的测试成本甚至高于芯片本身的设计生产的费用，芯片测试已成为制约芯片发展的瓶颈。目前，在板级电路故障诊断时，施加或获取信号的主要方法是接触式诊断，即使用针床或人工使用探针，探测电路内部节点的电信号，根据这些信息进行故障定位。随着电路板逐渐向小型化、密集化、多层化的方向发展，接触式诊断的测试已经难以为继。在此背景下，边界扫描测试(BST Boundary Scan Test)技术应运而生。基于边界扫描的标准化可测性设计技术现已形成较为成熟的体系，其影响已经涵盖了芯片、电路板、系统集成等不同层次的测试领域。IEEE 1149. I标准定义了一种标准的边界扫描结构及其测试接口，其主要思想是通过在芯片管脚和芯片内部逻辑电路之间增加边界扫描单元，实现对芯片管脚状态的串行设定和读取，主要解决电路板级数字电路的测试问题。IEEE 1149. 4标准兼容IEEE 1149. I标准，此外还要通过在芯片内部新增的模拟测试总线以及相关的控制模块，实现对混合信号电路板中的模拟信号进行监测及模拟元件的参数测量。该技术标准为混合信号电路可测性设计提供了一种解决方案。主要因为数模混合信号电路较数字信号电路要复杂的得多，其测试难度、复杂性和不可预知性也是数字电路测试中不可比拟的。故目前虽然支持IEEE 1149. I商品化的测试系统已有很多种，但支持IEEE 1149. 4混合信号电路测试的商品化的测试系统尚未见至IJ。主要原因首先是缺少智能化的IEEE 1149. 4模拟信号电路测试平台，多数研究者采用组合现有的独立的测试仪器的方式进行混合信号电路的边界扫描测试。另外混合信号电路边界扫描测试中模拟信号电路测试矢量生成及故障诊断难度较大；还有模拟边界扫描描述语言(ABSDL)正在发展中，未形成标准。因此目前在混合信号集成电路中，对模拟信号电路部分的测试普遍比对数字信号电路部分的测试困难得多，并已成为混合信号电路测试的“瓶颈”。据国外报道，在一个混合信号芯片内，仅占硅片面积5%的模拟信号电路部分的测试成本却占了整个芯片测试成本的95%。故现市场需要混合信号电路边界扫描测试系统及测试方法。
发明内容
本发明要解决技术问题是设计一种混合信号电路边界扫描测试系统，包括微机、微处理器、混合信号电路边界扫描测试控制器和模拟仪器平台，混合信号电路边界扫描测试控制器直接控制模拟仪器平台输出模拟测试激励电压/电流信号，并采集被测电路电压响应结果，解决了数字矢量施加、模拟测试激励施加及电压采集之间的同步问题。本发明要解决的另一个技术问题是设计使用本发明混合信号电路边界扫描测试系统的混合信号电路边界扫描测试方法，对支持IEEE 1149. 4标准的被测电路进行数字和模拟电路边界扫描测试。本发明设计的混合信号电路边界扫描测试系统，包括微机、微处理器和模拟仪器平台，还有混合信号电路边界扫描测试控制器。所述微机为本测试系统软件平台，其含有混合信号电路的边界扫描测试软件并接有人机界面，通过人机界面实现混合信号电路的边界扫描测试操作，编译电路板的网络连接及器件信息、生成相关测试任务的测试指令和测试矢量，并对测试结果进行分析，对被测电路中的故障进行诊断与定位。微机与微处理器连接，经微处理器发送测试命令和测试数据，接收测试结果。所述微机与微处理器经USB接口连接。 所述微处理器的输入/输出口连接混合信号电路边界扫描测试控制器的处理器接口。微处理器接收微机测试系统软件生成的测试指令和测试矢量，并按数据格式进行解析，送入混合信号电路边界扫描测试控制器的相应寄存器进行读/写操作，并将混合信号电路边界扫描测试控制器的测试结果转送到微机。所述混合信号电路边界扫描测试控制器包括主机模块及经读写数据总线与主机模块连接的计数模块、命令模块、测试时钟分频器、通用寄存器组、模拟寄存器组、串行扫描模块和模拟仪器平台控制模块；所述串行扫描模块产生符合IEEE 1149. I标准的JTAG(联合测试行动组，Joint Test Action Group的缩写)测试信号并接收被测电路的响应结果。所述模拟仪器平台控制模块配有混合信号控制接口，该接口连接模拟仪器平台。所述模拟仪器平台包括程控信号源和电压采集模块。所述程控信号源产生被测电路的交/直流电压或电流激励信号，其输出端连接被测电路的激励端口 ATl。程控信号源产生的激励信号的电压或电流信号幅度，交流电压或电流的频率由程控信号源接收的混合信号电路边界扫描测试控制器的控制信号设定，电压或电流幅度以及交流电压或电流的频率设定后在负载范围内保持恒定。所述电压采集模块采集被测电路电压响应信号，配置有交直流电压切换电路和自动量程切换电路。所述电压采集模块的输入端连接被测电路的采集端口 AT2。所述混合信号控制接口为串行外设接口(SPI)，所述串行外设接口包括时钟线(SCK)、从机选择线(斤)、主机输出从机输入线(MOSI)和主机输入从机输出线(MIS0)。混合信号电路边界扫描测试控制器作为从机，其串行外设接口(SPI)工作于从模式，模拟仪器平台作为主机，其串行外设接口(SPI)工作于主模式，模拟仪器平台与混合信号电路边界扫描测试控制器以串行外设接口连接，混合信号电路边界扫描测试控制器通过串行外设接口(SPI)向模拟仪器平台传送测试命令和程控信号源激励信号的幅度和频率控制信息，并接收电压采集模块采集的被测电路电压响应信号。所述串行扫描模块配有2组JTAG接口，I组JTAG接口连接所述被测电路的I条独立的扫描链路，或者2组JTAG接口同时连接所述被测电路的两条独立的扫描链路。