智能仪器可测试性设计
电子科学与工程学院
2004年 6月
主要内容
? 可测试性概述
? 固有测试性设计
? 机内自测试技术 ---BIT
? 设计实例
? 随着计算机技术的飞速发展和大规模集成
电路的广泛应用，智能仪器在改善和提高
自身性能的同时，也大大增加了系统的 复
杂性 。这就给智能仪器的 测试 带来诸多问
题，如测试时间长、故障诊断困难、使用
维护费用高等，从而引起了人们的高度重
视。自 20世纪 80年代以来，测试性和诊断
技术在国外得到了迅速发展，研究人员开
展了大量的系统测试和诊断问题的研究，
测试性逐步形成了一门与可靠性、维修性
并行发展的学科分支。
? 可测试性 是系统和设备的一种便于测试和
诊断的重要设计特性，对各种复杂系统尤
其是对电子系统和设备的维修性、可靠性
和可用性有很大影响。可测试性设计要求
在设计研制过程中使系统具有自检测和为
诊断提供方便的设计特性。具有良好测试
性的系统和设备，可以及时、快速地检测
与隔离故障，提高执行任务的可靠性与安
全性，缩短故障检测与隔离时间，进而减
少维修时间，提高系统可用性，降低系统
的使用维护费用。
可测试性概述
? 可测试性与可测试性设计
? 测试性要求
? 测试方案
? 可测试性设计优点
可测试性概述
? 可测试性
可测试性（ Testability）是指产品能够及时准确地
确定其自身状态（如可工作，不可工作，性能下
降等）和隔离其内部故障的设计特性。
可控制性 (Controllability)
可观测性 (Observability)
可预见性 (Predictability)
可测试性概述
? 可测试性设计
(Design For Testability — DFT)
是一种以 提高产品测试性 为目的的设计方
法学。
可测试性概述
? 测试性要求
在 尽可能少地增加硬件和软件 的基础上，
以 最少的费用 使产品获得所需的测试能
力，简便、迅速、准确地实现检测和诊
断。
可测试性概述
? 可测试性设计优点
1．提高故障检测的覆盖率；
2．缩短仪器的测试时间；
3．可以对仪器进行层次化的逐级测试
4．降低仪器的维护费用。
? 可测试性设计缺点
1．额外的软 /硬件成本；
2．系统设计时间增加。
固有测试性设计
? 总体设计
? 通用设计准则
? 固有测试性 是指仅取决于产品硬件设计，不依赖
于测试激励和响应数据的测试性。它包括功能和
结构的合理划分、测试可控性和可观测性、初始
化、元器件选用以及与测试设备兼容性等，即在
系统和设备硬件设计上要保证其有方便测试的特
性。它既支持 BIT，也支持外部测试,固有测试性
既有利于 BIT，也支持外部测试设备，是满足测
试性要求的基础。因此在测试性设计中，应尽早
进行固有测试性的分析与设计，避免返工和浪费。
固有测试性设计
? 总体设计
模块划分
功能和结构设计
元器件选择
固有测试性设计
? 通用设计准则
结构设计
功能划分
模拟电路设计
数字电路设计
传感器电路设计
光电电路设计
机内测试技术 --BIT
? BIT简介
? 常规 BIT技术
? 智能 BIT技术
BIT简介
? BIT的由来
传统的测试主要是利用外部的测试仪器（ ETE）
对被测设备进行测试,ATE是 ETE的自动化产
物。由于 ATE费用高、种类多、操作复杂、人
员培训困难，而且只能离线检测，随着复杂系
统维修性要求的提高，迫切需要复杂系统本身
具备检测、隔离故障的能力以缩短维修时间。
所以,BIT在测试研究当中占据了越来越重要
的地位，成为维修性、测试性领域的重要研究
内容。在测试性研究中,BIT技术应用范围越
来越广，正发挥着越来越重要的作用。
BIT简介
? BIT的定义
