专利名称：具有用于检测物理运行参数的集成传感器的边界扫描电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有测试接口的集成电路设备，一种测试具有这种设备的电子系统和包含这种设备的电子装置的方法。
集成电路设备被越来越多地配备测试接口，这种测试接口允许设备进入可以应用测试信号的测试状态，并且可以在受控的条件下测量测试结果。例如，一个标准测试接口是IEEE STD 1149.1标准定义的接口。这个标准规定通过集成电路设备的移位寄存器结构应用和收集测试数据。测试输入数据通过移位寄存器结构串行地移入设备，测试结果数据通过移位寄存器结构移出设备。该设备被串行级联，使得测试输入数据和结果数据通过一连串设备的移位寄存器结构移动。
IEEE STD 1149.1标准规定状态机控制从功能电路捕捉测试结果到移位寄存器结构，并更新提供给功能电路的测试输入数据。状态机还控制对通过移位寄存器结构的数据和指令信息进行的路由选择。特别地，数据和指令移位通路被规定并行通过部分移位寄存器结构运行以分别传送测试数据和指令信息。状态机控制着这些通路信息从设备的输入端到输出端的行进。
此外，IEEE STD 1149.1标准规定一种在指令信息经由指令移位通路移动之后可以加载该指令信息的指令寄存器。依照标准IEEE 1194，必须提供至少2比特的指令信息，但是通常使用更多的比特。例如，指令信息被用于选择通过多条可替换的并行数据通路(例如包括旁路数据通路)哪一条测试信号数据将通过移位寄存器结构从输入端移动到输出端和/或选择设备外部的连接或设备中的电路是否将被测试。
因此，IEEE STD 1149.1标准规定了对测试的控制，对设备来说特别的是测试组合逻辑电路的输入输出关系。然而，为了测试和保护的目的，有利的是访问物理运行参数的测量，例如设备温度的测量，该测量适合任何设备。IEEE STD 1194.1标准没有定义访问这样的测量。
其中，本发明的一个目的是规定经由测试接口访问运行物理设备参数的测量，这个测试接口早已例如依照IEEE STD 1149.1标准用于电路测试。
其中，本发明的另一个目的是规定访问的标准化形式，其不会与对之前存在的设备进行的测试程序发生冲突。
其中，本发明的另一个目的是经由测试接口通过移位寄存器结构迅速地访问运行物理参数的测量，以及另一个目的是能使测试操作适合被测量的参数值，例如通过减少导致温度增加的因素来响应高温的测量。
在权利要求1中阐述依照本发明的集成电路设备。依照本发明指令通路被用于传送检测运行物理参数的替代结果，例如设备温度。因此，当来自移位寄存器结构的信息从传送指令信息的设备中被移出时，检测结果变得对外可用。因此，在测试移位结构中不需要额外的位置来获得运行物理参数的测量。
更特别地，以这种方法检测的参数是一个物理参数，该参数值表现出损坏设备的危险。优选地，检测结果辨别潜在的损坏参数值与非损坏值。在极端范围内的设备温度是这种参数的实例。通过从指令移位部分移出这种参数的检测结果可能获得关于告警条件的信息，并不必等待在设置指令寄存器之后从数据移位部分读出信息。
优选地，在设备加电或者复位之后，即使在任何测试数据模式已经被传送到设备中功能电路的移位寄存器结构之前，设备一有机会便将检测结果加载到移位寄存器结构中。优选地，使用与阈值比较的1比特结果，以便占用移位寄存器结构中尽可能少的比特。阈值可以被设置为固定电平，或者是可编程的。在后一种情况，阈值优选地被设置为经由移位寄存器结构接收的数据，存储该数据以在比较中使用，优选地，使用非易失性存储器使得在温度测试结果可用之前不需要初始化。
在一个实施例中，该设备包含一个用于存储检测结果的非易失性存储器，非易失性存储器中的检测结果被提供给移位寄存器结构。因此，可以在稍后重启设备时读取先前失败的原因。
原则上，可以使用任何类型的传感器来检测例如温度之类的参数。在一个使用集成传感器的实施例中，传感器的检测结果取决于参数和一个积分时间。积分持续时间受测试接口的时钟控制。因此，可以通过使用时钟频率操作灵敏度(例如，有效的阈值电平)，而无需编程。