所述JTAG接口包括测试复位线(TRST)、测试时钟线(TCK)、测试模式选择线(TMS)、测试数据输出线(TDO)和测试数据输入线(TDI)。所述串行扫描模块根据IEEE 1149. I标准生成测试模式选择信号(TMS)，在被测电路的测试访问端口(TAP)控制器移位指令寄存状态和移位数据寄存状态通过测试数据输出线(TDO)发送测试指令和测试矢量到被测电路，同时经测试数据输入线(TDI)接收被测电路的串行测试结果。使用混合信号电路边界扫描测试系统的混合信号电路边界扫描测试方法，测试前混合信号电路边界扫描测试系统中的混合信号电路边界扫描测试控制器的串行扫描模块的JTAG接口连接被测电路的JTAG接口，模拟仪器平台的程控信号源的输出端连接被测电路的激励端口 AT1，电压采集模块的输入端连接被测电路的采集端口 AT2。所述被测电路的多个芯片均为只支持IEEE 1149. I标准时，该被测电路为支持IEEE 1149. I标准的电路，支持IEEE 1149. I标准的芯片必须支持旁路指令(BYPASS)、采样/预装指令(SAMPLE/PRELOAD)和外测试指令(EXTEST)等必备指令，而功能测试指 令(INTESET),内建自测试指令(RUNBIST)、器件识别码指令(IDCODE)和器件用户码指令(USERC0DE)等为可选指令。对其的测试为数字电路边界扫描测试，此类被测电路配有JTAG接口；所述被测电路的多个芯片均支持IEEE 1149. I标准，且其中还有支持IEEE 1149. 4标准的芯片时，被测电路为支持IEEE 1149. 4标准的电路，支持IEEE 1149. 4标准的芯片除了支持IEEE 1149. I标准规定的必备指令外，还必须支持探针指令(PROBE)。对其的全面测试为数字电路边界扫描测试和模拟电路边界扫描测试，此类被测电路也配有JTAG接口，还配有模拟测试总线接口，模拟测试总线接口包括激励端口 ATl和采集端口 AT2。所述的两类被测电路各芯片上的JTAG接口的连接方式如下各芯片JTAG接口中的测试数据输入线(TDI)和测试数据输出线(TDO)依次串联，首尾两端芯片的测试数据输出线(TDO)和测试数据输入线(TDI)分别连接该被测电路JTAG接口的测试数据输入线(TDI)和测试数据输出线(TDO);各芯片JTAG接口中的测试模式选择线(TMS)并联、连接该被测电路JTAG接口的测试模式选择线(TMS)。各芯片JTAG接口中的测试时钟线(TCK)并联、连接该被测电路JTAG接口的测试时钟线(TCK)，从而构成该被测电路的一条边界扫描链。支持IEEE 1149. 4标准的被测电路，将所有支持IEEEl 149. 4标准芯片的激励端口 ATl，采集端口 AT2分别并联与该被测电路的模拟测试总线接口的激励端口 ATl和采集端口 AT2相连。本系统与被测电路的JTAG接口的具体连接方式为所述被测电路JTAG接口连接本系统的混合信号电路边界扫描测试控制器的JTAG接口。本系统与被测电路的模拟测试总线接口的具体连接方式为所述本系统模拟测试平台的程控信号源的输出端连接被测电路模拟测试总线接口的激励端口 ATl ;所述本系统模拟测试平台的电压采集模块的输入端连接被测电路模拟测试总线接口的采集端口 AT2。本混合信号电路边界扫描测试方法主要包括数字信号电路边界扫描测试方法和模拟信号电路边界扫描测试方法。所述数字信号电路边界扫描测试方法主要包括扫描链测试，互连测试和功能测试，根据测试任务选择相应的边界扫描测试指令，所述扫描链测试指边界扫描链路中各芯片的JTAG接口信号的连接故障测试，采用采样/预装指令(SAMPLE/PRELOAD);所述互连测试指边界扫描链路中各芯片之间的信号线连接故障测试，包括短路故障、开路故障和固定型故障，采用外测试指令(EXTEST);所述功能测试指边界扫描链中的芯片的功能故障测试，采用功能测试指令(INTEST)。用本发明混合信号电路边界扫描测试系统对数字信号电路边界扫描测试方法与现有技术相同。主要步骤如下步骤i :配置信息微机经微处理器向混合信号电路边界扫描测试控制器发送配置信息，主要包括测试时钟频率、测试模式选择(TMS)输出模式、测试数据输出(TDO)输出模式和电路模式选择四种配置信息；步骤ii :测试指令微机经微处理器向混合信号电路边界扫描测试控制器发送边界扫描测试指令长 度和边界扫描测试指令。所述边界扫描测试指令长度为被测电路扫描链中的各个芯片的边界扫描测试指令长度的和；所述边界扫描测试指令为被测电路边界扫描链中的各个芯片的边界扫描测试指令按该芯片在被测电路边界扫描链中的顺序串行连接构成。步骤iii :测试矢量微机经微处理器依次向混合信号电路边界扫描测试控制器发送边界扫描测试矢量长度和一个边界扫描测试矢量，每次发送完一个边界扫描测试矢量，混合信号电路边界扫描测试控制器从被测电路JTAG接口获取一个测试结果。所述边界扫描测试矢量长度为被测电路边界扫描链中的各个芯片的边界扫描单元数的总和；所述一个边界扫描测试矢量由二进制数构成，一个边界扫描测试矢量通过混合信号电路边界扫描测试系统的JTAG接口的测试数据输出线(TDO)全部串行移入被测电路边界扫描链的所有边界扫描单元，所述二进制数的数值用于设置边界扫描链边界扫描单元的逻辑值。针对每个测试任务，利用测试矢量生成算法生成多个边界扫描测试矢量，构成一个边界扫描测试矢量集，通过多次重复执行步骤iii，获取多个测试结果，利用诊断算法对多个测试结果进行分析，实现故障诊断与故障定位，完成数字信号电路边界扫描测试。