定义 1,BIT是指系统、设备内部提供的检
测、隔离故障的自动测试能力。
定义 2,BIT的含义是：系统主装备不用外
部测试设备就能完成对系统、分系
统或设备的功能检查、故障诊断与
隔离以及性能测试，它是联机检测
技术的新发展。
常规 BIT技术
? 通用 BIT技术
BIT通用设计性设计准则
BIT测试点的选择与配置
常规 BIT技术
? 数字 BIT技术
板内 ROM式 BIT
微处理器 BIT
微诊断法
内置逻辑块观察法
边界扫描 BIT
常规 BIT技术
? 板内 ROM式 BIT
板内只读存储器 (on— boardROM)实现的机
内测试是一种由硬件和固件实现的非并行
式 BIT技术。该技术包括：将存储在 ROM
中的测试模式施加到被测电路 CUT中，然
后将 CUT的响应与期望的正常响应 GMR对
比，据此给出测试, 通过 /不通过 (GO/
NOGO)”输出信号。
常规 BIT技术
? 微处理器 BIT
微处理器 BIT是使用功能故障模型来实现
的，该模型可以对微处理器进行全面有效
的测试。该方法可能会需要额外的测试程
序存储器。此外，由于被测电路的类型不
同，还可能需要使用外部测试模块。该外
部测试模块是一个由中央处理单元 CPU控
制的电路，用于控制和初始化位于微处理
器模块内的外围控制器件。
常规 BIT技术
? 微诊断法
微诊断法是一种在微代码级别上进行微程
序设计实现的诊断 BIT技术。与运行在
RAM或者 ROM中的应用软件级别的 BIT相
比，该 BIT不需要硬件增强途径，仅在微代
码级别执行就可以对硬件和软件进行测
试。
常规 BIT技术
? 内置逻辑块观察法
内置逻辑块观察器 (BILBO)是一个多功能电路，通过 2个
工作方式控制位可以实现 4种不同的功能配置：
● 锁存器
● 移位寄存器
● 多输入信号特征寄存器 (MISR)或者伪随机模式发生器
(PRPG)；
● 复位 BILBO。
作为测试复杂数字电路的有效方法，通过使用伪随机模
式发生器 PRPG和多输入信号特征寄存器 MISR,BILBO,
可以进行信号特征分析。
常规 BIT技术
? 边界扫描测试技术
边界扫描技术是一种扩展的 BIT技术。它在
测试时不需要其他的辅助电路，不仅可以
测试芯片或者 PCB的逻辑功能，还可以测
试 IC之间或者 PCB之间的连接是否存在故
障。边界扫描技术已经成为 VLSI芯片可测
性设计的主流,IEEE也已于 1990年确定了
有关的标准，即 IEEE1149,1。
边界扫描的原理框图
常规 BIT技术
? 模拟 BIT技术
比较器 BIT
在硬件设计中加入比较器，可以很容易地实现多
种不同功能的 BIT电路。在具体实现时，通常都
是将激励施加到被测电路 CUT上，然后将 CUT的
输出连同参考信号送人比较器中； CUT的输出与
参考信号进行比较之后，比较器输出通过／不通
过信号。在某些应用中,CUT的输出必须经过额
外的信号处理电路进行处理之后才能接到比较器
上。
常规 BIT技术
? 模拟 BIT技术
电压求和 BIT
电压求和是一种并行模拟 BIT技术。它使用
运算放大器将多个电压电平叠加起来，然
后将求和结果反馈到窗口比较器并与参考
信号相比较，再根据比较器的输出生成通
过／不通过信号。这种技术特别适用于监
测一组电源的供电电压。
智能 BIT技术
? 出现动因
常规 BIT技术在应用中存在着诸多问题，归
纳起来主要有以下两个方面
? 功能相对简单，诊断技术单一，诊断能
力差；
? 虚警率高；
智能 BIT技术
? 主要研究内容
BIT智能设计
BIT智能检测
BIT智能诊断
BIT智能决策
第四节 可测试性设计实例
? RAM测试设计
