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（ Fault Detection） --- 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 位臵
◆ 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-Speed Testing)
◆ 参数测试和逻辑测试
◆ 测试主输入 (Primary Input)
◆ 测试主输出 (Primary Output)
◆ 测试图形 /样式（ Test Pattern）
◆ 测试矢量（ Test Vectors
◆ 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 （ Stuck Faults ）
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 （ Bridge Faults ）
◆ 桥接故障,两根或多根信号线间的短接
x
1
x
2
x
3
x
3
x
2
x
1
x
1
x
1
x
2
x
2
x
3
x
3
电子测量原理
第 9页
3 故障模型
（ 2）桥接故障 （ Bridge Faults ）
F
x
1
.
.
.
x
s
x
s + 1
.
.
.
x
n
Y
p
1
p
s
x
1
x
s
.
.
.
Y
x
n
x
s + 1
.
.
.
（ 3）延迟故障 （ Delay Faults ）
◆ 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 （ Temporary Faults ）
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 (Sensitized Path)
（ 1）敏化通路法
A
B
x
1
x
2
x
3
a
b
c
d
e
f
g
y
C
a f y
0→1 0→1 0→1
1→0 1→0 1→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 (Backward Trace)
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。
x
1
x
2
x
3
a
b
c
d
e
f
g
y
x
2
,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
x
1
x
2
x
3
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 x 1
x
2
x
3
x
4
G
5
5
G
6
6
G
7
7
G
8
8
G
9
9
G
10
10
G
11
11
G
12
12
y
s-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
1
2
3
1 2 3
11
11
000
?
?
1
2
3
1 2 3
111
00
00
?
?
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
1
2
3
1 2 3
10
10
0 0 1
?
?
1
2
3
1 2 3
1 1 0
01
01
?
?
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
1
2
3
4
5
6
4
5
6
1 2 3 4 5 6
1 1 1
00
00
1 1 1
00
0
000
11
11
G
G
G
??
?
??
?
?
??
?
??
?
??
?
?
???
?
?
?
?
?
?
?
?
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 0 1
0
1
0
0
1
1
1
0
D
D
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
1
2
3
1 2 3
0
0
DD
DD
1
2
3
1 2 3
1
1
DD
DD
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
1
2
3
1 2 3
0
0
DD
DD
1
2
3
1 2 3
1
1
DD
DD
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
1
2
3
1
2
3
1 2 3
1 1 D
1 2 3
0 0 D
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
④ D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 （ D drive）
◆ Roth D交操作规则
D交 0 1
0
1
0
0
1
1
1
0
D D
φ ψ ψ
φ ψ ψ
λ
μ
μ
D
D
ψ
ψ
ψ
ψ
D
D
D D
λ
电子测量原理
第 26页
2 敏化通路法和 D算法
④ D交运算规则
◆ 对 Roth D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
④ D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
④ D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
⑥ D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 Roth D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,…,x n)，定义
),,,0,,,,()0(
),,,1,,,,()1(
),,,,,()(
),,,,,()(
1121
1121
21
21
niii
niii
nii
nii
xxxxxff
xxxxxff
xxxxfxf
xxxxfxf
??
??
??
??
??
??
?
?
?
?
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=(x 1,x2,…,xn)，用
符号 fi(α) 表示 xi=α(α∈{0,1}) 时 f(X)的值，则
( ) ( 1 ) ( 0 )i i i if X x f x f??
◆ 有一个组合逻辑系统,f(x)=f(x1,x2,…,xi,…,xn),
如果布尔表达式
( ) ( ) 1iiy f x f x? ? ?
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
()
( ) ( )ii
i
d f x
f x f x
dx
??
()
i
df x
dx
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
)(
0
1
i
i
i
i
dx
xdf
xT
dx
xdf
xT
()
( ) ( )
( 1 ) ( 0 )
ii
i
ii
d f x
f x f x
dx
ff
??
????????? ?? ?
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
),(
0
1
dh
Xhdf
hT
dh
Xhdf
hT
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
x
1
x
2
x
3
x
4
h
f
解,写出 f的逻辑表达式
)(
)(
43221
43221
43221
43243221
xxxhhxx
xxxxx
xxxxx
xxxxxxxxf
?????
??
????
??????
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
2
432432
1
4321
432
43221
)()(
)0(
)1(
x
xxxxxx
dx
df
xxxf
xxx
xxxxf
?
???
?
??
??
所以
侦查故障 x1:s-a-1和 x1:s-a-0的测试矢量集分别为
? ?
11
1
12
1
1
df
Tx
dx
xx
??
????
??
???? ? ? ?
01
1
12
1
1
df
Tx
dx
xx
??
????
??
???? ?
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
1 2 1 21
df x x x x
dh
? ? ? ?
检测故障 h,s-a-1的测试矢量为
? ?
? ?1
1)(
1
432
21432
1
??
?????
?
?
?
?
?
?
??
xxx
xxxxx
dh
df
hT
h: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、故障的侦
查和定位带来困难
时序电路中,t时刻的输出响应，既取决于 t时
刻的输入，又取决于在此以前的输入，甚至可能
与从初始状态一直到时刻 t的所有输入都有关系
时序电路的存贮作用往往使电路中一个单故障
相当于组合电路中的多故障，测试时序电路中
一个故障不再是单个简单的测试矢量，而需要
一定长度的输入矢量序列
电子测量原理
第 41页
11.1.3 时序电路测试方法简介
引言
◆ 时序时序电路的测试生成需特别考虑
既要处理逻辑相关性又要处理时序相关性
需要特别处理诸如时钟线、反馈线、状态
变量线等连线
需要建立全电路正确的时序关系
◆ 采用可测试设计和内建自测试技术可显著提高时序
电路测试效率
电子测量原理
第 42页
1 迭接阵列
◆ 用于建立时序电路的组合化模型
◆ 原理,将时序电路各时段上的函数关系 空间上的函
数关系 组合电路的 D算法等生成测试矢量
时序电路的一般模型
组 合 逻 辑 C ( t )
X(t)
Z(t)
Y(t)y(t)
存储器件S
时 钟 C P
电子测量原理
第 43页
1 迭接阵列
阵列单元模型
形成,把反馈线断开，把某时刻的电路展开成一个阵列
单元。阵列单元的输入是主输入 X(j)和现态 y(j)，输出
是主输出 Z（ j）和次态 y（ j+1），把 1,2,…, k各时
刻的阵列单元串接起来，就组成一个 迭接阵列模型。
C(j)
S
X(j)
Z(j)
Y(j) y(j+1)y(j)
缺点,对大型时序电路，计算量太大
电子测量原理
第 44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 45页
2 测试序列的产生
◆ 功能测试和功能核实法测试同步时序电路
◆ 功能核实法测试同步时序电路的过程
利用同步序列或引导序列，将可能处于任何状态
的时序机同步或引导到一个固定或已知的状态
利用核实序列（例如区分序列）核实状态转换功
能。根据被测电路的输出来识别其初态、末态以
及中间经过的诸状态，从而侦查出故障
既约同步时序电路,电路中任何两个状态均不等价
强联接时序电路,对时序机的任意两个状态，都
存在一个输入序列使其从一个状态转换到另一个
状态
电子测量原理
第 46页
2 测试序列的产生
（ 1） 同步序列
--将时序电路从任意状态转换到 同一个已知末态的序列
◆ 用同步树求同步序列的步骤
以系统的状态集合为树根, 根据不同输入激励
向下分支, 得到响应状态的集合, 并作如下处理：
相同的状态合并成一项
若新的状态集合与以前出现过的状态集合相同，则
停止向下分支，并对该状态集标记, ·”
若新的状态集仅含有一个元素，则停止操作，并
对该状态标记, 。,
其它情况则继续向下分支
电子测量原理
第 47页
2 测试序列的产生
◆ 求同步序列举例 0 1
A
B
B/0
A/1
C/1
D/0
B/1
A/0
输入
输出
C
C/0 A/1D
◆ 树根开始到标记, 。, 的输入序列为同步序列 Hs
◆ 一个时序电路，可能不存在同步序列，也可能存在
多个同步序列
(A B C D)
(A B C)
(ACD)
.
(AB)
(B) (AC)
0 1
0 1
10
(A C D)
(ABC)
.
(AD)
(BC) (A)
1
1
0
0
电子测量原理
第 48页
2 测试序列的产生
（ 2） 引导序列
---将时序电路从一个未知状态, 引导, 到某些已知
末态（可根据不同的响应序列来判定末态）的输入序
列◆ 用引导树求引导序列的步骤
从状态转换图（表）出发，将所有状态作为树根，次
态集和响应输出记录在相应的树枝下
按响应, 将次态集分割成次态子集, 输出相同的
次态在同一个子集中, 标出各子集的输出值
若每个次态子集中的元素均相同, 则停止向下分支,
标记为, *”, （ 若每个次态子集中仅包含一个元素,
则停止向下分支, 并标记为, 。, ）
其它情况，即至少有一个子集中含有不同的元素，
且该子集的集合以前没有出现过，则继续向下分支
电子测量原理
第 49页
2 测试序列的产生
◆ 求引导序列举例 A B
CD
0/0
1/0
0/1
0/0
1/1
1/1
1/0
0/0
电子测量原理
第 50页
2 测试序列的产生
引导树
（ A B C D ）
（ A A C ）, （ D ）
（ 0 0 0 ）, （ 1 ）
（ B B ）, （ D ）, （ B ）
（ 0 0 ）, （ 1 ）, （ 1 ）
*
1
（A A C ），（D ）
（0 0 0 ），（1 ）
0
（ B C ）, （ D B ）
（ 0 0 ）, （ 1 1 ）
(AC),(D),(A)
(00),(1),(0)
(C),(D),B),(C)
(0),(1),(1),(0)
(AC),(D),(A)
(00),(1),(0)
(B),(D),B),(B)
(0),(1),(1),(0)
0 1
1
0
0
1
.
.
引导序列,01,11,101
电子测量原理
第 51页
2 测试序列的产生
（ 3） 区分序列
---能够根据不同的响应序列来区分被测电路的初态和
末态的输入序列
◆ 求区分序列的过程和求引导序列基本相同
◆ 一种特殊的引导序列
电子测量原理
第 52页
2 测试序列的产生
区分序列的求法
（ A B C D ）
（ A A C ）, （ D ）
（ 0 0 0 ）, （ 1 ）
（ B B ）, （ D ）, （ B ）
（ 0 0 ）, （ 1 ）, （ 1 ）
*
1
（A A C ），（D ）
（0 0 0 ），（1 ）
0
（ B C ）, （ D B ）
（ 0 0 ）, （ 1 1 ）
(AC),(D),(A)
(00),(1),(0)
(C),(D),B),(C)
(0),(1),(1),(0)
(AC),(D),(A)
(00),(1),(0)
(B),(D),B),(B)
(0),(1),(1),(0)
0 1
1
0
0
1
.
.
区分序列,11,101
电子测量原理
第 53页
11.1数字系统测试的基本原理
11.1.4 随机测试和穷举测试简介
?1 随机测试技术
2 穷举测试技术
电子测量原理
第 54页
1 随机测试技术
（ 1）原理概述
确定为达到给定的故障覆盖所要求的测试长度
对所给定的测试长度，估计出能得到的故障覆盖
◆ 随机测试技术 ---一种非确定性的故障诊断技术，
它是以随机的输入矢量作为激励，把实测的响应输
出信号与由逻辑仿真的方法计算得到的正常电路输
出相比较，以确定被测电路是否有故障。
◆ 伪随机测试 ---借助伪随机序列进行随机测试的
方法
◆ 关键问题
电子测量原理
第 55页
1 随机测试技术
（ 1）原理概述
◆ 随机测试和伪随机测试的优缺点
优点,测试生成简单
缺点,一般难以保证 100%的故障覆盖率，测
试序列通常较长，测试的时间开销较大
电子测量原理
第 56页
1 随机测试技术
（ 2）伪随机序列发生器
◆ 常见的伪随机序列 ----m序列
◆ 产生 m序列的两种电路 ---线性反馈移位寄存器和细
胞自动机
① 线性反馈移位寄存器 （ LFSR）
D
1
h
1
h
2
+ +
...
h
n - 2
+
D
2
D
n - 1
D
n
h
n - 1
+
x
0
x
1
x
2 x n - 2
x
n - 1
x
n
输出位流
hi=1,表示接通反馈线； hi=0,表示断开反馈线
电子测量原理
第 57页
1 随机测试技术
① 线性反馈移位寄存器 （ LFSR）
反馈系数 hi在二元域上定义的多项式
h(x)= xn+h1xn－ 1+…+hn-1x+1
称为该线性反馈移位寄存器的 特征多项式
◆ 既约多项式
◆ 本原多项式 f(x)---为 一既约多项式，且能整除多项
式
21 1nx ? ?