所述模拟信号电路边界扫描测试方法主要包括模拟器件参数测试和性能指标测试，采用探针指令(PR0BE)，所述模拟器件参数测试包括边界扫描链中芯片间电阻、电容、电感、二极管、三极管等模拟器件的参数测试；所述性能指标测试包括边界扫描链中放大器增益和滤波器幅频特性等指标的测试。用本发明混合信号电路边界扫描测试系统对模拟信号电路进行边界扫描测试方法主要步骤如下步骤I :配置信息微机经微处理器向混合信号电路边界扫描测试控制器发送配置信息，主要包括测试时钟频率、测试模式选择(TMS)输出模式、测试数据输出(TDO)输出模式和电路模式选择四种配置信息；步骤II :测试指令微机经微处理器向混合信号电路边界扫描测试控制器发送边界扫描测试指令长度和边界扫描测试指令。所述边界扫描测试指令长度为被测电路扫描链中的各个芯片的边界扫描测试指令长度的和；所述边界扫描测试指令为被测电路边界扫描链中的各个芯片的边界扫描测试指令按该芯片在被测电路边界扫描链中的顺序串行连接构成。步骤III:测试矢量微机经微处理器依次向混合信号电路边界扫描测试控制器发送边界扫描测试矢量长度和一个边界扫描测试矢量。所述边界扫描测试矢量长度为被测电路边界扫描链中的各个芯片的边界扫描单元数的总和；所述边界扫描测试矢量由二进制数构成，一个边界扫描测试矢量通过混合信号电路边界扫描测试系统的JTAG接口的测试数据输出线(TDO)全部串行移入被测电路边界扫描链的所有边界扫描单元，所述二进制数的数值用于控制被测电路边界扫描链中支持IEEE 1149. 4标准的芯片内部的测试总线接口电路(TBIC)和模拟边界扫描单元(ABM)的开关矩阵的导通和关闭状态，以使被测电路激励端口 ATl和采集端口 AT2连接到边界扫描链 中被测芯片的测试点。根据支持IEEE 1149. 4标准的芯片的内部开关真值表和开关的导通和关闭状态即可得到该芯片对应的边界扫描测试矢量，多个芯片的边界扫描测试矢量一起构成被测电路扫描链的边界扫描测试矢量。步骤IV :模拟激励控制微机经微处理器向混合信号电路边界扫描测试控制器发送模拟激励控制信息，控制模拟仪器平台的程控信号源输出相应的激励信号到被测电路的激励端口 ATl ;若为直流测试，所述模拟激励信号为电压幅度U的直流电压或电流幅度I的直流电流信号；若为交流测试，所述模拟激励信号为电压幅度U和频率f的交流电压信号，或者为电流幅度I和频率f的交流电流信号。微机对模拟激励电压幅度U、电流幅度I和频率f的控制信息由模拟仪器平台的程控信号源的电压、电流输出范围和频率控制方式，以及被测电路中芯片的测试要求确定。步骤V :电压采集模拟仪器平台的电压采集模块采集被测电路的采集端口 AT2的直流电压或交流电压有效值，模拟仪器平台将电压响应结果V通过混合信号控制接口发送到混合信号电路边界扫描测试控制器，微机经微处理器从混合信号电路边界扫描测试控制器读取电压响应结果。针对被测电路中的测试模型，需要返回步骤III，改变边界扫描测试矢量，以使被测电路激励端口 ATl和采集端口 AT2连接到边界扫描链中的被测芯片其它测试点；重复步骤IV，发送修改的模拟激励信号控制信息，当模拟激励信号控制信息无改变时、模拟仪器平台的程控信号源将持续输出原来的激励信号，无需重复步骤IV ;重复步骤V，获取被测电路的采集端口 AT2的交流电压有效值或直流电压。当被测电路含有多个不同的测试模型时，对各个测试模型多次重复步骤III 步骤V，逐个进行测试。如T型电阻模型测试，重复步骤III 步骤V至少2次；Π型电阻模型测试，重复步骤III 步骤V至少3次；三极管放大倍数测试，重复步骤III 步骤V至少I次。根据测试模型，由测试激励信号的幅度，频率及电压响应结果建立相应方程组，求解模拟信号电路的参数或绘制性能指标的特性曲线，完成模拟信号电路边界扫描测试。与现有技术相比，本发明的混合信号电路边界扫描测试系统及测试方法，具有以下优点1、不仅支持IEEE 1149. I标准的数字信号电路的边界扫描测试，还支持IEEE1149. 4标准的混合信号电路的边界扫描测试，方便准确；2、支持模拟仪器平台的混合信号电路边界扫描测试控制器，解决了混合信号边界扫描测试中的JTAG测试矢量施加、模拟测试激励施加及电压采集的同步问题；可实现混合信号电路参数和功能的在线测试；3、本发明组合了程控信号源和电压采集模块，省去了通用仪器的高昂费用，使本测试系统有较高的性价比，且体积小，易于使用。
图I本混合信号电路边界扫描测试系统实施例结构框图；图2为本混合信号电路的边界扫描测试方法实施例的数字信号电路边界扫描测试流程3为本混合信号电路的边界扫描测试方法实施例的模拟信号电路边界扫描测试流程图；图4为本混合信号电路的边界扫描测试方法实施例测试实例A的IEEEl 149. 4测 试环境中的电阻测试模型；图5为本混合信号电路边界扫描测试方法实施例测试实例B的IEEEl 149. 4测试环境中电容参数测试模型；图6为本混合信号电路边界扫描测试方法实施例测试实例C的IEEEl 149. 4测试环境中二极管参数测试模型；图7为本混合信号电路的边界扫描测试方法实施例测试实例D的IEEEl 149. 4测试环境中三极管参数测试模型。图中标号为I、处理器接口，2、混合信号控制接口，3、JTAG接口。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述混合信号电路边界扫描测试系统实施例本例如图I所示，包括微机、微处理器、模拟仪器平台和混合信号电路边界扫描测试控制器。