JTAG測試技術(shù)

2004年11月

JTAG Technology
    JTAG(聯(lián)合測試行動組)標準在80代是通用的。JTAG技術(shù)實際上稱之為IEEE1149.1或邊界掃描，由于電子行業(yè)幾乎每個人都熟悉“JTAG”這個名稱，所以“JTAG”用來表示IEEE1149.1技術(shù)。

    電路內(nèi)測試器
    測試復(fù)雜板的老方法是用電路內(nèi)測試器(ICT)。這種測試方法的測試頭是用“釘床”(見圖1)，焊節(jié)點和遮蓋的焊球使得這種測試頭變得不現(xiàn)實。而且ICT方法成本高、開發(fā)時間長、需要專門硬件。現(xiàn)在，高密度板，多層印刷電路板(PCB)帶焊節(jié)點和帶遮蓋焊球的BGA封裝，使得測試非常困難。

    JTAG測試技術(shù)
    JTAG技術(shù)意指每個器件引腳的測試點都建在芯片內(nèi)并把這些測試點連接到5-Wire串行總線上?？梢栽诤唵蔚腜C機上進行測試開發(fā)和執(zhí)行測試(見圖2)。這種測試技術(shù)特點是：
 5-Wire串行總線是：
TDI-測試時鐘；
TMS-測試模式信號；
/TRST-測試復(fù)位信號；
TDO-測試串行數(shù)據(jù)輸出。
    此總線提供到芯片中JTAG電路的存取功能。在IC上增加JTAG(圖3)允許插入到引腳和內(nèi)部節(jié)點。圖中BSC是邊界掃描單元寄存器，TAP是測試接入口。
JTAG通過“掃描鏈”(Scan Chain)連接到PC板(圖4)。串行數(shù)據(jù)輸入/輸出做成通過所有芯片的大環(huán)路。所有芯片區(qū)共享時鐘、模式和復(fù)位信號。TCLK、TMS和TRST引腳并聯(lián)連接。
    所有芯片由來自PC的TMS信號、TCLK信號(通常用時鐘緩沖器驅(qū)動多負載)和TRST信號驅(qū)動。
TDI和TDO信號菊鏈在一起：
PC→芯片1 TDI
芯片1 TDO→芯片2 TDI
芯片2 TDO→芯片3 TDI
芯片3 TDO→芯片4 TDI
......
芯片N-1 TDO →芯片n TDI
芯片N TDO→PC

    互連故障測試
    JTAG的1個主要應(yīng)用是檢查板互連完整性。JTAGL邊界掃描單元(BSC)可以檢測開路和短路(見圖5)。從1個芯片的BSC發(fā)送數(shù)據(jù)，并由另1個芯片的BSC接收。邊界掃描單元允許被驅(qū)動引腳以專門數(shù)值(1或0)或數(shù)據(jù)送到捕獲引腳。經(jīng)過JTAG 5-Wire 串行總線的數(shù)據(jù)驅(qū)動芯片，來自1個芯片的1和0可以被連接這些信號的任何芯片驅(qū)動、輸出和捕獲。用這種方式可以執(zhí)行所有芯片間的“連接性測試”，以便發(fā)現(xiàn)故障(如不好的焊結(jié)，短路等)。
    JTAG互連完整性測試是在低速單端TTL信號傳輸年代開發(fā)的。而LVDS(低壓差分信號傳輸)用很低擺幅在兩線和并行終端傳輸信號，這比TTL信號傳輸快很多倍。這使得測試LVDS互連變得更復(fù)雜和困難(圖6)。這需要1個新的JTAG兼容的方法來測試高速互連。

    高速內(nèi)裝自測試
    為了在BUS LVDS上實現(xiàn)測試高速互連，NS公司給出高速內(nèi)裝自測試(BIST)解決方案。在系統(tǒng)時鐘速度(即高速)，串行器/發(fā)送器發(fā)送固定隨機比特序列(PRBS)，見圖7。PRBS是內(nèi)裝在串行器中的偽隨機比特序列圖形。此圖形是硬連線到芯片中，是固定圖形。通過串行JTAG總線，當串行器和解串器接到“RUNBIST”指令時，串行器將以額定的系統(tǒng)時鐘速度發(fā)送固定的PRBS圖形到解串器。此時鐘不是JTAG總線的TCLK，串行器/解串器的額定時鐘范圍為16~80MHz。
    解串器接收固定的PRBS圖形并與它本身的硬連接圖形比較，并告知是否有錯誤(見圖8)。通過JTAG總線可以讀出“PASS/FALL”和測試“COMPLETE/NOT-COMPLETE”結(jié)果?！癙AST”結(jié)果意味著在指定的系統(tǒng)時鐘速度，對于典型的數(shù)據(jù)圖形其高速LVDS互連工作具有很高的置信度，表明互連“OK”。
    這種PRBS高速BIST可以檢測所有可能的LVDS故障。表1列出NS公司在實驗室進行的故障檢測結(jié)果。注意在30MHz，互連實際上未通過所需的終端電阻器，但是這對于高速BIST不是問題。
    這種PRBS高速BIST方法在樣機/調(diào)試期間檢查鏈路錯誤也是有用的。

    系統(tǒng)內(nèi)JTAG測試器
    用戶用NS公司的SCANSTA101嵌入式JTAG Test Master可建造1個嵌入式測試器。SANSTA101與微控制器(或微處理器)和存儲器結(jié)合可嵌入系統(tǒng)中使系統(tǒng)執(zhí)行自診斷和重新配置。SCANSTA101是微控制器或微處理器與串行JTAGA總線之間的接口。它驅(qū)動JTAG總線并卸載處理器或控制器的一些工作。
NS公司提供SCANEASE軟件和SCANSTA101  ANSI C驅(qū)動程序，這使SCASTA 101軟件開發(fā)變得容易。
    系統(tǒng)內(nèi)JTAG測試器可用于系統(tǒng)自測試，系統(tǒng)重新配置，遠程診斷和升級(通過電話線)。

    JTAG技術(shù)應(yīng)用
    前面重點討論JTAG在互連完整性測試中的應(yīng)用，JTAG應(yīng)用不僅僅限于板測試，還有其他應(yīng)用。JTAG測試應(yīng)用概括為：
板互連“連續(xù)性”測試；
片上測試：內(nèi)部功能塊測試，內(nèi)裝自測試(BIST)；
編程FPGA和閃存；
仿真；
全系統(tǒng)級測試；
系統(tǒng)診斷和重新配置：嵌入到系統(tǒng)中或通過電話線遠程實現(xiàn)。(冰)