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边界扫描测试

作者:富连达发布日期:2023-07-20浏览人数:354



边界扫描测试(Boundary scan)是为了解决印制电路板(PCB)上芯片与芯片之间的互连测试而提出的一种解决方案。

一,传统测试正面临如下问题:细小的组件譬如SMTs 和BGAs都缺乏物理存取, 使板上的针难以探查;SOC芯片级设计,需要对主控芯片的测试;由于日渐复杂的ICs, ICTs的试验发展过程变得更长和更加昂贵,设计师被迫提出大数量的测试点, 与小型化设计的目标直接冲突,使用ICT去做在线编程, 速度慢, 效率低, 成本高;现在的电子元件越来越小,管脚越来越密,更多的是没有管脚外露的BGA/FQP/LPQ等封装,这样我们如何来判断芯片焊接和电路版SMT的好坏呢?主板密度越来越大,设计更复杂,有更多高速信号,由于物理空间限制和对精细间距元件和BGA器件的物理访问的损失,固定装置成本显着增加,同时固定装置可靠性降低。

边界扫描测试是克服传统测试限制的结构测试的巧妙方法,已被公认为测试的必要环节和未来趋势。

边界扫描测试有两大优点:一个是方便芯片的故障定位,迅速准确地测试两个芯片管脚的连接是否可靠,提高测试检验效率;另一个是,具有JTAG接口的芯片,内置一些预先定义好的功能模式,通过边界扫描通道来使芯片处于某个特定的功能模式,以提高系统控制的灵活性和方便系统设计。现在,所有复杂的IC 芯片几乎都具有JTAG控制接口,JTAG控制逻辑简单方便,易于实现。

二,边界扫描的原理:是在核心逻辑电路的输入和输出端口都增加一个寄存器,通过将这些I/O上的寄存器连接起来,可以将数据串行输入被测单元,并且从相应端口串行读出。在这个过程中,它可以实现3方面的测试。

首先是芯片级测试,即可以对芯片本身进行测试和调试,使芯片工作在正常功能模式,通过输入端输入测试矢量,并通过观察串行移位的输出响应进行调试。

其次是板级测试,检测集成电路和PCB之间的互连。实现原理是将一块PCB上所有具有边界扫描的IC中的扫描寄存器连接在一起,通过一定的测试矢量,可以发现元件是否丢失或者摆放错误,同时可以检测引脚的开路和短路故障。

最后是系统级测试,在板级集成后,可以通过对板上CPLD或者Flash的在线编程,实现系统级测试。

边界扫描测试体系结构提供高效测试 PCB 上引线很密集的组件的能力。在没有使用物理测试探针的情况下,该体系结构可以测试管脚连接,并在设备正常操作的情况下采集功能数据。设备中的边界扫描单元可强制信号进入引脚,或从引脚或核心逻辑信号中捕获数据。强制测试数据串行移入边界扫描单元。捕获到的数据将串行移出,并在外部与预期结果进行比较。

三、边界扫描在板级测试中的应用 
边界扫描测试技术不仅应用于单个芯片测试,而且在板测试领域同样有广泛应用。如下图所示,在 PCB 上可串行互连多个可兼容扫描功能的 IC,形成一个或多个边界扫描链,每一个链有其自己的 TAP。 每一个扫描链提供电气访问,串行 TAP 接口到作为链的一部分的每一个 IC 上的每一个引线。 在正常操作过程中,IC 执行其预定功能,就好像边界扫描电路不存在。 但是,当为了进行测试或在系统编程而激活设备的扫描逻辑时,数据通过互连的测试访问端口TAP)传送到 IC 中,并且使用串行接口从 IC 中读取出来。 这样的数据可以用来激活设备核心,将信号从引线TDI 发送到 PCB 上,读出 PCB 的输入引线并读出TDO 输出。   边界扫描在板级测试中,主要是对PCB 上器件间互连线和管脚的故障进行检测和隔离,对在系统编程器件进行编程。

测试边界扫描板的通用测试策略是:

1)执行板级边界扫描基本结构完整性测试。

 2)使用Extest 指令,施加激励和检测响应,进行边界扫描器件间互连的测试,测试时将非边界扫描器件设置到需要的状态。

3)对非边界扫描器件进行测试,如集群测试、RAM 测试等。  在正常工作模式,带边界扫描功能的IC 好像没有实现其特定功能。然而,当要进行测试或在系统编程时,器件的扫描逻辑被激活,通过菊花链将多个具有JTAG 接口的器件串联起来,组成一个扫描链,使用单组测试向量实现对整个电路板的完整测试。   边界扫描测试对于采用复杂表面贴装技术的电路板功能测试也是一种较好选择,它能快速剔除产品的制造故障,让功能测试真正进行功能性故障的查找。当前的主流在线测试和飞针测试设备也都兼有边界扫描测试功能。  尽管很多使用中的器件可以使用BST 技术,但仍有部分电路没有边界扫描功能。有些测试设备供应商可利用特定的软件,利用其在线测试ATE 运行来实现。

其大致的工作原理是:将边界扫描器件的扫描单元作为一个虚拟的ATE 测试通道,去驱动激励非边界扫描逻辑电路,然后测试响应。而且可以组合虚拟通道和真实的ATE 通道进行驱动和检测。进行单个器件或集群(Cluster)测试时,关键的任务是定义测试目标的输入和输出。

边界扫描测试站在产线制程中,位于ICT和FCT测试之间。

旨在:

•对ICT进行必要补充,以其高覆盖率降低ICT治具成本,提升测试稳定性和可靠性;

•大幅缩减FCT测试时间,降低测试成本。

富连达继电器

深圳市富连达科技有限公司是NI联盟商、代理商、系统集成商,主要有NIGPIB、NILABVIEW、NIDAQ、NI板卡、NI数据采集卡等产品。公司拥有产品测试的软硬件全套应运解决方案,开发范围包括ICT、Boundary Scan、功能测试、系统测试。业务覆盖深圳、广州、珠海、佛山、南京、杭州、厦门、西安、成都、武汉、重庆、北京等地。

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