所述微机为本测试系统软件平台，其含有混合信号电路的边界扫描测试软件并接有人机界面，通过人机界面实现混合信号电路的边界扫描测试操作，编译电路板的网络连接及器件信息、生成相关测试任务的测试指令和测试矢量，并对测试结果进行分析，对被测电路中的故障进行诊断与定位。微机与微处理器连接，经微处理器发送测试命令和测试数据，接收测试结果。所述微机与微处理器经USB接口连接。所述微处理器的输入/输出口连接混合信号电路边界扫描测试控制器的处理器接口 I。微处理器接收微机测试系统软件生成的测试指令和测试矢量，并按数据格式进行解析，送入混合信号电路边界扫描测试控制器的相应寄存器进行读写操作，并将混合信号电路边界扫描测试控制器的测试结果转送到微机。所述混合信号电路边界扫描测试控制器包括主机模块及经读写数据总线与主机模块连接的计数模块、命令模块、测试时钟分频器、通用寄存器组、模拟寄存器组、串行扫描模块和模拟仪器平台控制模块；所述串行扫描模块产生符合IEEE 1149. I标准的JTAG测试信号并接收被测电路的响应结果。所述模拟仪器平台控制模块配有混合信号控制接口 2，该接口连接模拟仪器平台。所述模拟仪器平台包括程控信号源和电压采集模块。所述程控信号源产生被测电路的交/直流电压或电流激励信号，其输出端连接被测电路的激励端口 ATl。程控信号源产生的激励信号的电压或电流信号幅度，交流电压或电流的频率由程控信号源接收的混合信号电路边界扫描测试控制器发送的控制信息设定，电压或电流幅度以及交流电压或电流的频率设定后在负载范围内保持恒定。 所述电压采集模块采集被测电路电压响应信号，配置有交直流电压切换电路和自动量程切换电路。所述电压采集模块的输入端连接被测电路的采集端口 AT2。所述混合信号控制接口 2为串行外设接口(SPI)，所述串行外设接口包括时钟线(SCK )、从机选择线(远)、主机输出从机输入线(MOSI)和主机输入从机输出线(MISO )。混合信号电路边界扫描测试控制器作为从机，其串行外设接口(SPI)工作于从模式，模拟仪器平台作为主机，其外设接口(SPI)工作于主模式，模拟仪器平台与混合信号电路边界扫描测试控制器以串行外设接口连接，混合信号电路边界扫描测试控制器通过串行外设接口向模拟仪器平台传送测试命令和程控信号源激励信号的幅度和频率控制信息，并接收电压采集模块采集的被测电路电压响应信号。所述串行扫描模块配有2组JTAG接口 3，I组JTAG接口 3连接所述被测电路的I条独立的扫描链路，或者2组JTAG接口 3同时连接所述被测电路的两条独立的扫描链路。所述JTAG接口 3主要包括测试复位线(； )、测试时钟线(TCK)、测试模式选择线(TMS)、测试数据输出线(TDO)和测试数据输入线(TDI)。所述串行扫描模块根据IEEE 1149. I标准生成测试模式选择信号(TMS)，在被测电路的测试访问端口(TAP)控制器移位指令寄存状态和移位数据寄存状态通过测试数据输出线(TDO)发送测试指令和测试矢量到被测电路，同时经测试数据输入线(TDI)接收被测电路的串行测试结果。混合信号电路边界扫描测试方法实施例本测试方法实施例基于使用上述混合信号电路边界扫描测试系统实施例，其中的混合信号电路边界扫描测试控制器的串行扫描模块的JTAG接口连接被测电路的JTAG接口，模拟仪器平台的程控信号源的输出端连接被测电路的激励端口 AT1，电压采集模块的输入端连接被测电路的采集端口 AT2。所述被测电路的多个芯片均为只支持IEEE 1149. I标准时，该被测电路为支持IEEE 1149. I标准的电路，支持IEEE 1149. I标准的芯片必须支持旁路指令(BYPASS)、采样/预装指令(SAMPLE/PRELOAD)和外测试指令(EXTEST)等必备指令，而功能测试指令(INTESET),内建自测试指令(RUNBIST)、器件识别码指令(IDCODE)和器件用户码指令(USERC0DE)等为可选指令。对其的测试为数字电路边界扫描测试，此类被测电路配有JTAG接口；所述被测电路的多个芯片均支持IEEE 1149. I标准，且其中还有支持IEEE 1149. 4标准的芯片时，被测电路为支持IEEE 1149. 4标准的电路，支持IEEE 1149. 4标准的芯片除了支持IEEE 1149. I标准规定的必备指令外，还必须支持探针指令(PROBE)。对其的全面测试为数字电路边界扫描测试和模拟电路边界扫描测试，此类被测电路也配有JTAG接口，还配有模拟测试总线接口，模拟测试总线接口包括激励端口 ATl和采集端口 AT2。所述的两类被测电路各芯片上的JTAG接口的连接方式如下各芯片JTAG接口中的测试数据输入线(TDI)和测试数据输出线(TDO)依次串联，首尾两端芯片的测试数据输出线(TDO)和测试数据输入线(TDI)分别连接该被测电路JTAG接口的测试数据输入线(TDI)和测试数据输出线(TDO);各芯片JTAG接口中的测试模式选择线(TMS)并联、连接该被测电路JTAG接口的测试模式选择线(TMS)。各芯片JTAG接口中的测试时钟线(TCK)并联、连接该被测电路JTAG接口的测试时钟线(TCK)，从而构成该被测电路的一条边界扫描链。支持IEEE 1149. 4标准的被测电路，将所有支持IEEEl 149. 4标准芯片的激励端口 ATl，采集端口 AT2分别并联与该被测电路的模拟测试总线接口的激励端口 ATl和采集端口 AT2相连。本系统与被测电路的JTAG接口的具体连接方式为所述被测电路JTAG接口连接本系统的混合信号电路边界扫描测试控制器的JTAG接口 3。