而不能整除任何幂次低于 2n－ 1的任何
多项式
◆ 以 n次本原多项式为特征多项式的 LFSR可产生周期
为 2n－ 1的伪随机序列 ---m序列
电子测量原理
第 58页
1 随机测试技术
② 细胞自动机 （ CelluarAutomata,简称 CA）
◆ CA---若干细胞组成的阵列
◆ CA细胞的结构 ---存储元件 +组合逻辑块
Function f
Memory
x
i
( t )
x
i
( t )
x
i
(t + 1)
x
i + 1 ( t )x
i -1
( t )
CA细胞结构
电子测量原理
第 59页
1 随机测试技术
② 细胞自动机
◆ 冯 ·诺依曼邻（ 3-邻） ---某细胞的邻仅为最靠近该细
胞的左和右两细胞
◆ 零边界条件 ---CA阵列中最左边的细胞的左邻和最
右边细胞的右邻状态设臵为恒 ‘ 0’
Cell 0 Cell 1 Cell n...
‘ 0 ’‘ 0 ’
零边界条件一维 CA
电子测量原理
第 60页
1 随机测试技术
② 细胞自动机
◆ 在 3-邻下，第 i个细胞的次态 xi(t+1)由第 i个细胞的
现态 xi(t)和它的左邻和右邻的现态 xi-1(t),xi+1(t)共
同决定
11( 1 ) ( ( ),( ),( ) )i i i if t f x t x t x t????
3-邻下任一细胞的次态由含它本身的 3个细胞共同
决定，三个细胞的现态对应从（ 000）至（ 111）共 8种
取值，细胞 Ci在 8种取值下的次态由该细胞的组合逻辑
块对应的组合函数决定，将每种组合函数对应一种规
则,3邻下每一细胞可有 28=256种规则
电子测量原理
第 61页
1 随机测试技术
② 细胞自动机
◆ 规则的命名（以规则 90和 150为例）
7 6
规则 90
111
1
1
0
0
101
4
110 100 011
0 1 1
16128 64 32
1
8
5 3
规则 150 0 0
0
010
1
001 000
1 0
24
1
1
2 0
1 0
◆ 规则 90和规则 150的状态转换
11
11
( 1 ) ( ) ( )
( 1 ) ( ) ( ) ( )
i i i
i i i i
x t x t x t
x t x t x t x t
??
??
? ? ?
? ? ? ?
规则 90
规则 150
电子测量原理
第 62页
1 随机测试技术
② 细胞自动机
◆ 规则 90/150一维线性混合型 CA（ 90/150 1-D LHCA）
可产生 m序列
D
Q
D
Q
D
Q
D
Q
D
Q
0 0
左至右 5个细胞分别使用规则 150,150,150,150和 90，
产生周期为 31的 m序列
电子测量原理
第 63页
11.1数字系统测试的基本原理
11.1.4 随机测试和穷举测试简介
1 随机测试技术
? 2 穷举测试技术
电子测量原理
第 64页
2 穷举测试技术
◆ 定义 ---一个组合电路全部输入值的集合，构成了该
电路的一个完备测试集。对 n输入的被测电路，用 2n个
不同的测试矢量去测试该电路的方法叫 穷举测试方法
◆ 穷举测试方法的优点
对非冗余组合电路中的故障提供 100%的覆盖率
测试生成简单
◆ 穷举测试方法的缺点 --对多输入电路，测试时间过长
◆ 穷举测试法一般用于主输入不超过 20的逻辑电路
① 穷举测试技术
电子测量原理
第 65页
2 穷举测试技术
② 伪穷举测试技术
◆ 伪穷举测试的基本原理 ---设法将电路分成若干子电
路，再对每一个子电路进行穷举测试，使所需的测
试矢量数 N大幅度减少，即 N<<2n（ n为电路主输入）
◆ 如何对电路进行分块以尽可能减少测试矢量数目
是伪穷举测试的基本问题之一
电子测量原理
第 66页
2 穷举测试技术
◆ 伪穷举测试的举例
x
1
x
2
x
3
x
4
a
b
G
1
G
2
G
3
y
x
3
x
4
G
2
b
x
1
x
2
a
b
G
1
G
3
y
伪输入
电子测量原理
第 67页
12.1数字系统测试的基本原理
11.1.5 数据域测试系统
? 1 系统组成
2 数字信号激励源
电子测量原理
第 68页
1 系统组成
数字信号源 被测数字系统
逻辑分析
特征分析
时序参数测试
◆ 数据域测试系统的组成
电子测量原理
第 69页
1 系统组成
（ 1）数字信号源
◆ 作用和功能
为数字系统的功能测试和参数测试提供输入激励信号
产生图形宽度可编程的并行和串行数据图形
产生输出电平和数据速率可编程的任意波形
产生可由选通信号和时钟信号控制的预先规定的数
据流
电子测量原理
第 70页
1 系统组成
（ 2）特征分析
◆ 采用特征分析技术的必要性
对各节点逐一地测试与分析使测试成本巨增
受封装的限制，从多节点观察测试响应受到限制
内测试的需要
◆ 特征分析技术 ---从被测电路的测试响应中提取出,特
征”（ Signature）,通过对无故障特征和实际特征的比
较进行故障的侦查和定位
电子测量原理
第 71页
1 系统组成
（ 2）特征分析
◆ 由 LFSR构成的单输入特征分析器
D
1
h
1
h
2
+ +
...
h
n - 1
+
D
2
D
n - 1
D
n
Q
h
n
+
M
+
x 0 x 1 x 2 x n - 2 x n - 1 x n
输入 输出
若 hi=0 表示连线断开, 若 hi=1,表示连线接通
电子测量原理
第 72页
1 系统组成
（ 2）特征分析
◆ 特征分析技术具有很高的检错率
当测试序列足够长时，特征分析的故障侦出率不低于
m2
11 ?
,m为用作特征分析的 LFSR的长度。当 m=16
时，故障侦出率高达 99.998%
◆ 由 LFSR构成的多输入特征分析器 (MISR)
D Q
h
1
h
2
h
n - 1
...
D Q
h
n
D Q
被测电路主输出
电子测量原理
第 73页
1 系统组成
（ 2）特征分析
◆ 基于特征分析的数字系统故障诊断原理
测试激励 被测电路
输入
特征
特 征 - 故 障 字 典
响应
比
较
被测电路的无故障特征或某种故障下的特征可通过
电路的逻辑模拟或故障模拟获得 。 通过事前的模拟建
立好特征 -故障字典, 便可用于故障诊断 。
电子测量原理
第 74页
1 系统组成
（ 3）逻辑分析
◆ 逻辑分析用于测试和分析多个信号之间的逻辑关系
及时间关系
◆ 逻辑分析仪的特点
通道数多
存储容量大
可以多通道信号逻辑组合触发
数据处理显示功能强
电子测量原理
第 75页
11.1数字系统测试的基本原理
11.1.5 数据域测试系统
1 系统组成
? 2 数字信号源
电子测量原理
第 76页
2 数字信号源
（ 1） 数字信号源的结构
存储器
多路
器
格式
化器
多路
器
格式
化器
输出
放大器
通道0
通道K
存储器
n
n
1
1
m
m
分离电路
分配器
序列
寄存
器
分频器
外部时钟
起 / 停
内部时钟和
起 / 停 产 生
地
址
计
数
器
...
.
.
.
.
.
.
.
.
.
输出
放大器
.
.
.
.
.
.
电子测量原理
第 77页
2 数字信号源
（ 2） 数据的产生
◆ 序列存储器在初始化期间写入了每个通道的数据，
数据存储器的地址由地址计数器提供。在测试过程中，
在每一个作用时钟沿上，计数器将地址加 1
◆ 多路器可将多个并行输入位转换成串行数据流。对
于低速的数字信号源，多路器可以不要，从数据的每
个数输出可直接产生一个串行数据流
◆ 格式化器将数据流与时钟同步
◆ 格式化器的输出直接驱动输出放大器，放大器的输
出电平可编程
电子测量原理
第 78页
11.2 逻辑分析仪
主要内容,
? 逻辑分析仪的特点与分类
? 逻辑分析仪的基本组成原理
? 逻辑分析仪的触发方式
? 逻辑分析仪的显示方式
? 逻辑分析仪的主要技术指标与发展趋势
? 逻辑分析仪的应用
电子测量原理
第 79页
11.2.1 逻辑分析仪的特点与分类
1,逻辑分析仪的特点,
? 输入通道多
? 数据捕获能力强,具有多种灵活的触发方式
? 具有较大的存储深度,可以观察单次或非周期信号
? 显示方式丰富
? 能够检测毛刺
电子测量原理
第 80页
2,逻辑分析仪的分类,
? 按工作特点分类,
(1) 逻辑状态分析仪
(2) 逻辑定时分析仪
? 按结构特点分类,
(1) 台式逻辑分析仪
(2) 便携式逻辑分析仪
(3) 外接式逻辑分析仪
(4) 卡式逻辑分析仪
电子测量原理
第 81页
台式逻辑分析仪
TLA 612
电子测量原理
第 82页
便携式逻辑分析仪
电子测量原理
第 83页
卡式逻辑分析仪
电子测量原理
第 84页
外接式逻辑分析仪
Agilent E9340A
电子测量原理
第 85页
11.2.2 逻辑分析仪的组成原理
? 逻辑分析仪的组成结构如图 11-1所示, 它主要包括数据
捕获和数据显示两大部分 。
信号
输入信号
外时钟
采样
数据
存储
时钟
选择内时钟
触发
产生
显示
控制 CRT
数据捕获 数据显示
逻辑分析仪原理结构
门限电平设定
电子测量原理
第 86页
11.2.3 逻辑分析仪的触发方式
? 数据流：逻辑分析仪对被测信号连续采样获得的
一系列数据。
通道 1
通道 8
100….1 100….1 000….1 000….0 采样时钟000….0 000….0 100….0 100
….1
100
….0
100
….0 采样数据
数据流
电子测量原理
第 87页
? 触发的含义：由一个事件来控制数据获取, 即选择观察
窗口的位臵 。
? 跟踪：采集并显示数据的一次过程称为一次跟踪
触发字
数
据
流
数据窗口
跟踪开始
观察窗口宽度：
逻辑分析仪存储深度
电子测量原理
第 88页
1,组合触发
? 组合触发：多通道信号的组合作为触发条件，即
数据字触发。
每个通道的触发条件可为：, 1,
,0,
,x,
如,8个通道的组合触发条件设为：, 011010X1”
则：该 8个通道中出现数据：
01101001 或 01101011 时均触发
电子测量原理
第 89页
基本的 触发跟踪方式：
? 触发起始跟踪
? 触发终止跟踪
触发字
数
据
流
数据窗口
跟踪开始
触发起始跟踪
触发字
数
据
流
数据窗口
跟踪结束
触发终止跟踪
电子测量原理
第 90页
2,延迟触发
? 在数据流中搜索到触发字时，并不立即跟踪，而
是延迟一定数量的数据后才开始或停止存储数据，
它可以改变触发字与数据窗口的相对位臵。
触发字
数
据
流
数据窗口
跟踪开始
延迟数
跟踪结束
数
据
流
数据窗口
触发字
延迟数
(a) 触发开始跟踪加延迟 (b) 触发终止跟踪加延迟
电子测量原理
第 91页
3,序列触发
? 多个触发字的序列作为触发条件, 当数据流中按
顺序出现各个触发字时才触发 。
导引条件
使能
第二级触发
第二级触发
字无效
第二级触发
字有效
第一级触发
B(导引条件 )
子程序
C(触发条件 )
主程序
两级序列触发工作原理
电子测量原理
第 92页
4,手动触发（随机触发）
? 无条件的人工强制触发，因此观察窗口在数据流
中的位臵是随机的。
5,限定触发
与门限定条件
触发
识别数据流
触发信号
限定条件触发产生原理
电子测量原理
第 93页
11.2.4 逻辑分析仪的显示方式
? 每个通道的信号用一个伪方波显示，多个通道同时显示。
1,波形显示
电子测量原理
第 94页
2,数据列表显示
? 将每个通道采集到的值组合成数据，按采样顺序显示。
电子测量原理
第 95页
3,反汇编显示
地址（ HEX） 数据（ HEX） 操作码 操作数
2000
2003
2005
2006
.
.
.
214220
0604
97
23
.
.
.
LD
LD
SUB
INC
.
.
.
HL,2042
B,04
A
HL
.
.
.
