第十一章、数字系统测试技术

电子测量原理第1页第11章数字系统测试技术11.1数字系统测试的基本原理11.2逻辑分析仪11.3可测性设计11.4数据域测试的应用电子测量原理第2页11.1数字系统测试的基本原理11.1.1数字系统测试和数据域分析的基本概念1数字系统测试和数据域测试的特点2几个术语3故障模型电子测量原理第3页1数字系统测试和数据域测试的特点◆电子测试的重要领域----数据域测试◆数据域测试的概念◆数字系统测试中的困难响应和激励间不是线性关系从外部有限测试点和结果推断内部过程或状态微机化数字系统的软件导致异常输出系统内部事件一般不会立即在输出端表现故障不易捕获和辨认电子测量原理第4页11.1数字系统测试的基本原理11.1.1数字系统测试和数据域分析的基本概念1数字系统测试和数据域测试的特点2几个术语3故障模型电子测量原理第5页2几个术语◆故障侦查/检测（FaultDetection）---判断被测电路中是否存在故障◆故障定位---查明故障原因、性质和产生的位置◆以上合称故障诊断，简称诊断◆缺陷---构造特性的改变◆失效---导致电路错误动作的缺陷◆故障---缺陷引起的电路异常，缺陷的逻辑表现缺陷和故障非一一对应，有时一个缺陷可等效于多个故障电子测量原理第6页2几个术语◆出错/错误(Error)◆真速测试（AT-SpeedTesting)◆参数测试和逻辑测试◆测试主输入(PrimaryInput)◆测试主输出(PrimaryOutput)◆测试图形/样式（TestPattern）◆测试矢量（TestVectors◆测试生成◆故障覆盖率电子测量原理第7页11.1数字系统测试的基本原理11.1.1数字系统测试和数据域分析的基本概念1数字系统测试和数据域测试的特点2几个术语3故障模型电子测量原理第8页3故障模型◆故障的模型化与模型化故障（1）固定型故障（StuckFaults）固定1故障(stuck-at-1)，s-a-1固定0故障(stuck-at-0)，s-a-0（2）桥接故障（BridgeFaults）◆桥接故障:两根或多根信号线间的短接x1x2x3x3x2x1x1x1x2x2x3x3电子测量原理第9页3故障模型（2）桥接故障（BridgeFaults）Fx1...xsxs+1...xnYp1psx1xs...Yxnxs+1...（3）延迟故障（DelayFaults）◆延迟故障:电路延迟超过允许值而引起的故障◆时延测试验证电路中任何通路的传输延迟不超过系统时钟周期电子测量原理第10页3故障模型（4）暂态故障（TemporaryFaults）类型：瞬态故障和间歇性故障瞬态故障：电源干扰和α粒子辐射等原因造成间歇性故障：元件参数变化、接插件不可靠等造成电子测量原理第11页11.1数字系统测试的基本原理11.1.2组合电路测试方法简介1敏化通路法和D算法2布尔差分法电子测量原理第12页1敏化通路法和D算法◆通路（Path）和敏化通路(SensitizedPath)（1）敏化通路法ABx1x2x3abcdefgyCafy0→10→10→11→01→01→0◆故障a→f→g:故障传播或前向跟踪◆一致性检验或反相跟踪(BackwardTrace)电路的敏化过程电子测量原理第13页1敏化通路法和D算法◆故障传播和通路敏化的条件通路内一切与门和与非门的其余输入端均应赋于“1”值，而一切或门和或非门的其余输入端应赋于“0”值。