本系统与被测电路的模拟测试总线接口的具体连接方式为所述本系统模拟测试 平台的程控信号源的输出端连接被测电路模拟测试总线接口的激励端口 ATl ;所述本系统模拟测试平台的电压采集模块的输入端连接被测电路模拟测试总线接口的采集端口 AT2。本混合信号电路边界扫描测试方法主要包括数字信号电路边界扫描测试方法和模拟信号电路边界扫描测试方法。所述数字信号电路边界扫描测试方法主要包括扫描链测试，互连测试和功能测试，根据测试任务选择相应的边界扫描测试指令，所述扫描链测试指边界扫描链路中各芯片的JTAG接口信号的连接故障测试，采用采样/预装指令(SAMPLE/PRELOAD);所述互连测试指边界扫描链路中各芯片之间的信号线连接故障测试，包括短路故障、开路故障和固定型故障，采用外测试指令(EXTEST);所述功能测试指边界扫描链中的芯片的功能故障测试，采用功能测试指令(INTEST )。用本发明混合信号电路边界扫描测试系统对数字信号电路边界扫描测试方法与现有技术相同。主要步骤如下步骤i :配置信息微机经微处理器向混合信号电路边界扫描测试控制器发送配置信息，主要包括测试时钟频率、测试模式选择(TMS)输出模式、测试数据输出(TDO)输出模式和电路模式选择四种配置信息；步骤ii :测试指令微机经微处理器向混合信号电路边界扫描测试控制器发送边界扫描测试指令长度和边界扫描测试指令。所述边界扫描测试指令长度为被测电路扫描链中的各个芯片的边界扫描测试指令长度的和；所述边界扫描测试指令为被测电路边界扫描链中的各个芯片的边界扫描测试指令按该芯片在被测电路边界扫描链中的顺序串行连接构成。步骤iii :测试矢量微机经微处理器依次向混合信号电路边界扫描测试控制器发送边界扫描测试矢量长度和一个边界扫描测试矢量，每次发送完一个边界扫描测试矢量，混合信号电路边界扫描测试控制器从被测电路JTAG接口获取一个测试结果。所述边界扫描测试矢量长度为被测电路边界扫描链中的各个芯片的边界扫描单元数的总和；所述一个边界扫描测试矢量由二进制数构成，一个边界扫描测试矢量通过混合信号电路边界扫描测试系统的JTAG接口的测试数据输出线(TDO)全部串行移入被测电路边界扫描链的所有边界扫描单元，所述二进制数的数值用于设置边界扫描链边界扫描单元的逻辑值。针对每个测试任务，利用测试矢量生成算法生成多个边界扫描测试矢量，构成一个边界扫描测试矢量集，通过多次重复执行步骤iii，获取多个测试结果，利用诊断算法对多个测试结果进行分析，实现故障诊断与故障定位，完成数字信号电路边界扫描测试。所述模拟信号电路边界扫描测试方法主要包括模拟器件参数测试和性能指标测试，采用探针指令(PR0BE)，所述模拟器件参数测试包括边界扫描链中芯片间电阻、电容、电感、二极管、三极管等模拟器件的参数测试；所述性能指标测试包括边界扫描链中放大器增益和滤波器幅频特性等指标的测试。用本发明混合信号电路边界扫描测试系统对模拟信号电路进行边界扫描测试方 法主要步骤如下步骤I :配置信息微机经微处理器向混合信号电路边界扫描测试控制器发送配置信息，主要包括测试时钟频率、测试模式选择(TMS)输出模式、测试数据输出(TDO)输出模式和电路模式选择四种配置信息；步骤II :测试指令微机经微处理器向混合信号电路边界扫描测试控制器发送边界扫描测试指令长度和边界扫描测试指令。所述边界扫描测试指令长度为被测电路扫描链中的各个芯片的边界扫描测试指令长度的和；所述边界扫描测试指令为被测电路边界扫描链中的各个芯片的边界扫描测试指令按该芯片在被测电路边界扫描链中的顺序串行连接构成。步骤III :测试矢量微机经微处理器依次向混合信号电路边界扫描测试控制器发送边界扫描测试矢量长度和一个边界扫描测试矢量。所述边界扫描测试矢量长度为被测电路边界扫描链中的各个芯片的边界扫描单元数的总和；所述边界扫描测试矢量由二进制数构成，一个边界扫描测试矢量通过混合信号电路边界扫描测试系统的JTAG接口的测试数据输出线(TDO)全部串行移入被测电路边界扫描链的所有边界扫描单元，所述二进制数的数值用于控制被测电路边界扫描链中支持IEEE 1149. 4标准的芯片内部的测试总线接口电路(TBIC)和模拟边界扫描单元(ABM)的开关矩阵的导通和关闭状态，以使被测电路激励端口 ATl和采集端口 AT2连接到边界扫描链中被测芯片的测试点。根据支持IEEE 1149. 4标准的芯片的内部开关真值表和开关的导通和关闭状态即可得到该芯片对应的边界扫描测试矢量，多个芯片的边界扫描测试矢量一起构成被测电路扫描链的边界扫描测试矢量。步骤IV :模拟激励控制微机经微处理器向混合信号电路边界扫描测试控制器发送模拟激励控制信息，控制模拟仪器平台的程控信号源输出相应的激励信号到被测电路的激励端口 ATl ;若为直流测试，所述模拟激励信号为电压幅度U的直流电压或电流幅度I的直流电流信号；若为交流测试，所述模拟激励控制信息为电压幅度U和频率f的交流电压信号，或者为电流幅度I和频率f的交流电流信号。微机对模拟激励电压幅度U、电流幅度I和频率f的控制信息由模拟仪器平台的程控信号源的电压、电流输出范围和频率控制方式，以及被测电路中芯片的测试要求确定。步骤V :电压采集模拟仪器平台的电压采集模块采集被测电路的采集端口 AT2的直流电压或交流电压有效值，模拟仪器平台将电压响应结果V通过混合信号控制接口发送到混合信号电路边界扫描测试控制器，微机经微处理器从混合信号电路边界扫描测试控制器读取电压响应结果。