检测结果，例如一个检测的温度指示可以用于修改测试期间的运行速度。在测试不常见的信号期间，可能发生导致比在正常运行期间更高功耗的配置。为了防止损坏设备，所希望的是修改测试时钟速度以便将这种功耗保持在低于导致过高温度的电平。使用由测试移位寄存器结构产生的检测结果使调节时钟速度成为可能。
将使用以下的附图详细地描述依照本发明的设备、装置、模块和方法的这些及其他目的和优势方面。
图1显示集成电路设备中的电路。
图2显示测试系统。
图3显示具有非易失性存储器的测试电路。
图4显示温度传感器的实施例。
图1显示集成电路设备中的电路。该电路包含测试电路10、传感器14、阈值源16和比较器18。测试电路10具有测试数据输入端TDI、测试数据输出端TDO、测试时钟输入端TCK、测试模式选择输入端TMS和复位输入端TRSTN。测试电路10包含控制器100、指令通路移位寄存器102、指令寄存器104、数据通路移位寄存器106、数据通路更新寄存器106a、旁路数据通路107和多路复用器108a和108b。测试时钟输入端TCK、测试模式选择输入端TMS和的复位输入端TRSTN耦合到控制器100。测试数据输入端TDI被耦合到指令通路移位寄存器102、数据通路移位寄存器106和旁路数据通路107(显示包含旁路寄存器)的输入端。指令通路移位寄存器102、数据通路移位寄存器106和旁路数据通路107的移位输出端经由多路复用器108a和108b耦合到测试数据输出端TDO。多路复用器108a和108b受控制器100和指令寄存器104控制。控制器100确定是指令通路移位寄存器102或者数据通路移位寄存器106和旁路数据通路107的其中一个被耦合到测试数据输出端TDO。此外，控制器100具有耦合到数据通路移位寄存器106、旁路数据通路107和指令移位寄存器102的移位使能输出端。
指令寄存器104确定数据通路移位寄存器106和旁路数据通路107中的哪一个被耦合到测试数据输出端TDO。指令寄存器104具有耦合到指令通路102的指令信息输入端和耦合到控制器100的更新控制输入端。数据通路寄存器106具有多个并行测试数据输入端12a，并经由数据通路更新寄存器106b耦合到多个并行测试数据输出端12b。多个输入端12a和输出端12b可以连接到受测试的电路，例如连接到集成电路设备的外部输入和输出端(经由多路复用器(没有显示)的输出端，该多路复用器在分别处于测试模式和正常模式的设备的数据通路更新寄存器106b与内部功能电路(没有显示)之间的外部输出端切换信号源)。替换地，或者此外，可以规定移位数据通路通过功能电路的内部寄存器运行，使得控制器10O能够选择寄存器并行地从功能电路(在正常运行模式)接收数据或者从连续的内部寄存器(在测试访问模式)串行地接收数据。这种移位数据通路可以与数据通路移位寄存器并联或者串联地设置。控制器100和可选地指令寄存器104控制是否将从这种寄存器串行移位的数据提供给测试数据输出端TDO。
传感器14和阈值源16被耦合到比较器18的输入端，比较器的输出端耦合到指令通路移位寄存器102，使得依据来自控制器100的信号将检测结果捕捉到指令通路移位寄存器102。
在运行中，测试数据和指令信息被提供给测试数据输入端TDI。数据和/或指令信息在来自测试时钟输入端TCK的时钟信号的控制下经由移位寄存器102、106被移位。在移位之后，数据和/或指令信息从移位寄存器102、106中选取的一个或者从旁路数据通路107传递给测试数据输出端TDO。提供给测试数据输出端TDO的数据可能涉及基于测试数据输入端TDI的数据和/或指令信息，或者涉及已经被捕捉到移位寄存器102、106中的数据。
控制器100确定怎样使用来自测试数据输入端TDI的信息以及在移位寄存器102、106中是否捕捉数据和在什么时候捕捉数据。控制器100控制是否和在什么时候将来自测试数据输入端TDI和经由指令移位寄存器102移位的指令信息复制到指令寄存器104，以及是否和在什么时候将来自测试数据输入端TDI和经由数据移位寄存器102移位的输入数据复制到数据通路更新寄存器106a。同样地，控制器100控制是否和在什么时候将来自比较器18和功能电路12的数据捕捉到指令移位寄存器102或者数据移位寄存器106中。