x1x2x3abcdefgyx2:s-a-0x1x2x3abcdefgyx2:s-a-0x1x2x3abcdefgyx2:s-a-0有扇出电路的敏化过程电子测量原理第14页1敏化通路法和D算法x1x2x3单通路敏化成功，双通路敏化失败的例子（111）不是x2：s-a-0的测试矢量（110）和（011）是x2：s-a-0的测试矢量电子测量原理第15页1敏化通路法和D算法◆Schneider提出的反例证明某些故障只通过一条通路不可能敏化成功，必须同时沿两条或两条以上的通路才能成功敏化x1x2x3x4G55G66G77G88G99G1010G1111G1212ys-a-0同时沿G6G9G12和G6G10G12敏化方可成功G6（s-a-0）的测试:(x1x2x3x4)=(0000)电子测量原理第16页1敏化通路法和D算法◆扇出对敏化通路的影响，三种情况：单通路和多通路都产生测试矢量仅单通路能产生测试矢量仅多通路能产生测试矢量小结◆Schneider反例说明一维敏化不是一种算法◆对一特定故障寻找敏化通路时，还应考虑同时敏化多个单通路的可能组合---多维敏化◆对于多维敏化，必须寻球一种真正的算法---D算法电子测量原理第17页2敏化通路法和D算法（2）D算法◆简化了多通路敏化法◆容易用计算机实现D：正常电路逻辑值为1，故障电路为0的信号D：正常电路逻辑值为0，故障电路为1的信号①简化表又称电路的原始立方-----简化的真值表形成：逻辑门用它的输出顶点名称表示门输出顶点的标号大于所有输入顶点的标号电子测量原理第18页2敏化通路法和D算法基本门电路的简化表12312311110001231231110000电子测量原理第19页2敏化通路法和D算法基本门电路的简化表12312310100011231231100101电子测量原理第20页2敏化通路法和D算法电路的简化表举例12345645612345611100001110000001111GGG电子测量原理第21页2敏化通路法和D算法②传递D立方描述正常功能块对D矢量的传递特性表明敏化通路的敏化条件对被测电路的一种结构描述◆把元件E输入端的若干故障信号能传播至E的输出端的最小输入条件传递D立方◆构造传递D立方的Roth交运算规则Roth交0101001110DD电子测量原理第22页2敏化通路法和D算法基本门电路的传递D立方②传递D立方12312300DDDD12312311DDDD电子测量原理第23页2敏化通路法和D算法基本门电路的传递D立方②传递D立方12312300DDDD12312311DDDD电子测量原理第24页2）敏化通路法和D算法③故障的原始D立方---元件E的输出处可产生故障信号D或D的最小输入条件12312312311D12300D区别：故障原始D立方实为激活故障的条件故障传递D立方为传播故障信号的条件电子测量原理第25页2敏化通路法和D算法④D交运算规则◆D交运算是建立敏化通路的数学工具◆通过D交运算，逐级将故障信号（D或D）从故障点敏化至可及输出端的过程叫做D驱赶（Ddrive）◆RothD交操作规则D交0101001110DDφψψφψψλμμDDψψψψDDDDλ电子测量原理第26页2敏化通路法和D算法④D交运算规则◆对RothD交操作规则的补充说明符号φ和ψ分别表示D交为空和未定义如果不出现φ和ψ，但出现λ和μ，则D交未定义如果D交中只出现λ而不出现μ，则在第二个因子中，所有的D变为D，D变为D如果D交中只出现μ而不出现λ，则D∩D=D，D∩D=D电子测量原理第27页2敏化通路法和D算法④D交运算规则◆D激活元件---输入端有D（D）信号而输出值尚未确定的元件◆活跃矢量---D激活元件编号的集合◆D驱赶的过程将D激活元件的传递D立方同测试立方作D交运算，使元件输出D或D信号若D交存在，本次驱赶成功，得到新的测试立方。若D交结果为空，则选择另一个传递D立方进行如果该元件的传递D立方都被选择而D交结果为空，则从活跃矢量中另选一元件进行D驱赶电子测量原理第28页2敏化通路法和D算法④D交运算规则◆D驱赶的过程若活跃矢量中所有元件都不能实现D交，则后退到前一活跃矢量，甚至退到最初阶段另选一个故障原始D立方重新进行重复上述过程，直至将D或D驱赶到某主输出为止电子测量原理第29页2）敏化通路法和D算法⑤线确认和一致性检查◆一致性检查是指在一次D驱赶成功之后，检查所获得的测试立方是否与各元件的简化表中的原始立方相一致，以便及早发现矛盾而及早返回◆线确认是一致性检查的一种，是指在D驱赶全部结束后（在主输出端出现了D或D信号），对测试立方中仍未赋值的元素赋值的过程电子测量原理第30页2）敏化通路法和D算法⑥D算法求解组合电路的测试矢量的步骤第一步，初始化。