A/D,D/A测试
电子科学与工程学院
2004年 6月
主要内容
? 可测试性概述
? 固有测试性设计
? 机内自测试技术 ---BIT
? 设计实例
? 随着计算机技术的飞速发展和大规模集成
电路的广泛应用，智能仪器在改善和提高
自身性能的同时，也大大增加了系统的 复
杂性 。这就给智能仪器的 测试 带来诸多问
题，如测试时间长、故障诊断困难、使用
维护费用高等，从而引起了人们的高度重
视。自 20世纪 80年代以来，测试性和诊断
技术在国外得到了迅速发展，研究人员开
展了大量的系统测试和诊断问题的研究，
测试性逐步形成了一门与可靠性、维修性
并行发展的学科分支。
? 可测试性 是系统和设备的一种便于测试和
诊断的重要设计特性，对各种复杂系统尤
其是对电子系统和设备的维修性、可靠性
和可用性有很大影响。可测试性设计要求
在设计研制过程中使系统具有自检测和为
诊断提供方便的设计特性。具有良好测试
性的系统和设备，可以及时、快速地检测
与隔离故障，提高执行任务的可靠性与安
全性，缩短故障检测与隔离时间，进而减
少维修时间，提高系统可用性，降低系统
的使用维护费用。
可测试性概述
? 可测试性与可测试性设计
? 测试性要求
? 测试方案
? 可测试性设计优点
可测试性概述
? 可测试性
可测试性（ Testability）是指产品能够及时准确地
确定其自身状态（如可工作，不可工作，性能下
降等）和隔离其内部故障的设计特性。
可控制性 (Controllability)
可观测性 (Observability)
可预见性 (Predictability)
可测试性概述
? 可测试性设计
(Design For Testability — DFT)
是一种以 提高产品测试性 为目的的设计方
法学。
可测试性概述
? 测试性要求
在 尽可能少地增加硬件和软件 的基础上，
以 最少的费用 使产品获得所需的测试能
力，简便、迅速、准确地实现检测和诊
断。
可测试性概述
? 可测试性设计优点
1．提高故障检测的覆盖率；
2．缩短仪器的测试时间；
3．可以对仪器进行层次化的逐级测试
4．降低仪器的维护费用。
? 可测试性设计缺点
1．额外的软 /硬件成本；
2．系统设计时间增加。
固有测试性设计
? 总体设计
? 通用设计准则
? 固有测试性 是指仅取决于产品硬件设计，不依赖
于测试激励和响应数据的测试性。它包括功能和
结构的合理划分、测试可控性和可观测性、初始
化、元器件选用以及与测试设备兼容性等，即在
系统和设备硬件设计上要保证其有方便测试的特
性。它既支持 BIT，也支持外部测试,固有测试性
既有利于 BIT，也支持外部测试设备，是满足测
试性要求的基础。因此在测试性设计中，应尽早
进行固有测试性的分析与设计，避免返工和浪费。
固有测试性设计
? 总体设计
模块划分
功能和结构设计
元器件选择
固有测试性设计
? 通用设计准则
结构设计
功能划分
模拟电路设计
数字电路设计
传感器电路设计
光电电路设计
机内测试技术 --BIT
? BIT简介
? 常规 BIT技术
? 智能 BIT技术
BIT简介
? BIT的由来
传统的测试主要是利用外部的测试仪器（ ETE）
对被测设备进行测试,ATE是 ETE的自动化产
物。由于 ATE费用高、种类多、操作复杂、人
员培训困难，而且只能离线检测，随着复杂系
统维修性要求的提高，迫切需要复杂系统本身
具备检测、隔离故障的能力以缩短维修时间。
所以,BIT在测试研究当中占据了越来越重要
的地位，成为维修性、测试性领域的重要研究
内容。在测试性研究中,BIT技术应用范围越
来越广，正发挥着越来越重要的作用。
BIT简介
? BIT的定义