如在标准IEEE 1149.1中定义的，控制器100以状态机来实现，其假定一系列连续的状态。在先前的状态和测试模式选择输入端TMS的信号值的控制下选择每个连续的状态。这种状态机的实现本身是公知的。可以根据测试模式选择信号输入用于数据捕捉和更新的一系列状态。在用于数据获取和更新的一系列状态中，控制器100使得来自数据通路106、107其中一个的数据被传送到测试数据输出端TDO。在控制器100中实现的状态机首先假设一种状态，在该状态下控制器向数据移位寄存器发送一个信号以捕捉来自功能电路12的数据。随后，状态机在测试模式选择输入端TMS的控制下进入一种状态，在该状态下移位命令被发到数据移位寄存器106，使得测试数据从测试数据输入端TDI被移位到数据移位寄存器106。随后，状态机在测试模式选择输入端TMS的控制下进入一种状态，在该状态下发送信号以使用来自数据移位寄存器106的数据以将来自数据移位寄存器的数据复制到数据通路更新寄存器106a。
状态机还根据测试模式选择信号输入一系列用于指令更新的状态。除了在控制器100使得来自指令移位寄存器102的信息被传送到测试数据输出端TDO以及控制器100使得来自指令移位寄存器102的指令信息被用于更新指令寄存器104的内容的情况之外，这系列状态非常相似于用于数据更新的系列状态。指令寄存器104的内容控制测试电路的运行。例如在图1中，在一系列数据捕捉和更新状态期间，指令寄存器104控制数据通过移位寄存器106或者旁路数据通路107的哪一个移动到测试数据输出端TDO。在另一个实例中，可能有并联的超过一个的数据移位寄存器106，指令寄存器104确定在一系列数据捕捉和更新状态期间使用数据移位寄存器106中的哪一个。类似地，指令寄存器104可以控制内置自检测电路的起动，或者更新或捕捉到设备外部终端的测试数据信号或来自设备外部终端的测试数据信号。
当控制器100中实现的状态机在一系列用于指令更新的状态开始时进入一个捕捉状态时，控制器100命令指令移位寄存器102在它的输入端捕捉数据，也就是来自比较器18的检测结果。比较器18通过比较来自传感器14的传感器输出数据与来自阈值源16的阈值产生检测结果。例如传感器14是一个温度传感器，它产生一个根据设备温度变化的信号。此外，或者代替温度传感器，使用用于其它通用参数的传感器，也就是诸如电源电压电平或者IDDQ电流等具体电路独立参数可以被用于向指令移位寄存器102提供一个检测结果，或者并行地提供多个检测结果以便在指令移位寄存器102的不同位置捕捉这些结果。在一系列指令更新状态的移位状态期间，检测结果(或者一些检测结果)经由测试数据输出端TDO从指令移位寄存器102移出设备。
应该理解本发明不局限于图1的电路。例如，可以使用不同类型的测试接口，移位寄存器之间的连接可以是不同的(例如数据可以仅被提供给已选测试移位寄存器)。例如可以在多路复用器之后、移位通路之间的分离之前或者旁路通路中出现额外的移位寄存器。可以使用其它的方法捕捉数据。例如，首先可以使用状态寄存器捕捉检测结果，用于稍后在捕捉状态下复制到指令移位寄存器。也可以用数据寄存器106的一部分来实现状态寄存器，在这种情况中，增加附加指令以选择将在移位-DR状态期间被移位的状态寄存器。替换地，对于状态机已经假设一些诸如捕捉状态的指定状态之后的有限数目的移位循环中，另一个多路复用器还可以被用于选择移出状态寄存器的检测结果以代替移出指令移位寄存器的指令信息。代替传感器之后跟随比较器，可以使用被规定内部阈值的传感器，或者可以输出多比特检测结果中的几个比特。图2显示具有试验器装置20和处于测试的装置22(或者诸如在测试下的印刷电路板的电路模块)的测试系统。示意地显示测试器装置包含测试模型源200、测试结果接收单元202和时钟电路204(为了清楚，调整测试模型源200和测试结果接收单元202的控制电路没有明确地显示)。处于测试的装置22包含一系列设备22a-c，其中的一个或多个设备是图1中显示的类型。在该系列中除最后设备22a-c之外的每个测试数据输出端TDO被耦合到该系列中下一个设备的测试数据输入端TDI。该系列中第一个设备的测试数据输入端TDI被耦合到测试模型源200。在该系列中最后设备的测试数据输出端TDO被耦合到测试结果接收单元202。测试器装置具有共同耦合到所有设备22a-c的TCK、TMS和TRSTN的多个输出端。测试时钟输入端TCK被耦合到时钟电路204的输出端。设备22a-c通常具有不同的功能输入和输出端(为了清楚没有显示)，用于在正常运行期间功能信号的通信。