包括：写出被测电路的简化表；由简化表得到传递D立方第二步，D驱赶。用RothD交运算完成多路敏化第三步，进行一致性检查第四步，形成确定的测试矢量第五步，对故障集形成完备测试集最后，建立故障字典电子测量原理第31页2布尔差分法◆用数学方法来研究故障的传播◆优点：普遍性、完备性、严格、简洁、明晰◆可以用于多输出电路及多故障的测试对布尔函数f(x)=f(x1,x2,…,xn)，定义),,,0,,,,()0(),,,1,,,,()1(),,,,,()(),,,,,()(112111212121niiiniiiniiniixxxxxffxxxxxffxxxxfxfxxxxfxf电子测量原理第32页2布尔差分法◆对一逻辑函数f(X)，xi∈X,X=(x1,x2,…,xn)，用符号fi(α)表示xi=α(α∈{0,1})时f(X)的值，则()(1)(0)iiiifXxfxf◆有一个组合逻辑系统：f(x)=f(x1,x2,…,xi,…,xn),如果布尔表达式()()1iiyfxfx成立则表明系统内部任何一个节点xi（或主输入）上信号的逻辑值的变化能使输出端y的逻辑值作相应的变化，从而可根据y的变化来测试出xi的变化，以达到对xi故障测试的目的电子测量原理第33页2布尔差分法◆定义为函数f相对于变量xi的一阶布尔差分()()()iiidfxfxfxdx()idfxdx的含义：xi从xi变成xi时，f(xi)与f（xi）之间的差异量电子测量原理第34页2布尔差分法◆侦查故障xi=s-a-1和故障xi:s-a-0的测试矢量集分别用T1和T0表示）为1)(1)(01iiiidxxdfxTdxxdfxT()()()(1)(0)iiiiidfxfxfxdxff电子测量原理第35页2布尔差分法◆如果h是逻辑变量X的函数，而f又是变量h和X的函数，则测试故障h：s-a-1和h：s-a-0的测试矢量集分别为1),(1),(01dhXhdfhTdhXhdfhT电子测量原理第36页2布尔差分法举例：求侦查下图中故障x1:s-a-1，x1:s-a-0，h:s-a-1的测试矢量集x1x2x3x4hf解：写出f的逻辑表达式)()(43221432214322143243221xxxhhxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxf电子测量原理第37页2布尔差分法求f相对变量x1的一阶布尔差分24324321432143243221)()()0()1(xxxxxxxdxdfxxxfxxxxxxxf所以侦查故障x1:s-a-1和x1:s-a-0的测试矢量集分别为1111211dfTxdxxx0111211dfTxdxxx电子测量原理第38页2布尔差分法T1=（0100，0101，0110，0111）T0=（1100，1101，1110，1111）求f相对于变量h的布尔差分因为fh(1)=x1x2，fh(0)=1所以12121dfxxxxdh检测故障h：s-a-1的测试矢量为11)(1432214321xxxxxxxxdhdfhTh:s-a-1的测试集为T1=（0000，1000）电子测量原理第39页11.1数字系统测试的基本原理11.1.3时序电路测试方法简介1迭接阵列2测试序列的产生电子测量原理第40页11.1.3时序电路测试方法简介引言◆时序逻辑电路的测试比组合电路困难时序电路中存在反馈，对电路的模拟、故