? 将数据流按照被测 CPU指令系统反汇编后显示。
电子测量原理
第 96页
4,图解显示
? 将屏幕 X,Y方向分别作为时间轴和数据轴进行显示的一
种方式 。 它将要显示的数据通过 D/A转换器变为模拟量,
按照存储器中取出数据的先后顺序将转换所得的模拟量
显示在屏幕上, 形成一个图像的点阵 。
（ A） BCD数据序列的图解显示
0
5
10
（ B） 程序执行的图解显示
2000H
20FFH
主程序
子程序
循环程序
图解显示
电子测量原理
第 97页
11.2.5 逻辑分析仪的技术指标
及发展趋势
1,主要技术指标
① 定时分析最大速率 。
② 状态分析最大速率 。
③ 通道数 。
④ 存储深度 。
⑤ 触发方式 。
⑥ 输入信号最小幅度 。
⑦ 输入门限变化范围 。
⑧ 毛刺捕捉能力 。
电子测量原理
第 98页
2,发展趋势
? 分析速率、通道数、存储深度等技术指标也在不
断提高
? 功能不断加强。
? 与时域测试仪器示波器的结合,提高混合信号
分析能力
? 向逻辑分析系统（ Logic Analyze System）方向
发展。
电子测量原理
第 99页
11.2.6 逻辑分析仪的应用
1,硬件测试及故障诊断
激励信号 被测电路
逻辑分析仪
例,ROM的指标测试
数据发生器 ROM 逻辑分析仪
频率计
地址 数据
外时钟
ROM 指标参数测试
电子测量原理
第 100页
例：毛刺信号的测试
分频
电路
74LS138A
BC
G /G2A/G2B
逻辑
分析仪
（ a） 译码电路的测试 （ b） 译码电路输出定时图
逻辑定时分析仪测试译码电路及其毛刺
/Y0/Y
1/Y
2/Y
3/Y
4/Y
5/Y
6/Y
7
电子测量原理
第 101页
2,软件测试与分析
? 逻辑分析仪也可用于软件的跟踪调试，发现软硬件故障，
而且通过对软件各模块的监测与效率分析还有助与软件
的改进。
例：分支程序的跟踪
03CF 042D
03F2
通路 A 通路 B
分支程序的跟踪测试
通路 B
触发条件 （ 03F2）
通路 A
导引条件 （ 042D）
电子测量原理
第 102页
11.3 可测性设计
? 11.3.1 概述
11.3.2 扫描设计技术
11.3.3 内建自测试技术
11.3.4 边界扫描测试技术
电子测量原理
第 103页
11.3.1 概述
◆ 可测性设计出现的背景
◆ 传统的系统设计方法的缺陷
◆ 可测性设计 ---在系统的设计阶段就同时考虑测试的需
求，以提高系统的 可测试性
◆ 可测性的量化 ----可测性测度
可控性 （ Controllability） ---对电路中各节点的
逻辑值控制难易程度的度量
可观性 (Observability)---对故障信号进行观察
或测量难易程度的度量
电子测量原理
第 104页
11.3.1 概述
◆ 可测性设计考虑的主要问题
什么样的结构容易作故障诊断
什么样的系统，测试时所用的测试矢量既数量
少，产生起来又较方便
测试点和激励点设臵在什么地方，设臵多少，
才能使测试比较方便而开销又比较少
◆ 结构可测性设计 ---从可测性的观点对电路的结构提
出一定的规则，依据可测性设计的一般规则和基本模
式来进行电路的功能设计，使得设计的电路容易测试
电子测量原理
第 105页
11.3 可测性设计
11.3.2 扫描设计技术
? 1 扫描通路法
2 电平灵敏扫描设计
电子测量原理
第 106页
1 扫描通路法
◆ 基本原理 ---将一个集成电路内所有状态存储器件串
接起来，组成一个 移位寄存器,使得从外部能容易地
控制并直接观察这些状态存储器件中的内容
◆ 同步时序电路的一般模型
{
Y
1
Y
2
Y
n-1
Y
n
状态存储器件
系统时钟
PO
N
PI
y
.
.
.
N---组合电路
Yi---状态存贮器件
◆ 对状态存储器
件的控制和观测
只能通过组合电
路间接进行，使
测试问题复杂
电子测量原理
第 107页
1 扫描通路法
◆ 扫描通路设计要保证各个时序元件可以同组合电路
完全隔离开来，以便时序元件的状态可随意设臵，同
时保证时序元件的输入可观察
Y
1
Y
2
Y
n - 1
Y
n
扫描
输出
...
...N
PI
{
PO
y
扫描选择
扫描输入
系统时钟
隔离开关 （添加）
（添加）
电子测量原理
第 108页
11.3 可测性设计
11.3.2 扫描设计技术
1 扫描通路法
? 2 电平灵敏扫描设计
电子测量原理
第 109页
2 电平灵敏扫描设计
◆ 电平灵敏的概念 ---
一个逻辑系统，如果其 稳定状态对任何输入状态
改变的响应与系统中电路的延迟无关,并且，如果有
两个以上输入改变,输出响应与输入改变的先后顺序
也无关，系统的稳定状态只取决于各输入变化的最终
稳定电平,则称这样的逻辑系统为 电平灵敏 的
◆ 电平灵敏设计的 目的 ---保证电路中器件的延迟、上
升和下降时间等参量对电路工作无影响
◆ 电平灵敏设计的 实现 ---时序逻辑中的基本存贮元件
必须是电平灵敏的
电子测量原理
第 110页
2 电平灵敏扫描设计
◆ 电平灵敏设计的关键元件 ---串行移位寄存器
D
CLK
SD
A
B
锁存器
L
1
锁存器
L
2
系统输出
扫描输出
L
2
L
1
系统数据
系统时钟
扫描数据
扫描时钟
扫描时钟
L1,功能操作的状态存储器件
电子测量原理
第 111页
2 电平灵敏扫描设计
◆ 串行移位寄存器的功能操作
D
CLK=1
SD
A=0
B=0
锁存器
L
1
锁存器
L
2
系统输出
扫描输出
L
2
L
1
系统数据
系统时钟
扫描数据
扫描时钟
扫描时钟
系统功能操作 时，扫描时钟 A和 B臵于低电平。系统时
钟 CLK=1时，数据 D进入锁存器 L1。当 CLK=0时,L1锁
存该数据
电子测量原理
第 112页
2 电平灵敏扫描设计
◆ 串行移位寄存器的扫描方式
D
CLK=0
SD
A=1
B
锁存器
L
1
锁存器
L
2
系统输出
扫描输出
L
2
L
1
系统数据
系统时钟
扫描数据
扫描时钟
扫描时钟
扫描方式, 臵扫描时钟 A=1,CLK=0，扫描数据（ SD）
进入 L1，当 A返回,0”时,SD数据锁存于 L1。然后臵扫
描时钟 B=1，使 L1锁存的数据进入 L2，当 B返回,0”时，
该数据锁存于 L2。不允许 A和 B同时为 1
电子测量原理
第 113页
11.3 可测性设计
11.3.3 内建自测试技术
? 1 概述
2 每扫描一次测试的 BIST
3 每时钟一次测试的 BIST
4 内建逻辑块观察及在自测试中的应用
电子测量原理
第 114页
1 概述
◆ 内建 自测试 (BIST)的基本原理
---将测试作为系统的一个功能，做在系统中，使系统
具有自己测试自己的能力。 BIST通过将测试激励和对
测试响应的分析集成在被测系统或芯片中实现
◆ BIST用于 功能性测试
BIST中通常使用特征分析技术。测试结束后，
通过比较被测电路的实际特征和无故障电路特征，
以决定被测电路是否存在故障
◆ 基于 扫描 的 BIST---解决时序电路的内建自测试
电子测量原理
第 115页
11.3 可测性设计
11.3.3 内建自测试技术
1 概述
? 2 每扫描一次测试的 BIST
3 每时钟一次测试的 BIST
4 内建逻辑块观察及在自测试中的应用
电子测量原理
第 116页
2 每扫描一次测试的 BIST
◆ 每扫描一次测试 的 BIST---测试生成器提供的测试
样式只有填满所有扫描寄存器才能向被测电路加载
◆ 结构（单扫描链型）
测试激励生成器 扫描通路（链）
被测电路
特征分析寄存器
位计数器
样式计数器
B I S T 控 制 单 元
样式计数器 -计数测试样式的个数以控制测试时间
位计数器 ----生成一个完整测试样式过程中计数移
入扫描链的位数
电子测量原理
第 117页
2 每扫描一次测试的 BIST
◆ 结构（多扫描链型 --STUMP结构）
...
...
...
SI
1
SI
2
SI
n
SO
1
SO
2
SO
n
多输入特征寄存器 （ M I S R ）
并行伪随机序列发生器（L F S R,C A ）
电子测量原理
第 118页
11.3 可测性设计
11.3.3 内建自测试技术
1 概述
2 每扫描一次测试的 BIST
? 3 每时钟一次测试的 BIST
4 内建逻辑块观察及在自测试中的应用
电子测量原理
第 119页
3 每时钟一次测试的 BIST
◆ 原理 ---每个时钟周期完成一次测试矢量的施加和响应
的捕获。被测电路的所有输出和观测点并行和 MISR相
连，每个时钟周期皆有测试响应送入 MISR分析
测试激励生成器
被测电路
多输入特征寄存器
.,,
.,,
电子测量原理
第 120页
11.3 可测性设计
11.3.3 内建自测试技术
1 概述
2 每扫描一次测试的 BIST
3 每时钟一次测试的 BIST
? 4 内建逻辑块观察及在自测试中的应用
电子测量原理
第 121页
4 内建逻辑块观察及在自测试中的应用
◆ 内建逻辑块观察 (BILBO） ---一种多功能通用电路。
既可作一般的寄存器，又可作为线性反馈移位寄存器和
多输入特征分析器，并具有扫描通路，从而实现内测试
CLK
MUX
SDI
C
1
C
2
Z
1
Z
2
Z
3
Z
4
Q
1
Q
2
Q
3
Q
4
SO
电子测量原理
第 122页
4 内建逻辑块观察及在自测试中的应用
◆ BIBLO的四种工作方式
（ 1）复位方式（ C1=0,C2=1）
CLK
'0'
Q
1
Q
2
Q
3
Q
4
'0' '0' '0'
D触发器的输入都为, 0”，与 Zi和 Qi的状态无关，
复位方式将使该模块的所有触发器复位
电子测量原理
第 123页
4 内建逻辑块观察及在自测试中的应用
◆ BIBLO的四种工作方式
（ 2）正常工作方式（ C1=C2=1）
Di=Zi，该模块的各触发器状态取决于外界输入信
号，它们均可作独立的锁存器使用，可分别写入或读
出信息
CLK
Q
1
Q
2
Q
3
Q
4
Z
1
Z
2
Z
3
Z
4
电子测量原理
第 124页
4 内建逻辑块观察及在自测试中的应用
◆ BIBLO的四种工作方式
（ 3）扫描测试方式（ C1=C2=0）
多路器接通 SDI。该模块以移位寄存器方式工作，
SDI为外界输入的串行数据,SDO为串行移位数据输出
CLK
SDI SD0
电子测量原理
第 125页
4 内建逻辑块观察及在自测试中的应用
（ 4） LFSR工作方式 （ C1=1,C2=0）
BILBO连接成反馈移位寄存器，可产生伪随机序
列（ Q1,Q2,Q3,Q4的初始状态不全为, 0”）或进行特
征分析。 BILBO既可并行输入（数据可从所有或都分 Z
端输入），又可串行输入（采样数据从 Z1输入，而 Z2、
Z3和 Z4端保持, 0”
CLK
Z
1
Z
2
Z
3
Z
4
电子测量原理
第 126页
4 内建逻辑块观察及在自测试中的应用
◆ BILBO的使用
BILBO-1 电路1 BILBO-2 电路2
S
o u t
S
o u t
S
in
S
in
当测试被测电路 1时,BILBO-1作为伪随机数发生器，
为电路 1提供测试激励，响应输出送到作为特征分析器
的 BILBO-2。测试完毕后，将 BILBO-2臵为串行扫描方式，
将其中存放的特征串行地从扫描输出端送出，并与正确
特征比较
电子测量原理
第 127页
4 内建逻辑块观察及在自测试中的应用
◆ BILBO的使用
BILBO-1 电路1 BILBO-2 电路2
S
o u t
S
o u t
S
in
S
in
用 BILBO-2作伪随机数发生器,BILBO-1作特征分
析器，可测试电路 2。系统正常工作时,BILBO用作触发
器或移位寄存器，与电路 1和电路 2共同完成系统的功能
操作
电子测量原理
第 128页
11.3 可测性设计
11.3.4 边界扫描测试技术
? 1 原理
2 边界扫描测试标准
电子测量原理
第 129页
1 原理
◆ 边界扫描测试的基本思想
在靠近器件的每一输入 /输出（ I/O）引脚处增加
一个移位寄存器单元。在测试期间，这些寄存器单元
用于控制输入引脚的状态（高或低），并读出输出引
脚的状态。在功能性操作期间，这些附加的移位寄存
器单元是, 透明的,,不影响电路的正常工作
◆ 功能 ---不仅可以测试 IC之间或 PCB之间的连接是否正
确，还可测试芯片或 PCB的逻辑功能
电子测量原理
第 130页
1 原理
◆ 移位寄存器组成边界扫描通路
▍
▍
▍
▍
▍
▍
▍
▍
▍
▍
核
心
逻
辑
▍
▍
▍
▍
▍
▍
▍
▍
▍
▍
核
心
逻
辑
▍
▍
▍
▍
▍
▍
▍
▍
▍
▍
核
心
逻
辑
边界扫