在运行中，测试模型源200首先将用于不同设备22a的指令信息提供给该系列中第一个设备22a的测试数据输入端TDI。测试装置20提供测试模式选择信号TMS以使这个指令信息被加载到设备的指令寄存器104。当输入用于指令更新的一系列状态时，来自设备22a-c的检测结果被捕捉到设备22a-c的指令移位寄存器102，随后这些检测结果被移入测试结果接收单元202。
测试结果接收单元202可以使用检测结果用于不同的目的。在一个实例中，如图2所示，测试结果接收单元202被耦合到时钟电路204以依照检测结果修改测试时钟频率，当检测到的温度超过预定的最大容许值时减少测试时钟频率。在测试期间，例如因为代替测试数据的正常发展，其通过功能电路的内部寄存器被逐次移位，所以设备22a-c经常可能经历比通常在正常运行时每时间单位更多的信号跃迁。这可能导致过度的功率消耗，接着导致过高的温度。通过根据温度减少测试时钟频率可以防止在测试期间测试结果对设备的损坏。
然而，可以理解温度检测还可能有其它不同的应用。在这种情况下不必向时钟电路提供反馈。例如，其它应用在发生过高温度时断开设备22a-c的电源以致防止损害，和/或在过高温度发展的情况下报告错误以抑制设备或者模块。优选地，检测结果区别危险结果和非危险结果。因此，如果使用1比特的检测结果，则检测结果优选地根据物理参数值高于或者低于阈值电平变化，该阈值电平位于可以保证无危险运行的第一最高级别(例如，温度)和预期在正常运行期间出现的第二最高级别(例如，温度)之间。当使用多比特检测结果时，应该至少区别由这种阈值定义的范围。
原则上，比较器18的输出还可以被耦合到数据移位寄存器106。在这种情况中，必须在一系列用于捕捉和更新数据的状态期间读取检测结果。在一个实施例中，可以为此目的提供与数据移位寄存器106并联的指定数据移位寄存器。在该实施例中，指令被移入指令寄存器以选择这个指定数据移位寄存器。当使用数据移位寄存器时，可以使用任何数量的比特表示检测结果，多于一个比较器结果。虽然这类解决方案在许多情况之下工作正常，但是它具有直至检测结果可用之前发生较大延迟的缺点，因为在检测结果可用之前，通常在这种情况中需要指令更新周期和数据捕捉周期。然而，在温度检测结果或者检测任何其它物理运行参数的结果表示潜在地损害情况下，则有利的是可以通过使用指令移位寄存器102移出结果更早地使用检测结果。此外应该理解，通常保持指令移位寄存器102比数据移位寄存器106更短。因此，当指令移位寄存器被用于访问检测结果时结果更快地可用。
虽然已经显示比较电路18仅产生单个比特检测结果，但是应该理解可以使用超过一个比特来表示诸如温度的参数。然而优选地，保持比特数量少到足以确保该结果适合指令寄存器104所需的可用比特数。在一个实施例中，来自传感器14的第二输出结果可以被馈送给数据移位寄存器106中的寄存器，在数据捕捉期间用更多比特进行捕捉。因此，低分辨率(典型地为1比特)告警值在指令移位寄存器102迅速地可用，较高分辨率测试值在数据移位寄存器106更多延迟后可用。
阈值源16可以包含用于存储将被使用的阈值的存储器。在这种情况中，阈值源16被优选地耦合到数据移位寄存器106，数据移位寄存器106在测试期间的更新状态中在控制器100控制下接收阈值的更新。可以在数-模变换器中使用被更新的数值以产生在比较器18中使用的模拟值，或者可以将传感器输出变换为与阈值进行数字比较的二进制信号。优选地，用于阈值的存储器是一个非易失性存储器。这使得设置阈值用于稍后设备在加电时立即使用成为可能。因此，像过高温度这种损害情况可以在加电时立即发信号。