针对被测电路中的测试模型，需要返回步骤III，改变边界扫描测试矢量，以使被测电路激励端口 ATl和采集端口 AT2连接到边界扫描链中的被测芯片其它测试点，重复步骤IV，发送修改的模拟激励信号控制信息，当模拟激励信号控制信息无改变时，模拟仪器平台 的程控信号源将持续输出原来的激励信号，无需重复执行步骤IV，重复步骤V，获取被测电路的采集端口 AT2的交流电压有效值或直流电压。当被测电路含有多个不同的测试模型时，对各个测试模型多次重复步骤III 步骤V，逐个进行测试。根据测试模型，由测试激励信号的幅度，频率及电压响应结果建立相应方程组，求解混合信号电路的参数或绘制性能指标的特性曲线，完成模拟信号电路边界扫描测试。本例模拟仪器平台的程控信号源电流输出范围为Imin 1_，电流步进为Λ I，正弦电流信号频率范围fmin fmax，频率步进为Λ f，Λ I和Λ f可通过编程设置，模拟仪器平台的电压采集器的采集电压范围为Vmin Vmax。测试实例A、本测试方法实施例用于包含3种电阻模型的被测电路的电阻参数测试。附图4为本实施例测试的IEEE 1149. 4测试环境中的被测电路，图4中ICl和IC2分别为支持IEEE 1149. 4标准的芯片。芯片IC I的测试点TPl接R1的一端，R1另一端接地；芯片ICl的测试点TP2接R2的一端，R2另一端接芯片IC2的测试点TP3 和R2为单电阻模型。芯片ICl的测试点TP4接R3的一端，R3另一端同时接R4、R5的一端，R4另一端接芯片IC2的测试点TP5，R5的另一端接地。R3、R4和R5为T型电阻模型。芯片ICl的测试点TP6同时接R6和R7的一端，R7另一端接地，R6另一端接芯片IC2的测试点TP7，测试点TP7还接R8的一端，R8另一端接地。R6、R7和R8为Π型电阻模型。芯片ICl和IC2的ATl及AT2分别并联、连接本被测电路和激励端口 ATl和采集端口 AT2。各测试点为本例被测电路的芯片引脚。分别对三种电阻模型的电阻参数进行测试。测试实例A-I单电阻R1的测试步骤如下步骤I :配置信息步骤II :测试指令步骤III:测试矢量本例微机经微处理器向混合信号电路边界扫描测试控制器发送边界扫描测试矢量使被测电路激励端口 ATl和采集端口 AT2连接到本例测试点TPl。步骤IV :模拟激励控制
模拟仪器平台的程控信号源输出幅度为Im的直流电流信号，利用软件分析待测电路中器件参数，根据器件参数建立器件测试软件模型，得到合适Im值，以使采集到的电压不超出电压采集最大值Vmax。步骤 V :电压采集模拟仪器平台的电压采集模块采集本例测试点TPl的直流电压VTP1。R1=VmAm，计算得到单电阻R1参数测试结果。测试实例A-2电阻R2的测试步骤如下步骤I、步骤II与A-I相同；步骤III :测试点矢量本例微机经微处理器向混合信号电路边界扫描测试控制器发送边界扫描测试矢量使被测电路激励端口 ATl和采集端口 AT2连接到本例测试点TP2，测试点TP3连接到地。步骤IV :模拟激励控制模拟仪器平台的程控信号源输出幅度为Itp2的直流电流信号，利用软件分析待测电路中器件参数，根据器件参数建立器件测试软件模型，得到合适Itp2值，以使采集到的电压不超出电压采集最大值Vmax。步骤V :电压采集模拟仪器平台的电压采集模块采集本例测试点TPl的直流电压VTP2。重复步骤III :测试矢量本例微机经微处理器向混合信号电路边界扫描测试控制器发送边界扫描测试矢量使被测电路激励端口 ATl仍连接到测试点TP2，采集端口 AT2连接到本例测试点TP3。重复步骤V :电压采集模拟仪器平台的电压采集模块采集本例测试点TP3的直流电压VTP3。R2= (Vtp2-Vtp3)/Itp2，计算得到单电阻R2参数测试结果。测试实例A-3T型电阻模型的测试步骤如下步骤I、步骤II与A-I相同；步骤III :测试矢量本例微机经微处理器向混合信号电路边界扫描测试控制器发送边界扫描测试矢量使被测电路激励端口 ATl和采集端口 AT2连接到本例测试点TP4，测试点TP5连接到地。步骤IV :模拟激励控制模拟仪器平台的程控信号源输出幅度为Itp4的直流电流信号，利用软件分析待测电路中器件参数，根据器件参数建立器件测试软件模型，得到合适Itp4值，以使采集到的电压不超出电压采集最大值Vmax。步骤V :电压采集模拟仪器平台的电压采集模块采集本例测试点TP4的直流电压VTP4。重复执行步骤III :测试矢量本例微机经微处理器向混合信号电路边界扫描测试控制器发送边界扫描测试矢量使所述被测电路激励端口 ATl和采集端口 AT2连接到本例测试点TP5，测试点TP4连接到地。重复执行步骤V :电压采集
模拟仪器平台的电压采集模块采集本例测试点TP4的直流电压VTP5。重复执行步骤III :测试矢量本例微机经微处理器向混合信号电路边界扫描测试控制器发送边界扫描测试矢量使被测电路激励端口 ATl和采集端口 AT2同时连接到本例测试点TP4和测试点TP5，使测试点TP4和测试点TP5并联。重复执行步骤V :电压采集模拟仪器平台的电压采集模块采集本例测试点TP4的直流电压VTP45。建立方程组如下
权利要求