定义 1,BIT是指系统、设备内部提供的检
测、隔离故障的自动测试能力。
定义 2,BIT的含义是：系统主装备不用外
部测试设备就能完成对系统、分系
统或设备的功能检查、故障诊断与
隔离以及性能测试，它是联机检测
技术的新发展。
常规 BIT技术
? 通用 BIT技术
BIT通用设计性设计准则
BIT测试点的选择与配置
常规 BIT技术
? 数字 BIT技术
板内 ROM式 BIT
微处理器 BIT
微诊断法
内置逻辑块观察法
边界扫描 BIT
常规 BIT技术
? 板内 ROM式 BIT
板内只读存储器 (on— boardROM)实现的机
内测试是一种由硬件和固件实现的非并行
式 BIT技术。该技术包括：将存储在 ROM
中的测试模式施加到被测电路 CUT中，然
后将 CUT的响应与期望的正常响应 GMR对
比，据此给出测试, 通过 /不通过 (GO/
NOGO)”输出信号。
常规 BIT技术
? 微处理器 BIT
微处理器 BIT是使用功能故障模型来实现
的，该模型可以对微处理器进行全面有效
的测试。该方法可能会需要额外的测试程
序存储器。此外，由于被测电路的类型不
同，还可能需要使用外部测试模块。该外
部测试模块是一个由中央处理单元 CPU控
制的电路，用于控制和初始化位于微处理
器模块内的外围控制器件。
常规 BIT技术
? 微诊断法
微诊断法是一种在微代码级别上进行微程
序设计实现的诊断 BIT技术。与运行在
RAM或者 ROM中的应用软件级别的 BIT相
比，该 BIT不需要硬件增强途径，仅在微代
码级别执行就可以对硬件和软件进行测
试。
常规 BIT技术
? 内置逻辑块观察法
内置逻辑块观察器 (BILBO)是一个多功能电路，通过 2个
工作方式控制位可以实现 4种不同的功能配置：
● 锁存器
● 移位寄存器
● 多输入信号特征寄存器 (MISR)或者伪随机模式发生器
(PRPG)；
● 复位 BILBO。
作为测试复杂数字电路的有效方法，通过使用伪随机模
式发生器 PRPG和多输入信号特征寄存器 MISR,BILBO,
可以进行信号特征分析。
常规 BIT技术
? 边界扫描测试技术
边界扫描技术是一种扩展的 BIT技术。它在
测试时不需要其他的辅助电路，不仅可以
测试芯片或者 PCB的逻辑功能，还可以测
试 IC之间或者 PCB之间的连接是否存在故
障。边界扫描技术已经成为 VLSI芯片可测
性设计的主流,IEEE也已于 1990年确定了
有关的标准，即 IEEE1149,1。
边界扫描的原理框图
常规 BIT技术
? 模拟 BIT技术
比较器 BIT
在硬件设计中加入比较器，可以很容易地实现多
种不同功能的 BIT电路。在具体实现时，通常都
是将激励施加到被测电路 CUT上，然后将 CUT的
输出连同参考信号送人比较器中； CUT的输出与
参考信号进行比较之后，比较器输出通过／不通
过信号。在某些应用中,CUT的输出必须经过额
外的信号处理电路进行处理之后才能接到比较器
上。
常规 BIT技术
? 模拟 BIT技术
电压求和 BIT
电压求和是一种并行模拟 BIT技术。它使用
运算放大器将多个电压电平叠加起来，然
后将求和结果反馈到窗口比较器并与参考
信号相比较，再根据比较器的输出生成通
过／不通过信号。这种技术特别适用于监
测一组电源的供电电压。
智能 BIT技术
? 出现动因
常规 BIT技术在应用中存在着诸多问题，归
纳起来主要有以下两个方面
? 功能相对简单，诊断技术单一，诊断能
力差；
? 虚警率高；
智能 BIT技术
? 主要研究内容
BIT智能设计
BIT智能检测
BIT智能诊断
BIT智能决策
第四节 可测试性设计实例
? RAM测试设计
A/D,D/A测试