图3显示另一个实施例，其中非易失性存储器30被用于存储检测结果的值。可以存储一系列一个或多个最近周期性采样的连续结果直至电源被关闭，或者例如可以响应于电路断开或者错误信号存储检测结果。在测试期间，被存储的结果被捕捉到指令移位寄存器102(或者数据移位寄存器)中用于检查。因此，在测试模式的故障之后可以访问处于测试的装置22的故障原因。在一个实施例中，被存储的检测结果与当前确定的检测结果并行地被捕捉到移位寄存器102中。这样规定一个扩展的告警信号。替换地，只输出被存储的结果或者只有当前结果。
在一个实施例中，设备最初(在复位或者加电之后)假设一个状态，在这种状态下其使非易失性存储器30不能更新被存储的检测结果，例如，通过使用耦合到非易失性存储器30的启动寄存器(没有显示)启动更新，启动寄存器在加电时被初始化为停用状态。在这种情况下，例如仅在刚离开一种状态或者已经离开一种状态之后通过控制器100在稍后设置启动寄存器的使能值，这种状态是检测结果已经从非易失性存储器30被传送到指令移位寄存器102。替换地，启动寄存器可以被耦合到数据通路移位寄存器106用于接收切换到使能状态的更新。
原则上可以使用任何类型的传感器14，例如与设备中的面结型二极管串联的恒流电源。在这种情况下，二极管两端的电压表征设备温度，该电压可以被用于确定传感器输出。
图4显示温度传感器14的实施例。传感器14包含温度相关电源40并且串联电容器42。电容器42通过复位开关46桥接。电源40和电容器42之间的节点48被用作输出。复位开关46受到控制器100(没有显示)的控制。
在运行中，控制器100通过使开关46导电来复位电容器42上的电荷。当控制器100的状态机达到预定状态时，控制器100使开关46不导电。随后，电容器42以温度相关电流进行充电。因此，电容器42两端的电压上升直到根据来自控制器100的信号捕捉到测试结果为止，例如，通过加载触发器(没有显示)，该触发器具有一个与输出端48耦合的数据输入。复位和捕捉之间的延迟通过控制器100确定，并取决于提供给时钟信号输入TCK的时钟频率。因此，根据电容器42上的电荷被复位的状态通过至少调节TCK时钟速度控制有效的阈值电平。
权利要求
1.一个集成电路设备包括-用于功能电路的连接(12a，b)；-测试输入端(TDI)和测试输出端(TDO)；-耦合在测试输入端(TDI)和测试输出端(TDO)之间用于将信息从测试输入端(TDI)移位到测试输出端(TDO)的测试移位寄存器结构(102、106、107、108a，b)，测试移位寄存器结构包括并联在测试输入端(TDI)和测试输出端(TDO)之间的一个交替可选的数据移位部分(106、107)和指令移位部分(102)，数据移位部分(106、107)被耦合到用于处于测试的功能电路的连接(12a，b)，来自指令移位部分(102)的指令信息控制在测试模式的设备运行；-用于检测设备的物理运行参数的传感器(14)，传感器(14)具有耦合到移位寄存器结构的输出端，用于从指令移位部分(102)向测试输出端馈送检测结果。
2.依照权利要求1的集成电路设备，其中所述参数是其值表示对设备的损害危险的参数。
3.依照权利要求1的集成电路设备，其中检测结果区分检测结果高于还是低于阈值电平，阈值电平位于在一方面可以保证设备无损坏运行的第一电平与一方面存在设备无差错运行期间发生的所有参数值的第二电平之间。
4.依照权利要求1的集成电路设备，其中所述传感器(12)是一个用于检测设备温度的传感器。
5.依照权利要求1的集成电路设备，包括状态机(100)，用于假设可以控制测试运行中连续步骤的连续状态，传感器(14)被设置为用在访问功能电路的任何状态之前在设备加电和/或复位之后多个状态中的第一个状态代替检测结果。
6.依照权利要求1的集成电路设备，其中传感器包括可编程阈值存储器(16)和阈值处理电路(18)，用于通过比较传感器数据与来自可编程阈值存储器(16)的阈值形成所述的检测结果。