1.混合信号电路边界扫描测试系统，包括微机、微处理器和模拟仪器平台，其特征在于: 还有混合信号电路边界扫描测试控制器； 所述微机为本测试系统软件平台，其含有混合信号电路的边界扫描测试软件并接有人机界面，通过人机界面实现混合信号电路的边界扫描测试操作，编译电路板的网络连接及器件信息、生成相关测试任务测试指令和测试矢量，并对测试结果进行分析，对被测电路中的故障进行诊断与定位；微机与微处理器连接，经微处理器发送测试命令和测试数据，接收测试结果； 所述微处理器的输入/输出口连接混合信号电路边界扫描测试控制器的处理器接口(1);微处理器接收微机测试系统软件生成的测试指令和测试矢量，并按数据格式进行解析，送入混合信号电路边界扫描测试控制器的相应寄存器进行读写操作，并将混合信号电路边界扫描测试控制器的测试结果转送到微机； 所述混合信号电路边界扫描测试控制器包括主机模块及经读写数据总线与主机模块连接的计数模块、命令模块、测试时钟分频器、通用寄存器组、模拟寄存器组、串行扫描模块和模拟仪器平台控制模块；所述串行扫描模块产生符合IEEE 1149. I标准的JTAG测试信号并接收被测电路的响应结果；所述模拟仪器平台控制模块配有混合信号控制接口(2)，该接口连接模拟仪器平台； 所述模拟仪器平台包括程控信号源和电压采集模块。
2.根据权利要求I所述的混合信号电路边界扫描测试系统，其特征在于 所述程控信号源产生被测电路的交/直流电压或电流激励信号，其输出端连接被测电路的激励端口(ATI);程控信号源产生的激励信号的电压或电流信号幅度，交流电压或电流的频率由程控信号源接收的混合信号电路边界扫描测试控制器的控制信号设定，电压或电流幅度以及交流电压或电流的频率设定后在负载范围内保持恒定。
3.根据权利要求I所述的混合信号电路边界扫描测试系统，其特征在于 所述电压采集模块采集被测电路电压响应信号，配置有交直流电压切换电路和自动量程切换电路；所述电压采集模块连接被测电路的采集端口(AT2)。
4.根据权利要求I所述的混合信号电路边界扫描测试系统，其特征在于 所述混合信号控制接口(2)为串行外设接口，所述串行外设接口包括时钟线、从机选择线、主机输出从机输入线和主机输入从机输出线；混合信号电路边界扫描测试控制器作为从机，其串行外设接口工作于从模式，模拟仪器平台作为主机，其串行外设接口工作于主模式，模拟仪器平台与混合信号电路边界扫描测试控制器以串行外设接口连接，混合信号电路边界扫描测试控制器通过串行外设接口向模拟仪器平台传送测试命令和程控信号源激励信号的幅度和频率控制信息，并接收电压采集模块采集的被测电路电压响应信号。
5.根据权利要求I所述的混合信号电路边界扫描测试系统，其特征在于 所述串行扫描模块配有2组JTAG接口(3)，I组JTAG接口(3)连接所述被测电路的I条独立的扫描链路，或者2组JTAG接口(3)同时连接所述被测电路的两条独立的扫描链路；所述JTAG接口(3)包括测试复位线、测试时钟线、测试模式选择线、测试数据输出线和测试数据输入线； 所述串行扫描模块根据IEEE 1149. I标准生成测试模式选择信号，在被测电路的测试访问端口控制器移位指令寄存状态和移位数据寄存状态通过测试数据输出线发送测试指令和测试矢量到被测电路，同时经测试数据输入线接收被测电路的串行测试结果。
6.根据权利要求I所述的混合信号电路边界扫描测试系统，其特征在于 所述微机与微处理器经USB接口连接。
7.使用权利要求I至6中任一项所述的混合信号电路边界扫描测试系统的混合信号电路边界扫描测试方法，其特征在于 测试前混合信号电路边界扫描测试系统中的混合信号电路边界扫描测试控制器的串行扫描模块的JTAG接口连接被测电路的JTAG接口，模拟仪器平台的程控信号源的输出端连接被测电路的激励端口(ATI)，电压采集模块的输入端连接被测电路的采集端口(AT2)；所述的两类被测电路各芯片上的JTAG接口的连接方式如下各芯片JTAG接口中的测试数据输入线和测试数据输出线依次串联，首尾两端芯片的测试数据输出线和测试数据输入线分别连接该被测电路JTAG接口的测试数据输入线和测试数据输出线；各芯片JTAG接口中的测试模式选择线并联、连接该被测电路JTAG接口的测试模式选择线；各芯片JTAG接口中的测试时钟线并联、连接该被测电路JTAG接口的测试时钟线，从而构成该被测电路的一条边界扫描链；支持IEEE 1149. 4标准的被测电路，将所有支持IEEEl 149. 4标准芯片的激励端口(AT1)，采集端口(AT2)分别并联与该被测电路的模拟测试总线接口的激励端口(ATI)和采集端口(AT2)相连； 所述被测电路JTAG接口连接本系统的混合信号电路边界扫描测试控制器的JTAG接Π ； 本混合信号电路边界扫描测试方法主要包括数字信号电路边界扫描测试方法和模拟信号电路边界扫描测试方法； 所述数字信号电路边界扫描测试方法主要包括扫描链测试，互连测试和功能测试，根据测试任务选择相应的边界扫描测试指令；所述扫描链测试指边界扫描链路中各芯片的JTAG接口信号的连接故障测试，采用采样/预装指令；所述互连测试指边界扫描链路中各芯片之间的信号线连接故障测试，包括短路故障、开路故障和固定型故障，采用外测试指令；所述功能测试指边界扫描链中的芯片的功能故障测试，采用功能测试指令； 所述混合信号电路边界扫描测试系统对数字信号电路边界扫描测试方法主要步骤如下 步骤i :配置信息 微机经微处理器向混合信号电路边界扫描测试控制器发送配置信息，主要包括测试时钟频率、测试模式选择输出模式、测试数据输出模式和电路模式选择四种配置信息； 步骤ii :测试指令 微机经微处理器向混合信号电路边界扫描测试控制器发送边界扫描测试指令长度和边界扫描测试指令；所述边界扫描测试指令长度为被测电路扫描链中的各个芯片的边界扫描测试指令长度的和；所述边界扫描测试指令为被测电路边界扫描链中的各个芯片的边界扫描测试指令按该芯片在被测电路边界扫描链中的顺序串行连接构成； 步骤iii :测试矢量 微机经微处理器依次向混合信号电路边界扫描测试控制器发送边界扫描测试矢量长度和一个边界扫描测试矢量，每次发送完一个边界扫描测试矢量，混合信号电路边界扫描测试控制器从被测电路JTAG接口获取一个测试结果； 