描单元
IC1 IC2
IC3
测试数据
输 出 T D O
测 试 数 据 输 入 T D I
电子测量原理
第 131页
11.3 可测性设计
11.3.4 边界扫描测试技术
1 原理
? 2 边界扫描测试标准
电子测量原理
第 132页
2 边界扫描测试标准
◆ 边界扫描测试的硬件和指令
硬件
测试存取通道（ TAP）
TAP控制器
指令寄存器（ IR）
测试数据寄存器组（ TDR）
边界扫描寄存器
（ BSR）
旁路寄存器（ BR）
器件标志寄存器
（ IDR）
专用的寄存器
电子测量原理
第 133页
2 边界扫描测试标准
◆ 边界扫描测试的硬件和指令
指令
专用指令
公用指令
非必有指令
必有指令
旁路 (Bypass) 指令
采样 /预装载指令
外测试（ EXTEST）
内测试（ INTEST）
运行 BIST指令
取器件标志指令
用户代码指令
组件指令
输出高阻指令
电子测量原理
第 134页
2 边界扫描测试标准
◆ 边界扫描设计的基本结构
T
A
P
T
A
P
控
制
器
特别设计的
测试数据寄存
器
器件标志寄存器
边缘扫描寄存器
旁路寄存器
多路器
G
1
测试数据寄存器
指令译码
指 令 寄 存 器 I R
G
2
多路器
0
1
1D
C1 EN
特定的设计数据
使能
T C K
*
时钟数据寄存
移位数据寄存
更新数据寄存
时钟数据寄存
移位数据寄存
更新数据寄存
复位
选择
TDO
TDI
测试数据输出
测试数据输入
测试方式选择（T M S ）
测 试 时 钟 （ T C K ）
测试复位（ T R S T * ）
电子测量原理
第 135页
2 边界扫描测试标准
（ 1）测试存取端口 （ TAP）
◆ 功能 --为元件内的测试功能提供存取通道的通用端口
◆ 组成
① 测试时钟输入 TCK---为测试逻辑提供时钟信号
② 测试模式选择输入 TMS---经 TAP控制器译码用来控
制测试操作
③ 测试数据输入 TDI---用于向测试逻辑提供串行测
试指令和测试数据,TDI端的数据是进入指令寄存
器还是进入测试数据寄存器，取决于 TAP控制器的状
态。 TDI的信号在 TCK的上升沿被取样和输入
电子测量原理
第 136页
2 边界扫描测试标准
（ 1）测试存取端口 （ TAP）
◆ 组成
④ 测试数据输出 TDO---是测试指令和测试数据的串
行输出端。 TAP控制器的状态决定了是将指令寄存器
还是数据寄存器里的数据串行地移出到 TDO端。 TDO
数据状态的改变必须且只能发生在 TCK信号的下降沿
标准还提供了一个可选用的, 测试复位输入
TRST*”，它为 TAP控制器提供了异步初始化功能，
使测试系统强制复位
电子测量原理
第 137页
2 边界扫描测试标准
（ 2） TAP控制器
选择数据寄存扫描
捕获数据寄存
移位数据寄存
退 出 1 （ 数 据 寄 存 ）
暂停数据寄存
更新数据寄存
退 出 2 （ 数 据 寄 存 ）
选择数据寄存扫描
捕获指令寄存
移位指令寄存
退 出 1 （ 指 令 寄 存 ）
暂停指令寄存
更新指令寄存
退 出 2 （ 指 令 寄 存 ）
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
运行测试空闲
测试逻辑复位
0
1
1 1 1
1
11
1
1
1
1
1
0 0
0
0
1
0
1
1
T
A
P
控
制
器
状
态
转
换
图
电子测量原理
第 138页
2 边界扫描测试标准
（ 2） TAP控制器
① 测试逻辑复位（ Test Logic Reset）
G
1
多路器1
0
1
G
1
多路器2
0
1
1D 1D
C1 C1
TDI （ T C K ） 更 新 （ U p d a t e ）
移 位 / 装 载 TDO 测 试 / 常 规
系统
数据
Mode Mode
系统数据
电子测量原理
第 139页
2 边界扫描测试标准
（ 2） TAP控制器
② 运行测试 /空闲 (Run Test/Idle)
③ 捕获数据寄存 (Capture-DR)
G
1
多路器1
0
1
G
1
多路器2
0
1
1D 1D
C1 C1
TDI （ T C K ） 更 新 （ U p d a t e ）
移 位 / 装 载 TDO 测 试 / 常 规
系统
数据
Mode Mode
系统数据
电子测量原理
第 140页
2 边界扫描测试标准
（ 2） TAP控制器
④ 移位数据寄存 (Shift-DR)
G
1
多路器1
0
1
G
1
多路器2
0
1
1D 1D
C1 C1
TDI （ T C K ） 更 新 （ U p d a t e ）
移 位 / 装 载 TDO 测 试 / 常 规
系统
数据
Mode Mode
系统数据
电子测量原理
第 141页
2 边界扫描测试标准
（ 2） TAP控制器
⑤ 更新数据寄存 (Update-DR)
G
1
多路器1
0
1
G
1
多路器2
0
1
1D 1D
C1 C1
TDI （ T C K ） 更 新 （ U p d a t e ）
移 位 / 装 载 TDO 测 试 / 常 规
系统
数据
Mode Mode
系统数据
电子测量原理
第 142页
2 边界扫描测试标准
（ 2） TAP控制器
⑥ 捕获指令寄存 (Capture-IR)
G
1
多路器1
0
1
1D
C1
&
C1
1D
R
移位指令寄存
数据
来自上一单元
时钟指令寄存
更新指令寄存
测试复位（ T R S T * ）
复位（ R e s e t * ）
去下一单元
指令位
（ b i t ）
电子测量原理
第 143页
2 边界扫描测试标准
（ 2） TAP控制器
⑦ 移位指令寄存（ Shift-IR）
G
1
多路器1
0
1
1D
C1
&
C1
1D
R
移位指令寄存
数据
来自上一单元
时钟指令寄存
更新指令寄存
测试复位（ T R S T * ）
复位（ R e s e t * ）
去下一单元
指令位
（ b i
t）
电子测量原理
第 144页
2 边界扫描测试标准
（ 2） TAP控制器
⑧ 更新指令寄存 (Update-IR)
G
1
多路器1
0
1
1D
C1
&
C1
1D
R
移位指令寄存
数据
来自上一单元
时钟指令寄存
更新指令寄存
测试复位（ T R S T * ）
复位（ R e s e t * ）
去下一单元
指令位
（ b i t ）
电子测量原理
第 145页
2 边界扫描测试标准
（ 3）指令寄存 器 输出锁存器
移位寄存存器
更新指令寄存 测试复位
指令
0 1
TDO
LSB
专门设计的数据
捕获指令寄存
移位指令寄存
时钟
TDI
电子测量原理
第 146页
2 边界扫描测试标准
（ 4）测试数据寄存 器
测试数组寄存器组
旁路寄存器 Bypass Register（必备）
边界扫描寄存器（ Boundary Scan Register）
（必备）
器件标志寄存器 (Device ID)（非必备）
专门设计的测试数据寄存器 （非必备）
电子测量原理
第 147页
2 边界扫描测试标准
（ 4）测试数据寄存 器
① 旁路寄存器
◆ 作用
---将当前没有测试的 IC的扫描链段短路起来，为在 TDI
和 TDO间的测试数据的移动提供了最短长度的串行通路
◆ 结构
& 1D
C1
至 T D O
来 自 T D I
Shift DR
Clock DR
电子测量原理
第 148页
2 边界扫描测试标准
（ 4）测试数据寄存 器
② 边界扫描寄存器
◆ 作用
完成测试数据的输入、输出锁存和移位等测试必需的操
作。由一系列边界扫描单元组成
◆ 结构
G
1
多路器1
0
1
G
1
多路器2
0
1
1D 1D
C1 C1
TDI （ T C K ） （ U p d a t e ）
移 位 / 装 载 TDO 测 试 / 常 规
系统
数据
Mode Mode
系统
数据
移位
寄存器
输出
锁存器
电子测量原理
第 149页
2 边界扫描测试标准
（ 4）测试数据寄存 器
③ 器件标志寄存器
31 28
器件型号
27 12
制造厂商
11
1
01
版本号
④ 专门设计的数据寄存器
电子测量原理
第 150页
2 边界扫描测试标准
（ 5）指令
◆ 用于选择将要执行的测试类型，或者选择被存取的
测试数据寄存器，或者同时在上述两者中作出选择
① 旁路指令 ---用于在 TDI至 TDO的通路中选择旁路寄
存器。二进制代码必须是 {111… 1}或称作, 全 1串,
电子测量原理
第 151页
2 边界扫描测试标准
（ 5）指令
② 取样 /预装载指令（ SAMPLE/PRELOAD）
◆ 通过取样，可以对从系统引脚向片上系统逻辑或从
片上系统逻辑流向系统引脚的数据进行快速抽查
◆ 取样阶段的数据流动
G1
TDI
0
1
G1
0
1
1D
C1
1D
C1
Mode
UpdateDR
ClockDR
ShiftDR
G1
TDI
0
1
G1
0
1
1D
C1
1D
C1
Mode
UpdateDR
ClockDR
ShiftDR
核心
逻辑
■
I C 引脚
TDO TDO
■
I C 引脚
电子测量原理
第 152页
2 边界扫描测试标准
② 取样 /预装载指令（ SAMPLE/PRELOAD）
◆ 预装载指令使在进行另外一种边界扫描测试操作之
前，让初始数据样式臵于边界扫描寄存器单元的并行
输出端
◆ 预装载阶段的数据流动
G1
TDI
0
1
G1
0
1
1D
C1
1D
C1
Mode
UpdateDR
ClockDR
ShiftDR
G1
TDI
0
1
G1
0
1
1D
C1
1D
C1
Mode
UpdateDR
ClockDR
ShiftDR
核心
逻辑
■
I C 引脚
TDO TDO
■
I C 引脚
电子测量原理
第 153页
2 边界扫描测试标准
③ 外测试指令 EXTEST
◆ 测试元件封装外的电路，典型用法是用于测试板级
互联，指令的二进制代码必须是 {000… 0}
◆ 数据流动
G1
TDI
0
1
G1
0
1
1D
C1
1D
C1
Mode
UpdateDR
ClockDR
ShiftDR
G1
TDI
0
1
G1
0
1
1D
C1
1D
C1
Mode
UpdateDR
ClockDR
ShiftDR
TDO TDO
核
心
逻
辑
核
心
逻
辑
PCB
▅
I C 引脚
▅
连线
电子测量原理
第 154页
2 边界扫描测试标准
④ 内测试指令 INTEST
◆ 用于测试核心逻辑电路
◆ 数据流动
G1
TDI
0
1
G1
0
1
1D
C1
1D
C1
Mode
UpdateDR
ClockDR
ShiftDR
G1
TDI
0
1
G1
0
1
1D
C1
1D
C1
Mode
UpdateDR
ClockDR
ShiftDR
核心
逻辑
■
I C 引脚
TDO TDO
■
I C 引脚
电子测量原理
第 155页
2 边界扫描测试标准
(5)指令
⑤ 运行自测试指令
⑥ 取器件标志指令 IDCODE
⑦ 用户代码指令 USERCODE
⑧ 组件指令 CLAMP
⑨ 输出高阻指令 HIGHZ
（ 6）边界扫描描述语言（ BSDL）
BSDL原是超高速集成电路（ VHSC）硬件描述语言
（ VHDL）中的一个子集,用它描述的器件可测性与
IEEE1149.1标准兼容
电子测量原理
第 156页
11.4数据域测试的应用
11.4.1 误码率测试
在数字通信系统中，误码率是一个非常重要的指标。
1．误码率概念
? 误码率定义,
二进制比特流经过系统传输后发生差错的概率 。
? 测量方法：
从系统的输入端输入某种形式的比特流, 用输出, 与输入码
流比较, 检测出发生差错的位数, 差错位数和传输的总
位数之比为误码率 。
电子测量原理
第 157页
2．误码测试原理
测试图形
发生器
计数器
测试图形
发生器
误码
检测
被测系统
时钟
编码 解码
误码仪发送部分 误码仪接收部分
同步
时钟
记录
分析
显示
误码仪由发送和接收两部分组成，发送部分的测试图形发
生器产生一个已知的测试数字序列，编码后送入被测系统的
输入端，经过被测系统传输后输出，进入接收部分解码；接
收部分的测试图形发生器产生相同的并且同步的数字序列，
与接收到的信号进行比较，如果不一致，便是误码；用计数
器对误码进行计数，然后记录存储，分析后显示测试结果。
电子测量原理
第 158页
（ 1）测试图形
? 一般测试图形选用伪随机二进制序列来模拟数据
的传输, 或用特殊的字符图形来检查图形的相关
性和临界效果时间效应 。
? 根据特征多项式, 使用异或门和移位寄存器即可
产生伪随机序列信号
? 例 511码, 特征多项式为 95 1xx??