7.依照权利要求1的集成电路设备，包括非易失性传感器结果存储器(30)，该存储器耦合到传感器(12)的输出端用于存储在关闭之前的最后的传感器结果，以及耦合到指令部分(102)用于在设备启动时从非易失性传感器存储器(30)向移位寄存器结构输出在关闭之前由最后的传感器结果确定的信息。
8.依照权利要求1的集成电路，包括测试时钟输入端(TCK)，用于提供测试时钟信号以同步(clocking)通过测试移位寄存器结构(102、106、107、108a，b)的数据的移位，其中传感器(12)包括以取决于物理参数的速度对电压和/或电流进行积分的积分电路(40、42)，从由测试时钟信号的时钟周期持续时间确定的积分持续时间期间获得的所述积分(40、42)的积分结果确定检测结果。
9.一种测试包括许多集成电路设备(22a-c)的电子电路的方法，每个设备具有测试移位寄存器结构(102、106、107、108a，b)，该结构包括并联的指令移位通路(102)和数据移位通路(106、107)，用于交替可选地移位数据或者指令信息，设备(22a-c)各自的测试移位寄存器结构(102、106、107、108a，b)被级联设置，该方法包括-使用在所述设备的至少一个中的传感器(14)检测所述至少一个设备的的物理运行参数值；-如果有的话，从所述设备的至少一个的指令移位通路(102)经由随后级联的设备(22a-c)的指令移位通路移出所述检测的检测结果。
10.依照权利要求9的测试方法，其中物理运行参数是设备温度，该方法包括根据检测结果控制用于移位输入信号数据的时钟速度，使得温度被保持低于预定值。
11.依照权利要求9的测试方法，包括当所述检测结果指示表现出损害所述设备的至少一个的危险的参数值时终止电源。
12.依照权利要求9的测试方法，包括在复位和/或加电电子电路之后，通过数据通路(106、107)在接收数据之前读取和处理所述检测结果。
13.一个具有电路模块的电子设备，该电路模块包括多个集成电路设备(22a-c)，每个设备具有测试移位寄存器结构(102、106、107、108a，b)，该结构包括并联的指令移位通路(102)和数据移位通路(104)，用于交替可选地移位数据或者指令信息，数据通路(106、107)被耦合用于从功能电路接收和向功能电路输出数据，各个设备的测试移位寄存器结构被级联设置，其中集成电路设备的至少一个包括-从数据通路移位寄存器(106)到功能电路的连接(12a，b)；-到设备(22a-c)中的至少一个的测试移位寄存器结构(102、106、107、108a，b)的测试输入端(TDI)和测试输出端(TDO)；-用于检测设备的物理运行参数的传感器(14)，该传感器(14)具有一个耦合到移位寄存器结构(102、106、107、108a，b)的输出端，用于将检测结果从指令移位部分(102)馈送到测试输出端。
全文摘要
一种集成电路设备具有边界扫描结构，该结构带有一个耦合在测试输入端(TDI)和测试输出端(TDO)之间的测试移位寄存器结构。该测试寄存器结构用来从测试输入端向测试输出端移位信息。通过移位将测试数据从输入端传送到输出端。测试移位寄存器结构包含一个耦合到用于处于测试的功能电路的连接(12)的数据移位部分(106)。与数据移位部分并联的是一个指令移位结构(102、104)。通过测试控制信号控制指令信息是否经由指令移位部分从测试输入端行进到测试输出端或者控制数据是否经由数据移位部分从测试输入端行进到测试输出端。来自指令移位部分的指令信息控制在测试模式下设备的操作。提供一个检测设备物理运行参数的传感器(14)。为了从指令移位部分馈送给测试输出端一个检测结果，传感器具有一个耦合到移位寄存器结构(102)的输出(18)。这种使检测结果可访问的形式优选地应用于其数值表现出设备的损坏危险的参数，例如温度。这使迅速地检测危险的参数值成为可能。
文档编号G01R31/3185GK1745312SQ200380109291
公开日2006年3月8日 申请日期2003年12月18日 优先权日2003年1月28日
发明者R·F·舒特, F·G·M·德荣格 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司