所述边界扫描测试矢量长度为被测电路边界扫描链中的各个芯片的边界扫描单元数的总和；所述一个边界扫描测试矢量由二进制数构成，一个边界扫描测试矢量通过混合信号电路边界扫描测试系统的JTAG接口的测试数据输出线全部串行移入被测电路边界扫描链的所有边界扫描单元，所述二进制数的数值用于设置边界扫描链边界扫描单元的逻辑值； 针对每个测试任务，利用测试矢量生成算法生成多个边界扫描测试矢量，构成一个边界扫描测试矢量集，通过多次重复执行步骤iii，获取多个测试结果，利用诊断算法对多个测试结果进行分析，实现故障诊断与故障定位，完成数字信号电路边界扫描测试； 所述模拟信号电路边界扫描测试方法主要包括模拟器件参数测试和性能指标测试，采用探针指令，所述模拟器件参数测试包括边界扫描链中芯片间电阻、电容、电感、二极管和三极管的各类模拟器件的参数测试；所述性能指标测试包括边界扫描链中放大器增益和滤波器幅频特性指标的测试； 所述混合信号电路边界扫描测试系统对模拟信号电路进行边界扫描测试方法主要步骤如下 步骤I :配置信息 微机经微处理器向混合信号电路边界扫描测试控制器发送配置信息，主要包括测试时钟频率、测试模式选择输出模式、测试数据输出模式和电路模式选择四种配置信息； 步骤II :测试指令 微机经微处理器向混合信号电路边界扫描测试控制器发送边界扫描测试指令长度和边界扫描测试指令；所述边界扫描测试指令长度为被测电路扫描链中的各个芯片的边界扫描测试指令长度的和；所述边界扫描测试指令为被测电路边界扫描链中的各个芯片的边界扫描测试指令按该芯片在被测电路边界扫描链中的顺序串行连接构成； 步骤III :测试矢量 微机经微处理器依次向混合信号电路边界扫描测试控制器发送边界扫描测试矢量长度和一个边界扫描测试矢量； 所述边界扫描测试矢量长度为被测电路边界扫描链中的各个芯片的边界扫描单元数的总和；所述边界扫描测试矢量由二进制数构成，一个边界扫描测试矢量通过混合信号电路边界扫描测试系统的JTAG接口的测试数据输出线全部串行移入被测电路边界扫描链的所有边界扫描单元，所述二进制数的数值用于控制被测电路边界扫描链中支持IEEE1149. 4标准的芯片内部的测试总线接口电路和模拟边界扫描单元的开关矩阵的导通和关闭状态，以使被测电路激励端口(ATI)和采集端口(AT2)连接到边界扫描链中被测芯片的测试点；根据支持IEEE 1149. 4标准的芯片的内部开关真值表和开关的导通和关闭状态得到该芯片对应的边界扫描测试矢量，多个芯片的边界扫描测试矢量一起构成被测电路扫描链的边界扫描测试矢量； 步骤IV :模拟激励控制 微机经微处理器向混合信号电路边界扫描测试控制器发送模拟激励控制信息，控制模拟仪器平台的程控信号源输出相应的激励信号到被测电路的激励端口 ATl ;若为直流测试，所述模拟激励信号为电压幅度U的直流电压或电流幅度I的直流电流信号；若为交流测试，所述模拟激励信号为电压幅度U和频率f的交流电压信号，或者为电流幅度I和频率f的交流电流信号；微机对模拟激励电压幅度U、电流幅度I和频率f的控制信息由模拟仪器平台的程控信号源的电压、电流输出范围和频率控制方式，以及被测电路中芯片的测试要求确定； 步骤V :电压采集模拟仪器平台的电压采集模块采集被测电路的采集端口 AT2的直流电压或交流电压有效值，模拟仪器平台将电压响应结果通过混合信号控制接口发送到混合信号电路边界扫描测试控制器，微机经微处理器从混合信号电路边界扫描测试控制器读取电压响应结果；根据测试模型，由测试激励信号的幅度，频率及电压响应结果建立相应方程组，求解模拟信号电路的参数或绘制性能指标的特性曲线，完成模拟信号电路边界扫描测试。
8.根据权利要求7所述的混合信号电路边界扫描测试方法，其特征在于 所述混合信号电路边界扫描测试系统对模拟信号电路进行边界扫描测试方法的步骤V之后，针对被测电路中的测试模型，需要返回步骤III，改变边界扫描测试矢量，以使被测电路激励端口和采集端口连接到边界扫描链中的被测芯片其它测试点；重复步骤IV，发送修改的模拟激励信号控制信息，当模拟激励信号控制信息无改变时、模拟仪器平台的程控信号源将持续输出原来的激励信号，无需重复步骤IV ;重复步骤V，获取被测电路的采集端口的交流电压有效值或直流电压；当被测电路含有多个不同的测试模型时，对各个测试模型多次重复步骤III 步骤V，逐个进行测试。
全文摘要
本发明为混合信号电路边界扫描测试系统及测试方法，本系统微机经微处理器连接混合信号电路边界扫描测试控制器的处理器接口。混合信号电路边界扫描测试控制器包括主机模块及经读写数据总线与之连接的各功能模块，其中模拟仪器平台的混合信号控制接口连接包括程控信号源和电压采集模块的模拟仪器平台。本测试方法包括数字信号和模拟信号电路的测试，前者与现有技术相同，后者步骤为Ⅰ配置信息，Ⅱ测试指令，Ⅲ发送测试矢量连接测试点，Ⅳ模拟激励控制，Ⅴ采集响应电压。对各种测试模型，重复Ⅲ-Ⅴ，由激励的大小及响应结果建立方程，求得被测电路的参数或性能指标。本发明解决了矢量施加、激励施加及电压采集的同步；实现混合信号电路在线测试。
文档编号G05B19/042GK102818986SQ20121029648
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月20日 优先权日2012年8月20日
发明者颜学龙, 黄新, 雷加, 陈寿宏, 李延平, 何峰, 尚玉玲, 马峻, 谈恩民 申请人:桂林电子科技大学