a
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
9
a
8
a
7
a
6
输出
电子测量原理
第 159页
（ 2）误码检测
? 基本的误码检测电路是异或门, 当两个数据图形
完全相同且同步时, 异或门输出为 0；当接收的
数据流中某位出现错误时, 异或门输出为 1。
二进制误码输出
异
或
参考图形
被测信号
错误位
电子测量原理
第 160页
误码分析和数据记录
? 误码仪除检测出误码, 并计算出误码率外, 还应
对测量数据进行分析, 如根据不同误码率占总测
量时间的百分比, 确定被测系统的工作状况 。
? 为了进行测试结果的分析, 误码检测仪必须记录
大量的测量数据和误码事件, 误码性能的测量可
能需要运行几个小时或者几天, 以积累有意义的
统计结果 。 测试仪在绝大数时间是无人看管而自
动工作的 。 所以数据记录常采用非易失性存储器
存储 。
电子测量原理
第 161页
11.4.2 嵌入式系统测试
嵌入式微处理器的可测性总体设计
? 主要包括 CPU核, 数据及指令缓存启动 ROM,DMA控
制器, I/O控制器, 存储控制器等部件 。
DMA
控制器
ROM
(BIST)
I/O
控制器
存储
控制器
CPU核
( 4 级 流 水 线 B I L B O )
数 据 R A M
(BIST)
指 令 R A M
(BIST)
TAP
内部总线
( 部 分 扫 描 )
I/O PAD (边 界 扫 描 )
TDO
TMS
TCK
TDI
电子测量原理
第 162页
? CPU核：主要是一个 4级的流水线结构, 每两站之间有站
寄存器, 用来存储从上一站传到下一站的数据, 采用
BILBO（ 内部逻辑快观察 ） 测试 。
? 存储器：指令和数据缓存分别用 4K的 RAM实现, 另外还有
512Byte的启动 ROM,都是普通的存储器结构, 因此采用
通用的 BIST测试方法 。
? DMA控制器, 内部总线, I/O控制器, 存储控制器和 CPU核
中不包括在流水线内的逻辑是普通的逻辑电路, 采用 部
分扫描测试方法 。
? 嵌入式微处理器符合 边界扫描测试标准 IEEE1149.1,芯
片的每一个 I/O口都附加有一个扫描单元 TAP控制器成为
整个芯片的测试控制中心 。
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（ Fault Detection） --- 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 位臵
◆ 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-Speed Testing)
◆ 参数测试和逻辑测试
◆ 测试主输入 (Primary Input)
◆ 测试主输出 (Primary Output)
◆ 测试图形 /样式（ Test Pattern）
◆ 测试矢量（ Test Vectors
◆ 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 （ Stuck Faults ）
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 （ Bridge Faults ）
◆ 桥接故障,两根或多根信号线间的短接
x
1
x
2
x
3
x
3
x
2
x
1
x
1
x
1
x
2
x
2
x
3
x
3
电子测量原理
第 9页
3 故障模型
（ 2）桥接故障 （ Bridge Faults ）
F
x
1
.
.
.
x
s
x
s + 1
.
.
.
x
n
Y
p
1
p
s
x
1
x
s
.
.
.
Y
x
n
x
s + 1
.
.
.
（ 3）延迟故障 （ Delay Faults ）
◆ 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 （ Temporary Faults ）
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 (Sensitized Path)
（ 1）敏化通路法
A
B
x
1
x
2
x
3
a
b
c
d
e
f
g
y
C
a f y
0→1 0→1 0→1
1→0 1→0 1→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 (Backward Trace)
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。
x
1
x
2
x
3
a
b
c
d
e
f
g
y
x
2
,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
x
1
x
2
x
3
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 x 1
x
2
x
3
x
4
G
5
5
G
6
6
G
7
7
G
8
8
G
9
9
G
10
10
G
11
11
G
12
12
y
s-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
1
2
3
1 2 3
11
11
000
?
?
1
2
3
1 2 3
111
00
00
?
?
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
1
2
3
1 2 3
10
10
0 0 1
?
?
1
2
3
1 2 3
1 1 0
01
01
?
?
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
1
2
3
4
5
6
4
5
6
1 2 3 4 5 6
1 1 1
00
00
1 1 1
00
0
000
11
11
G
G
G
??
?
??
?
?
??
?
??
?
??
?
?
???
?
?
?
?
?
?
?
?
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 0 1
0
1
0
0
1
1
1
0
D
D
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
1
2
3
1 2 3
0
0
DD
DD
1
2
3
1 2 3
1
1
DD
DD
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
1
2
3
1 2 3
0
0
DD
DD
1
2
3
1 2 3
1
1
DD
DD
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
1
2
3
1
2
3
1 2 3
1 1 D
1 2 3
0 0 D
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
④ D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 （ D drive）
◆ Roth D交操作规则
D交 0 1
0
1
0
0
1
1
1
0
D D
φ ψ ψ
φ ψ ψ
λ
μ
μ
D
D
ψ
ψ
ψ
ψ
D
D
D D
λ
电子测量原理
第 26页
2 敏化通路法和 D算法
④ D交运算规则
◆ 对 Roth D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
④ D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
④ D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
⑥ D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 Roth D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,…,x n)，定义
),,,0,,,,()0(
),,,1,,,,()1(
),,,,,()(
),,,,,()(
1121
1121
21
21
niii
niii
nii
nii
xxxxxff
xxxxxff
xxxxfxf
xxxxfxf
??
??
??
??
??
??
?
?
?
?
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=(x 1,x2,…,xn)，用
符号 fi(α) 表示 xi=α(α∈{0,1}) 时 f(X)的值，则
( ) ( 1 ) ( 0 )i i i if X x f x f??
◆ 有一个组合逻辑系统,f(x)=f(x1,x2,…,xi,…,xn),
如果布尔表达式
( ) ( ) 1iiy f x f x? ? ?
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
()
( ) ( )ii
i
d f x
f x f x
dx
??
()
i
df x
dx
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
)(
0
1
i
i
i
i
dx
xdf
xT
dx
xdf
xT
()
( ) ( )
( 1 ) ( 0 )
ii
i
ii
d f x
f x f x
dx
ff
??
????????? ?? ?
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
),(
0
1
dh
Xhdf
hT
dh
Xhdf
hT
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
x
1
x
2
x
3
x
4
h
f
解,写出 f的逻辑表达式
)(
)(
43221
43221
43221
43243221
xxxhhxx
xxxxx
xxxxx
xxxxxxxxf
?????
??
????
??????
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
2
432432
1
4321
432
43221
)()(
)0(
)1(
x
xxxxxx
dx
df
xxxf
xxx
xxxxf
?
???
?
??
??
所以
侦查故障 x1:s-a-1和 x1:s-a-0的测试矢量集分别为
? ?
11
1
12
1
1
df
Tx
dx
xx
??
????
??
???? ? ? ?
01
1
12
1
1
df
Tx
dx
xx
??
????
??
???? ?
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
1 2 1 21
df x x x x
dh
? ? ? ?
检测故障 h,s-a-1的测试矢量为
? ?
? ?1
1)(
1
432
21432
1
??
?????
?
?
?
?
?
?
??
xxx
xxxxx
dh
df
hT
h: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、故障的侦
查和定位带来困难
时序电路中,t时刻的输出响应，既取决于 t时
刻的输入，又取决于在此以前的输入，甚至可能
与从初始状态一直到时刻 t的所有输入都有关系
时序电路的存贮作用往往使电路中一个单故障
相当于组合电路中的多故障，测试时序电路中
一个故障不再是单个简单的测试矢量，而需要
一定长度的输入矢量序列
电子测量原理
第 41页
11.1.3 时序电路测试方法简介
引言
◆ 时序时序电路的测试生成需特别考虑
既要处理逻辑相关性又要处理时序相关性
需要特别处理诸如时钟线、反馈线、状态
变量线等连线
需要建立全电路正确的时序关系
◆ 采用可测试设计和内建自测试技术可显著提高时序
电路测试效率
电子测量原理
第 42页
1 迭接阵列
◆ 用于建立时序电路的组合化模型
◆ 原理,将时序电路各时段上的函数关系 空间上的函
数关系 组合电路的 D算法等生成测试矢量
时序电路的一般模型
组 合 逻 辑 C ( t )
X(t)
Z(t)
Y(t)y(t)
存储器件S
时 钟 C P
电子测量原理
第 43页
1 迭接阵列
阵列单元模型
形成,把反馈线断开，把某时刻的电路展开成一个阵列
单元。阵列单元的输入是主输入 X(j)和现态 y(j)，输出
是主输出 Z（ j）和次态 y（ j+1），把 1,2,…, k各时
刻的阵列单元串接起来，就组成一个 迭接阵列模型。
C(j)
S
X(j)
Z(j)
Y(j) y(j+1)y(j)
缺点,对大型时序电路，计算量太大
电子测量原理
第 44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 45页
2 测试序列的产生
◆ 功能测试和功能核实法测试同步时序电路
◆ 功能核实法测试同步时序电路的过程
利用同步序列或引导序列，将可能处于任何状态
的时序机同步或引导到一个固定或已知的状态
利用核实序列（例如区分序列）核实状态转换功
能。根据被测电路的输出来识别其初态、末态以
及中间经过的诸状态，从而侦查出故障
既约同步时序电路,电路中任何两个状态均不等价
强联接时序电路,对时序机的任意两个状态，都
存在一个输入序列使其从一个状态转换到另一个
状态
电子测量原理
第 46页
2 测试序列的产生
（ 1） 同步序列
--将时序电路从任意状态转换到 同一个已知末态的序列
◆ 用同步树求同步序列的步骤
以系统的状态集合为树根, 根据不同输入激励
向下分支, 得到响应状态的集合, 并作如下处理：
相同的状态合并成一项
若新的状态集合与以前出现过的状态集合相同，则
停止向下分支，并对该状态集标记, ·”
若新的状态集仅含有一个元素，则停止操作，并
对该状态标记, 。,
其它情况则继续向下分支
电子测量原理
第 47页
2 测试序列的产生
◆ 求同步序列举例 0 1
A
B
B/0
A/1
C/1
D/0
B/1
A/0
输入
输出
C
C/0 A/1D
◆ 树根开始到标记, 。, 的输入序列为同步序列 Hs
◆ 一个时序电路，可能不存在同步序列，也可能存在
多个同步序列
(A B C D)
(A B C)
(ACD)
.
(AB)
(B) (AC)
0 1
0 1
10
(A C D)
(ABC)
.
(AD)
(BC) (A)
1
1
0
0
电子测量原理
第 48页
2 测试序列的产生
（ 2） 引导序列
---将时序电路从一个未知状态, 引导, 到某些已知
末态（可根据不同的响应序列来判定末态）的输入序
列◆ 用引导树求引导序列的步骤
从状态转换图（表）出发，将所有状态作为树根，次
态集和响应输出记录在相应的树枝下
按响应, 将次态集分割成次态子集, 输出相同的
次态在同一个子集中, 标出各子集的输出值
若每个次态子集中的元素均相同, 则停止向下分支,
标记为, *”, （ 若每个次态子集中仅包含一个元素,
则停止向下分支, 并标记为, 。, ）
其它情况，即至少有一个子集中含有不同的元素，
且该子集的集合以前没有出现过，则继续向下分支
电子测量原理
第 49页
2 测试序列的产生
◆ 求引导序列举例 A B
CD
0/0
1/0
0/1
0/0
1/1
1/1
1/0
0/0
电子测量原理
第 50页
2 测试序列的产生
引导树
（ A B C D ）
（ A A C ）, （ D ）
（ 0 0 0 ）, （ 1 ）
（ B B ）, （ D ）, （ B ）
（ 0 0 ）, （ 1 ）, （ 1 ）
*
1
（A A C ），（D ）
（0 0 0 ），（1 ）
0
（ B C ）, （ D B ）
（ 0 0 ）, （ 1 1 ）
(AC),(D),(A)
(00),(1),(0)
(C),(D),B),(C)
(0),(1),(1),(0)
(AC),(D),(A)
(00),(1),(0)
(B),(D),B),(B)
(0),(1),(1),(0)
0 1
1
0
0
1
.
.
引导序列,01,11,101
电子测量原理
第 51页
2 测试序列的产生
（ 3） 区分序列
---能够根据不同的响应序列来区分被测电路的初态和
末态的输入序列
◆ 求区分序列的过程和求引导序列基本相同
◆ 一种特殊的引导序列
电子测量原理
第 52页
2 测试序列的产生
区分序列的求法
（ A B C D ）
（ A A C ）, （ D ）
（ 0 0 0 ）, （ 1 ）
（ B B ）, （ D ）, （ B ）
（ 0 0 ）, （ 1 ）, （ 1 ）
*
1
（A A C ），（D ）
（0 0 0 ），（1 ）
0
（ B C ）, （ D B ）
（ 0 0 ）, （ 1 1 ）
(AC),(D),(A)
(00),(1),(0)
(C),(D),B),(C)
(0),(1),(1),(0)
(AC),(D),(A)
(00),(1),(0)
(B),(D),B),(B)
(0),(1),(1),(0)
0 1
1
0
0
1
.
.
区分序列,11,101
电子测量原理
第 53页
11.1数字系统测试的基本原理
11.1.4 随机测试和穷举测试简介
?1 随机测试技术
2 穷举测试技术
电子测量原理
第 54页
1 随机测试技术
（ 1）原理概述
确定为达到给定的故障覆盖所要求的测试长度
对所给定的测试长度，估计出能得到的故障覆盖
◆ 随机测试技术 ---一种非确定性的故障诊断技术，
它是以随机的输入矢量作为激励，把实测的响应输
出信号与由逻辑仿真的方法计算得到的正常电路输
出相比较，以确定被测电路是否有故障。
◆ 伪随机测试 ---借助伪随机序列进行随机测试的
方法
◆ 关键问题
电子测量原理
第 55页
1 随机测试技术
（ 1）原理概述
◆ 随机测试和伪随机测试的优缺点
优点,测试生成简单
缺点,一般难以保证 100%的故障覆盖率，测
试序列通常较长，测试的时间开销较大
电子测量原理
第 56页
1 随机测试技术
（ 2）伪随机序列发生器
◆ 常见的伪随机序列 ----m序列
◆ 产生 m序列的两种电路 ---线性反馈移位寄存器和细
胞自动机
① 线性反馈移位寄存器 （ LFSR）
D
1
h
1
h
2
+ +
...
h
n - 2
+
D
2
D
n - 1
D
n
h
n - 1
+
x
0
x
1
x
2 x n - 2
x
n - 1
x
n
输出位流
hi=1,表示接通反馈线； hi=0,表示断开反馈线
电子测量原理
第 57页
1 随机测试技术
① 线性反馈移位寄存器 （ LFSR）
反馈系数 hi在二元域上定义的多项式
h(x)= xn+h1xn－ 1+…+hn-1x+1
称为该线性反馈移位寄存器的 特征多项式
◆ 既约多项式
◆ 本原多项式 f(x)---为 一既约多项式，且能整除多项
式
21 1nx ? ?
而不能整除任何幂次低于 2n－ 1的任何
多项式
◆ 以 n次本原多项式为特征多项式的 LFSR可产生周期
为 2n－ 1的伪随机序列 ---m序列
电子测量原理
第 58页
1 随机测试技术
② 细胞自动机 （ CelluarAutomata,简称 CA）
◆ CA---若干细胞组成的阵列
◆ CA细胞的结构 ---存储元件 +组合逻辑块
Function f
Memory
x
i
( t )
x
i
( t )
x
i
(t + 1)
x
i + 1 ( t )x
i -1
( t )
CA细胞结构
电子测量原理
第 59页
1 随机测试技术
② 细胞自动机
◆ 冯 ·诺依曼邻（ 3-邻） ---某细胞的邻仅为最靠近该细
胞的左和右两细胞
◆ 零边界条件 ---CA阵列中最左边的细胞的左邻和最
右边细胞的右邻状态设臵为恒 ‘ 0’
Cell 0 Cell 1 Cell n...
‘ 0 ’‘ 0 ’
零边界条件一维 CA
电子测量原理
第 60页
1 随机测试技术
② 细胞自动机
◆ 在 3-邻下，第 i个细胞的次态 xi(t+1)由第 i个细胞的
现态 xi(t)和它的左邻和右邻的现态 xi-1(t),xi+1(t)共
同决定
11( 1 ) ( ( ),( ),( ) )i i i if t f x t x t x t????
3-邻下任一细胞的次态由含它本身的 3个细胞共同
决定，三个细胞的现态对应从（ 000）至（ 111）共 8种
取值，细胞 Ci在 8种取值下的次态由该细胞的组合逻辑
块对应的组合函数决定，将每种组合函数对应一种规
则,3邻下每一细胞可有 28=256种规则
电子测量原理
第 61页
1 随机测试技术
② 细胞自动机
◆ 规则的命名（以规则 90和 150为例）
7 6
规则 90
111
1
1
0
0
101
4
110 100 011
0 1 1
16128 64 32
1
8
5 3
规则 150 0 0
0
010
1
001 000
1 0
24
1
1
2 0
1 0
◆ 规则 90和规则 150的状态转换
11
11
( 1 ) ( ) ( )
( 1 ) ( ) ( ) ( )
i i i
i i i i
x t x t x t
x t x t x t x t
??
??
? ? ?
? ? ? ?
规则 90
规则 150
电子测量原理
第 62页
1 随机测试技术
② 细胞自动机
◆ 规则 90/150一维线性混合型 CA（ 90/150 1-D LHCA）
可产生 m序列
D
Q
D
Q
D
Q
D
Q
D
Q
0 0
左至右 5个细胞分别使用规则 150,150,150,150和 90，
产生周期为 31的 m序列
电子测量原理
第 63页
11.1数字系统测试的基本原理
11.1.4 随机测试和穷举测试简介
1 随机测试技术
? 2 穷举测试技术
电子测量原理
第 64页
2 穷举测试技术
◆ 定义 ---一个组合电路全部输入值的集合，构成了该
电路的一个完备测试集。对 n输入的被测电路，用 2n个
不同的测试矢量去测试该电路的方法叫 穷举测试方法
◆ 穷举测试方法的优点
对非冗余组合电路中的故障提供 100%的覆盖率
测试生成简单
◆ 穷举测试方法的缺点 --对多输入电路，测试时间过长
◆ 穷举测试法一般用于主输入不超过 20的逻辑电路
① 穷举测试技术
电子测量原理
第 65页
2 穷举测试技术
② 伪穷举测试技术
◆ 伪穷举测试的基本原理 ---设法将电路分成若干子电
路，再对每一个子电路进行穷举测试，使所需的测
试矢量数 N大幅度减少，即 N<<2n（ n为电路主输入）
◆ 如何对电路进行分块以尽可能减少测试矢量数目
是伪穷举测试的基本问题之一
电子测量原理
第 66页
2 穷举测试技术
◆ 伪穷举测试的举例
x
1
x
2
x
3
x
4
a
b
G
1
G
2
G
3
y
x
3
x
4
G
2
b
x
1
x
2
a
b
G
1
G
3
y
伪输入
电子测量原理
第 67页
12.1数字系统测试的基本原理
11.1.5 数据域测试系统
? 1 系统组成
2 数字信号激励源
电子测量原理
第 68页
1 系统组成
数字信号源 被测数字系统
逻辑分析
特征分析
时序参数测试
◆ 数据域测试系统的组成
电子测量原理
第 69页
1 系统组成
（ 1）数字信号源
◆ 作用和功能
为数字系统的功能测试和参数测试提供输入激励信号
产生图形宽度可编程的并行和串行数据图形
产生输出电平和数据速率可编程的任意波形
产生可由选通信号和时钟信号控制的预先规定的数
据流
电子测量原理
第 70页
1 系统组成
（ 2）特征分析
◆ 采用特征分析技术的必要性
对各节点逐一地测试与分析使测试成本巨增
受封装的限制，从多节点观察测试响应受到限制
内测试的需要
◆ 特征分析技术 ---从被测电路的测试响应中提取出,特
征”（ Signature）,通过对无故障特征和实际特征的比
较进行故障的侦查和定位
电子测量原理
第 71页
1 系统组成
（ 2）特征分析
◆ 由 LFSR构成的单输入特征分析器
D
1
h
1
h
2
+ +
...
h
n - 1
+
D
2
D
n - 1
D
n
Q
h
n
+
M
+
x 0 x 1 x 2 x n - 2 x n - 1 x n
输入 输出
若 hi=0 表示连线断开, 若 hi=1,表示连线接通
电子测量原理
第 72页
1 系统组成
（ 2）特征分析
◆ 特征分析技术具有很高的检错率
当测试序列足够长时，特征分析的故障侦出率不低于
m2
11 ?
,m为用作特征分析的 LFSR的长度。当 m=16
时，故障侦出率高达 99.998%
◆ 由 LFSR构成的多输入特征分析器 (MISR)
D Q
h
1
h
2
h
n - 1
...
D Q
h
n
D Q
被测电路主输出
电子测量原理
第 73页
1 系统组成
（ 2）特征分析
◆ 基于特征分析的数字系统故障诊断原理
测试激励 被测电路
输入
特征
特 征 - 故 障 字 典
响应
比
较
被测电路的无故障特征或某种故障下的特征可通过
电路的逻辑模拟或故障模拟获得 。 通过事前的模拟建
立好特征 -故障字典, 便可用于故障诊断 。
电子测量原理
第 74页
1 系统组成
（ 3）逻辑分析
◆ 逻辑分析用于测试和分析多个信号之间的逻辑关系
及时间关系
◆ 逻辑分析仪的特点
通道数多
存储容量大
可以多通道信号逻辑组合触发
数据处理显示功能强
电子测量原理
第 75页
11.1数字系统测试的基本原理
11.1.5 数据域测试系统
1 系统组成
? 2 数字信号源
电子测量原理
第 76页
2 数字信号源
（ 1） 数字信号源的结构
存储器
多路
器
格式
化器
多路
器
格式
化器
输出
放大器
通道0
通道K
存储器
n
n
1
1
m
m
分离电路
分配器
序列
寄存
器
分频器
外部时钟
起 / 停
内部时钟和
起 / 停 产 生
地
址
计
数
器
...
.
.
.
.
.
.
.
.
.
输出
放大器
.
.
.
.
.
.
电子测量原理
第 77页
2 数字信号源
（ 2） 数据的产生
◆ 序列存储器在初始化期间写入了每个通道的数据，
数据存储器的地址由地址计数器提供。在测试过程中，
在每一个作用时钟沿上，计数器将地址加 1
◆ 多路器可将多个并行输入位转换成串行数据流。对
于低速的数字信号源，多路器可以不要，从数据的每
个数输出可直接产生一个串行数据流
◆ 格式化器将数据流与时钟同步
◆ 格式化器的输出直接驱动输出放大器，放大器的输
出电平可编程
电子测量原理
第 78页
11.2 逻辑分析仪
主要内容,
? 逻辑分析仪的特点与分类
? 逻辑分析仪的基本组成原理
? 逻辑分析仪的触发方式
? 逻辑分析仪的显示方式
? 逻辑分析仪的主要技术指标与发展趋势
? 逻辑分析仪的应用
电子测量原理
第 79页
11.2.1 逻辑分析仪的特点与分类
1,逻辑分析仪的特点,
? 输入通道多
? 数据捕获能力强,具有多种灵活的触发方式
? 具有较大的存储深度,可以观察单次或非周期信号
? 显示方式丰富
? 能够检测毛刺
电子测量原理
第 80页
2,逻辑分析仪的分类,
? 按工作特点分类,
(1) 逻辑状态分析仪
(2) 逻辑定时分析仪
? 按结构特点分类,
(1) 台式逻辑分析仪
(2) 便携式逻辑分析仪
(3) 外接式逻辑分析仪
(4) 卡式逻辑分析仪
电子测量原理
第 81页
台式逻辑分析仪
TLA 612
电子测量原理
第 82页
便携式逻辑分析仪
电子测量原理
第 83页
卡式逻辑分析仪
电子测量原理
第 84页
外接式逻辑分析仪
Agilent E9340A
电子测量原理
第 85页
11.2.2 逻辑分析仪的组成原理
? 逻辑分析仪的组成结构如图 11-1所示, 它主要包括数据
捕获和数据显示两大部分 。
信号
输入信号
外时钟
采样
数据
存储
时钟
选择内时钟
触发
产生
显示
控制 CRT
数据捕获 数据显示
逻辑分析仪原理结构
门限电平设定
电子测量原理
第 86页
11.2.3 逻辑分析仪的触发方式
? 数据流：逻辑分析仪对被测信号连续采样获得的
一系列数据。
通道 1
通道 8
100….1 100….1 000….1 000….0 采样时钟000….0 000….0 100….0 100
….1
100
….0
100
….0 采样数据
数据流
电子测量原理
第 87页
? 触发的含义：由一个事件来控制数据获取, 即选择观察
窗口的位臵 。
? 跟踪：采集并显示数据的一次过程称为一次跟踪
触发字
数
据
流
数据窗口
跟踪开始
观察窗口宽度：
逻辑分析仪存储深度
电子测量原理
第 88页
1,组合触发
? 组合触发：多通道信号的组合作为触发条件，即
数据字触发。
每个通道的触发条件可为：, 1,
,0,
,x,
如,8个通道的组合触发条件设为：, 011010X1”
则：该 8个通道中出现数据：
01101001 或 01101011 时均触发
电子测量原理
第 89页
基本的 触发跟踪方式：
? 触发起始跟踪
? 触发终止跟踪
触发字
数
据
流
数据窗口
跟踪开始
触发起始跟踪
触发字
数
据
流
数据窗口
跟踪结束
触发终止跟踪
电子测量原理
第 90页
2,延迟触发
? 在数据流中搜索到触发字时，并不立即跟踪，而
是延迟一定数量的数据后才开始或停止存储数据，
它可以改变触发字与数据窗口的相对位臵。
触发字
数
据
流
数据窗口
跟踪开始
延迟数
跟踪结束
数
据
流
数据窗口
触发字
延迟数
(a) 触发开始跟踪加延迟 (b) 触发终止跟踪加延迟
电子测量原理
第 91页
3,序列触发
? 多个触发字的序列作为触发条件, 当数据流中按
顺序出现各个触发字时才触发 。
导引条件
使能
第二级触发
第二级触发
字无效
第二级触发
字有效
第一级触发
B(导引条件 )
子程序
C(触发条件 )
主程序
两级序列触发工作原理
电子测量原理
第 92页
4,手动触发（随机触发）
? 无条件的人工强制触发，因此观察窗口在数据流
中的位臵是随机的。
5,限定触发
与门限定条件
触发
识别数据流
触发信号
限定条件触发产生原理
电子测量原理
第 93页
11.2.4 逻辑分析仪的显示方式
? 每个通道的信号用一个伪方波显示，多个通道同时显示。
1,波形显示
电子测量原理
第 94页
2,数据列表显示
? 将每个通道采集到的值组合成数据，按采样顺序显示。
电子测量原理
第 95页
3,反汇编显示
地址（ HEX） 数据（ HEX） 操作码 操作数
2000
2003
2005
2006
.
.
.
214220
0604
97
23
.
.
.
LD
LD
SUB
INC
.
.
.
HL,2042
B,04
A
HL
.
.
.
? 将数据流按照被测 CPU指令系统反汇编后显示。
电子测量原理
第 96页
4,图解显示
? 将屏幕 X,Y方向分别作为时间轴和数据轴进行显示的一
种方式 。 它将要显示的数据通过 D/A转换器变为模拟量,
按照存储器中取出数据的先后顺序将转换所得的模拟量
显示在屏幕上, 形成一个图像的点阵 。
（ A） BCD数据序列的图解显示
0
5
10
（ B） 程序执行的图解显示
2000H
20FFH
主程序
子程序
循环程序
图解显示
电子测量原理
第 97页
11.2.5 逻辑分析仪的技术指标
及发展趋势
1,主要技术指标
① 定时分析最大速率 。
② 状态分析最大速率 。
③ 通道数 。
④ 存储深度 。
⑤ 触发方式 。
⑥ 输入信号最小幅度 。
⑦ 输入门限变化范围 。
⑧ 毛刺捕捉能力 。
电子测量原理
第 98页
2,发展趋势
? 分析速率、通道数、存储深度等技术指标也在不
断提高
? 功能不断加强。
? 与时域测试仪器示波器的结合,提高混合信号
分析能力
? 向逻辑分析系统（ Logic Analyze System）方向
发展。
电子测量原理
第 99页
11.2.6 逻辑分析仪的应用
1,硬件测试及故障诊断
激励信号 被测电路
逻辑分析仪
例,ROM的指标测试
数据发生器 ROM 逻辑分析仪
频率计
地址 数据
外时钟
ROM 指标参数测试
电子测量原理
第 100页
例：毛刺信号的测试
分频
电路
74LS138A
BC
G /G2A/G2B
逻辑
分析仪
（ a） 译码电路的测试 （ b） 译码电路输出定时图
逻辑定时分析仪测试译码电路及其毛刺
/Y0/Y
1/Y
2/Y
3/Y
4/Y
5/Y
6/Y
7
电子测量原理
第 101页
2,软件测试与分析
? 逻辑分析仪也可用于软件的跟踪调试，发现软硬件故障，
而且通过对软件各模块的监测与效率分析还有助与软件
的改进。
例：分支程序的跟踪
03CF 042D
03F2
通路 A 通路 B
分支程序的跟踪测试
通路 B
触发条件 （ 03F2）
通路 A
导引条件 （ 042D）
电子测量原理
第 102页
11.3 可测性设计
? 11.3.1 概述
11.3.2 扫描设计技术
11.3.3 内建自测试技术
11.3.4 边界扫描测试技术
电子测量原理
第 103页
11.3.1 概述
◆ 可测性设计出现的背景
◆ 传统的系统设计方法的缺陷
◆ 可测性设计 ---在系统的设计阶段就同时考虑测试的需
求，以提高系统的 可测试性
◆ 可测性的量化 ----可测性测度
可控性 （ Controllability） ---对电路中各节点的
逻辑值控制难易程度的度量
可观性 (Observability)---对故障信号进行观察
或测量难易程度的度量
电子测量原理
第 104页
11.3.1 概述
◆ 可测性设计考虑的主要问题
什么样的结构容易作故障诊断
什么样的系统，测试时所用的测试矢量既数量
少，产生起来又较方便
测试点和激励点设臵在什么地方，设臵多少，
才能使测试比较方便而开销又比较少
◆ 结构可测性设计 ---从可测性的观点对电路的结构提
出一定的规则，依据可测性设计的一般规则和基本模
式来进行电路的功能设计，使得设计的电路容易测试
电子测量原理
第 105页
11.3 可测性设计
11.3.2 扫描设计技术
? 1 扫描通路法
2 电平灵敏扫描设计
电子测量原理
第 106页
1 扫描通路法
◆ 基本原理 ---将一个集成电路内所有状态存储器件串
接起来，组成一个 移位寄存器,使得从外部能容易地
控制并直接观察这些状态存储器件中的内容
◆ 同步时序电路的一般模型
{
Y
1
Y
2
Y
n-1
Y
n
状态存储器件
系统时钟
PO
N
PI
y
.
.
.
N---组合电路
Yi---状态存贮器件
◆ 对状态存储器
件的控制和观测
只能通过组合电
路间接进行，使
测试问题复杂
电子测量原理
第 107页
1 扫描通路法
◆ 扫描通路设计要保证各个时序元件可以同组合电路
完全隔离开来，以便时序元件的状态可随意设臵，同
时保证时序元件的输入可观察
Y
1
Y
2
Y
n - 1
Y
n
扫描
输出
...
...N
PI
{
PO
y
扫描选择
扫描输入
系统时钟
隔离开关 （添加）
（添加）
电子测量原理
第 108页
11.3 可测性设计
11.3.2 扫描设计技术
1 扫描通路法
? 2 电平灵敏扫描设计
电子测量原理
第 109页
2 电平灵敏扫描设计
◆ 电平灵敏的概念 ---
一个逻辑系统，如果其 稳定状态对任何输入状态
改变的响应与系统中电路的延迟无关,并且，如果有
两个以上输入改变,输出响应与输入改变的先后顺序
也无关，系统的稳定状态只取决于各输入变化的最终
稳定电平,则称这样的逻辑系统为 电平灵敏 的
◆ 电平灵敏设计的 目的 ---保证电路中器件的延迟、上
升和下降时间等参量对电路工作无影响
◆ 电平灵敏设计的 实现 ---时序逻辑中的基本存贮元件
必须是电平灵敏的
电子测量原理
第 110页
2 电平灵敏扫描设计
◆ 电平灵敏设计的关键元件 ---串行移位寄存器
D
CLK
SD
A
B
锁存器
L
1
锁存器
L
2
系统输出
扫描输出
L
2
L
1
系统数据
系统时钟
扫描数据
扫描时钟
扫描时钟
L1,功能操作的状态存储器件
电子测量原理
第 111页
2 电平灵敏扫描设计
◆ 串行移位寄存器的功能操作
D
CLK=1
SD
A=0
B=0
锁存器
L
1
锁存器
L
2
系统输出
扫描输出
L
2
L
1
系统数据
系统时钟
扫描数据
扫描时钟
扫描时钟
系统功能操作 时，扫描时钟 A和 B臵于低电平。系统时
钟 CLK=1时，数据 D进入锁存器 L1。当 CLK=0时,L1锁
存该数据
电子测量原理
第 112页
2 电平灵敏扫描设计
◆ 串行移位寄存器的扫描方式
D
CLK=0
SD
A=1
B
锁存器
L
1
锁存器
L
2
系统输出
扫描输出
L
2
L
1
系统数据
系统时钟
扫描数据
扫描时钟
扫描时钟
扫描方式, 臵扫描时钟 A=1,CLK=0，扫描数据（ SD）
进入 L1，当 A返回,0”时,SD数据锁存于 L1。然后臵扫
描时钟 B=1，使 L1锁存的数据进入 L2，当 B返回,0”时，
该数据锁存于 L2。不允许 A和 B同时为 1
电子测量原理
第 113页
11.3 可测性设计
11.3.3 内建自测试技术
? 1 概述
2 每扫描一次测试的 BIST
3 每时钟一次测试的 BIST
4 内建逻辑块观察及在自测试中的应用
电子测量原理
第 114页
1 概述
◆ 内建 自测试 (BIST)的基本原理
---将测试作为系统的一个功能，做在系统中，使系统
具有自己测试自己的能力。 BIST通过将测试激励和对
测试响应的分析集成在被测系统或芯片中实现
◆ BIST用于 功能性测试
BIST中通常使用特征分析技术。测试结束后，
通过比较被测电路的实际特征和无故障电路特征，
以决定被测电路是否存在故障
◆ 基于 扫描 的 BIST---解决时序电路的内建自测试
电子测量原理
第 115页
11.3 可测性设计
11.3.3 内建自测试技术
1 概述
? 2 每扫描一次测试的 BIST
3 每时钟一次测试的 BIST
4 内建逻辑块观察及在自测试中的应用
电子测量原理
第 116页
2 每扫描一次测试的 BIST
◆ 每扫描一次测试 的 BIST---测试生成器提供的测试
样式只有填满所有扫描寄存器才能向被测电路加载
◆ 结构（单扫描链型）
测试激励生成器 扫描通路（链）
被测电路
特征分析寄存器
位计数器
样式计数器
B I S T 控 制 单 元
样式计数器 -计数测试样式的个数以控制测试时间
位计数器 ----生成一个完整测试样式过程中计数移
入扫描链的位数
电子测量原理
第 117页
2 每扫描一次测试的 BIST
◆ 结构（多扫描链型 --STUMP结构）
...
...
...
SI
1
SI
2
SI
n
SO
1
SO
2
SO
n
多输入特征寄存器 （ M I S R ）
并行伪随机序列发生器（L F S R,C A ）
电子测量原理
第 118页
11.3 可测性设计
11.3.3 内建自测试技术
1 概述
2 每扫描一次测试的 BIST
? 3 每时钟一次测试的 BIST
4 内建逻辑块观察及在自测试中的应用
电子测量原理
第 119页
3 每时钟一次测试的 BIST
◆ 原理 ---每个时钟周期完成一次测试矢量的施加和响应
的捕获。被测电路的所有输出和观测点并行和 MISR相
连，每个时钟周期皆有测试响应送入 MISR分析
测试激励生成器
被测电路
多输入特征寄存器
.,,
.,,
电子测量原理
第 120页
11.3 可测性设计
11.3.3 内建自测试技术
1 概述
2 每扫描一次测试的 BIST
3 每时钟一次测试的 BIST
? 4 内建逻辑块观察及在自测试中的应用
电子测量原理
第 121页
4 内建逻辑块观察及在自测试中的应用
◆ 内建逻辑块观察 (BILBO） ---一种多功能通用电路。
既可作一般的寄存器，又可作为线性反馈移位寄存器和
多输入特征分析器，并具有扫描通路，从而实现内测试
CLK
MUX
SDI
C
1
C
2
Z
1
Z
2
Z
3
Z
4
Q
1
Q
2
Q
3
Q
4
SO
电子测量原理
第 122页
4 内建逻辑块观察及在自测试中的应用
◆ BIBLO的四种工作方式
（ 1）复位方式（ C1=0,C2=1）
CLK
'0'
Q
1
Q
2
Q
3
Q
4
'0' '0' '0'
D触发器的输入都为, 0”，与 Zi和 Qi的状态无关，
复位方式将使该模块的所有触发器复位
电子测量原理
第 123页
4 内建逻辑块观察及在自测试中的应用
◆ BIBLO的四种工作方式
（ 2）正常工作方式（ C1=C2=1）
Di=Zi，该模块的各触发器状态取决于外界输入信
号，它们均可作独立的锁存器使用，可分别写入或读
出信息
CLK
Q
1
Q
2
Q
3
Q
4
Z
1
Z
2
Z
3
Z
4
电子测量原理
第 124页
4 内建逻辑块观察及在自测试中的应用
◆ BIBLO的四种工作方式
（ 3）扫描测试方式（ C1=C2=0）
多路器接通 SDI。该模块以移位寄存器方式工作，
SDI为外界输入的串行数据,SDO为串行移位数据输出
CLK
SDI SD0
电子测量原理
第 125页
4 内建逻辑块观察及在自测试中的应用
（ 4） LFSR工作方式 （ C1=1,C2=0）
BILBO连接成反馈移位寄存器，可产生伪随机序
列（ Q1,Q2,Q3,Q4的初始状态不全为, 0”）或进行特
征分析。 BILBO既可并行输入（数据可从所有或都分 Z
端输入），又可串行输入（采样数据从 Z1输入，而 Z2、
Z3和 Z4端保持, 0”
CLK
Z
1
Z
2
Z
3
Z
4
电子测量原理
第 126页
4 内建逻辑块观察及在自测试中的应用
◆ BILBO的使用
BILBO-1 电路1 BILBO-2 电路2
S
o u t
S
o u t
S
in
S
in
当测试被测电路 1时,BILBO-1作为伪随机数发生器，
为电路 1提供测试激励，响应输出送到作为特征分析器
的 BILBO-2。测试完毕后，将 BILBO-2臵为串行扫描方式，
将其中存放的特征串行地从扫描输出端送出，并与正确
特征比较
电子测量原理
第 127页
4 内建逻辑块观察及在自测试中的应用
◆ BILBO的使用
BILBO-1 电路1 BILBO-2 电路2
S
o u t
S
o u t
S
in
S
in
用 BILBO-2作伪随机数发生器,BILBO-1作特征分
析器，可测试电路 2。系统正常工作时,BILBO用作触发
器或移位寄存器，与电路 1和电路 2共同完成系统的功能
操作
电子测量原理
第 128页
11.3 可测性设计
11.3.4 边界扫描测试技术
? 1 原理
2 边界扫描测试标准
电子测量原理
第 129页
1 原理
◆ 边界扫描测试的基本思想
在靠近器件的每一输入 /输出（ I/O）引脚处增加
一个移位寄存器单元。在测试期间，这些寄存器单元
用于控制输入引脚的状态（高或低），并读出输出引
脚的状态。在功能性操作期间，这些附加的移位寄存
器单元是, 透明的,,不影响电路的正常工作
◆ 功能 ---不仅可以测试 IC之间或 PCB之间的连接是否正
确，还可测试芯片或 PCB的逻辑功能
电子测量原理
第 130页
1 原理
◆ 移位寄存器组成边界扫描通路
▍
▍
▍
▍
▍
▍
▍
▍
▍
▍
核
心
逻
辑
▍
▍
▍
▍
▍
▍
▍
▍
▍
▍
核
心
逻
辑
▍
▍
▍
▍
▍
▍
▍
▍
▍
▍
核
心
逻
辑
边界扫
描单元
IC1 IC2
IC3
测试数据
输 出 T D O
测 试 数 据 输 入 T D I
电子测量原理
第 131页
11.3 可测性设计
11.3.4 边界扫描测试技术
1 原理
? 2 边界扫描测试标准
电子测量原理
第 132页
2 边界扫描测试标准
◆ 边界扫描测试的硬件和指令
硬件
测试存取通道（ TAP）
TAP控制器
指令寄存器（ IR）
测试数据寄存器组（ TDR）
边界扫描寄存器
（ BSR）
旁路寄存器（ BR）
器件标志寄存器
（ IDR）
专用的寄存器
电子测量原理
第 133页
2 边界扫描测试标准
◆ 边界扫描测试的硬件和指令
指令
专用指令
公用指令
非必有指令
必有指令
旁路 (Bypass) 指令
采样 /预装载指令
外测试（ EXTEST）
内测试（ INTEST）
运行 BIST指令
取器件标志指令
用户代码指令
组件指令
输出高阻指令
电子测量原理
第 134页
2 边界扫描测试标准
◆ 边界扫描设计的基本结构
T
A
P
T
A
P
控
制
器
特别设计的
测试数据寄存
器
器件标志寄存器
边缘扫描寄存器
旁路寄存器
多路器
G
1
测试数据寄存器
指令译码
指 令 寄 存 器 I R
G
2
多路器
0
1
1D
C1 EN
特定的设计数据
使能
T C K
*
时钟数据寄存
移位数据寄存
更新数据寄存
时钟数据寄存
移位数据寄存
更新数据寄存
复位
选择
TDO
TDI
测试数据输出
测试数据输入
测试方式选择（T M S ）
测 试 时 钟 （ T C K ）
测试复位（ T R S T * ）
电子测量原理
第 135页
2 边界扫描测试标准
（ 1）测试存取端口 （ TAP）
◆ 功能 --为元件内的测试功能提供存取通道的通用端口
◆ 组成
① 测试时钟输入 TCK---为测试逻辑提供时钟信号
② 测试模式选择输入 TMS---经 TAP控制器译码用来控
制测试操作
③ 测试数据输入 TDI---用于向测试逻辑提供串行测
试指令和测试数据,TDI端的数据是进入指令寄存
器还是进入测试数据寄存器，取决于 TAP控制器的状
态。 TDI的信号在 TCK的上升沿被取样和输入
电子测量原理
第 136页
2 边界扫描测试标准
（ 1）测试存取端口 （ TAP）
◆ 组成
④ 测试数据输出 TDO---是测试指令和测试数据的串
行输出端。 TAP控制器的状态决定了是将指令寄存器
还是数据寄存器里的数据串行地移出到 TDO端。 TDO
数据状态的改变必须且只能发生在 TCK信号的下降沿
标准还提供了一个可选用的, 测试复位输入
TRST*”，它为 TAP控制器提供了异步初始化功能，
使测试系统强制复位
电子测量原理
第 137页
2 边界扫描测试标准
（ 2） TAP控制器
选择数据寄存扫描
捕获数据寄存
移位数据寄存
退 出 1 （ 数 据 寄 存 ）
暂停数据寄存
更新数据寄存
退 出 2 （ 数 据 寄 存 ）
选择数据寄存扫描
捕获指令寄存
移位指令寄存
退 出 1 （ 指 令 寄 存 ）
暂停指令寄存
更新指令寄存
退 出 2 （ 指 令 寄 存 ）
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
运行测试空闲
测试逻辑复位
0
1
1 1 1
1
11
1
1
1
1
1
0 0
0
0
1
0
1
1
T
A
P
控
制
器
状
态
转
换
图
电子测量原理
第 138页
2 边界扫描测试标准
（ 2） TAP控制器
① 测试逻辑复位（ Test Logic Reset）
G
1
多路器1
0
1
G
1
多路器2
0
1
1D 1D
C1 C1
TDI （ T C K ） 更 新 （ U p d a t e ）
移 位 / 装 载 TDO 测 试 / 常 规
系统
数据
Mode Mode
系统数据
电子测量原理
第 139页
2 边界扫描测试标准
（ 2） TAP控制器
② 运行测试 /空闲 (Run Test/Idle)
③ 捕获数据寄存 (Capture-DR)
G
1
多路器1
0
1
G
1
多路器2
0
1
1D 1D
C1 C1
TDI （ T C K ） 更 新 （ U p d a t e ）
移 位 / 装 载 TDO 测 试 / 常 规
系统
数据
Mode Mode
系统数据
电子测量原理
第 140页
2 边界扫描测试标准
（ 2） TAP控制器
④ 移位数据寄存 (Shift-DR)
G
1
多路器1
0
1
G
1
多路器2
0
1
1D 1D
C1 C1
TDI （ T C K ） 更 新 （ U p d a t e ）
移 位 / 装 载 TDO 测 试 / 常 规
系统
数据
Mode Mode
系统数据
电子测量原理
第 141页
2 边界扫描测试标准
（ 2） TAP控制器
⑤ 更新数据寄存 (Update-DR)
G
1
多路器1
0
1
G
1
多路器2
0
1
1D 1D
C1 C1
TDI （ T C K ） 更 新 （ U p d a t e ）
移 位 / 装 载 TDO 测 试 / 常 规
系统
数据
Mode Mode
系统数据
电子测量原理
第 142页
2 边界扫描测试标准
（ 2） TAP控制器
⑥ 捕获指令寄存 (Capture-IR)
G
1
多路器1
0
1
1D
C1
&
C1
1D
R
移位指令寄存
数据
来自上一单元
时钟指令寄存
更新指令寄存
测试复位（ T R S T * ）
复位（ R e s e t * ）
去下一单元
指令位
（ b i t ）
电子测量原理
第 143页
2 边界扫描测试标准
（ 2） TAP控制器
⑦ 移位指令寄存（ Shift-IR）
G
1
多路器1
0
1
1D
C1
&
C1
1D
R
移位指令寄存
数据
来自上一单元
时钟指令寄存
更新指令寄存
测试复位（ T R S T * ）
复位（ R e s e t * ）
去下一单元
指令位
（ b i
t）
电子测量原理
第 144页
2 边界扫描测试标准
（ 2） TAP控制器
⑧ 更新指令寄存 (Update-IR)
G
1
多路器1
0
1
1D
C1
&
C1
1D
R
移位指令寄存
数据
来自上一单元
时钟指令寄存
更新指令寄存
测试复位（ T R S T * ）
复位（ R e s e t * ）
去下一单元
指令位
（ b i t ）
电子测量原理
第 145页
2 边界扫描测试标准
（ 3）指令寄存 器 输出锁存器
移位寄存存器
更新指令寄存 测试复位
指令
0 1
TDO
LSB
专门设计的数据
捕获指令寄存
移位指令寄存
时钟
TDI
电子测量原理
第 146页
2 边界扫描测试标准
（ 4）测试数据寄存 器
测试数组寄存器组
旁路寄存器 Bypass Register（必备）
边界扫描寄存器（ Boundary Scan Register）
（必备）
器件标志寄存器 (Device ID)（非必备）
专门设计的测试数据寄存器 （非必备）
电子测量原理
第 147页
2 边界扫描测试标准
（ 4）测试数据寄存 器
① 旁路寄存器
◆ 作用
---将当前没有测试的 IC的扫描链段短路起来，为在 TDI
和 TDO间的测试数据的移动提供了最短长度的串行通路
◆ 结构
& 1D
C1
至 T D O
来 自 T D I
Shift DR
Clock DR
电子测量原理
第 148页
2 边界扫描测试标准
（ 4）测试数据寄存 器
② 边界扫描寄存器
◆ 作用
完成测试数据的输入、输出锁存和移位等测试必需的操
作。由一系列边界扫描单元组成
◆ 结构
G
1
多路器1
0
1
G
1
多路器2
0
1
1D 1D
C1 C1
TDI （ T C K ） （ U p d a t e ）
移 位 / 装 载 TDO 测 试 / 常 规
系统
数据
Mode Mode
系统
数据
移位
寄存器
输出
锁存器
电子测量原理
第 149页
2 边界扫描测试标准
（ 4）测试数据寄存 器
③ 器件标志寄存器
31 28
器件型号
27 12
制造厂商
11
1
01
版本号
④ 专门设计的数据寄存器
电子测量原理
第 150页
2 边界扫描测试标准
（ 5）指令
◆ 用于选择将要执行的测试类型，或者选择被存取的
测试数据寄存器，或者同时在上述两者中作出选择
① 旁路指令 ---用于在 TDI至 TDO的通路中选择旁路寄
存器。二进制代码必须是 {111… 1}或称作, 全 1串,
电子测量原理
第 151页
2 边界扫描测试标准
（ 5）指令
② 取样 /预装载指令（ SAMPLE/PRELOAD）
◆ 通过取样，可以对从系统引脚向片上系统逻辑或从
片上系统逻辑流向系统引脚的数据进行快速抽查
◆ 取样阶段的数据流动
G1
TDI
0
1
G1
0
1
1D
C1
1D
C1
Mode
UpdateDR
ClockDR
ShiftDR
G1
TDI
0
1
G1
0
1
1D
C1
1D
C1
Mode
UpdateDR
ClockDR
ShiftDR
核心
逻辑
■
I C 引脚
TDO TDO
■
I C 引脚
电子测量原理
第 152页
2 边界扫描测试标准
② 取样 /预装载指令（ SAMPLE/PRELOAD）
◆ 预装载指令使在进行另外一种边界扫描测试操作之
前，让初始数据样式臵于边界扫描寄存器单元的并行
输出端
◆ 预装载阶段的数据流动
G1
TDI
0
1
G1
0
1
1D
C1
1D
C1
Mode
UpdateDR
ClockDR
ShiftDR
G1
TDI
0
1
G1
0
1
1D
C1
1D
C1
Mode
UpdateDR
ClockDR
ShiftDR
核心
逻辑
■
I C 引脚
TDO TDO
■
I C 引脚
电子测量原理
第 153页
2 边界扫描测试标准
③ 外测试指令 EXTEST
◆ 测试元件封装外的电路，典型用法是用于测试板级
互联，指令的二进制代码必须是 {000… 0}
◆ 数据流动
G1
TDI
0
1
G1
0
1
1D
C1
1D
C1
Mode
UpdateDR
ClockDR
ShiftDR
G1
TDI
0
1
G1
0
1
1D
C1
1D
C1
Mode
UpdateDR
ClockDR
ShiftDR
TDO TDO
核
心
逻
辑
核
心
逻
辑
PCB
▅
I C 引脚
▅
连线
电子测量原理
第 154页
2 边界扫描测试标准
④ 内测试指令 INTEST
◆ 用于测试核心逻辑电路
◆ 数据流动
G1
TDI
0
1
G1
0
1
1D
C1
1D
C1
Mode
UpdateDR
ClockDR
ShiftDR
G1
TDI
0
1
G1
0
1
1D
C1
1D
C1
Mode
UpdateDR
ClockDR
ShiftDR
核心
逻辑
■
I C 引脚
TDO TDO
■
I C 引脚
电子测量原理
第 155页
2 边界扫描测试标准
(5)指令
⑤ 运行自测试指令
⑥ 取器件标志指令 IDCODE
⑦ 用户代码指令 USERCODE
⑧ 组件指令 CLAMP
⑨ 输出高阻指令 HIGHZ
（ 6）边界扫描描述语言（ BSDL）
BSDL原是超高速集成电路（ VHSC）硬件描述语言
（ VHDL）中的一个子集,用它描述的器件可测性与
IEEE1149.1标准兼容
电子测量原理
第 156页
11.4数据域测试的应用
11.4.1 误码率测试
在数字通信系统中，误码率是一个非常重要的指标。
1．误码率概念
? 误码率定义,
二进制比特流经过系统传输后发生差错的概率 。
? 测量方法：
从系统的输入端输入某种形式的比特流, 用输出, 与输入码
流比较, 检测出发生差错的位数, 差错位数和传输的总
位数之比为误码率 。
电子测量原理
第 157页
2．误码测试原理
测试图形
发生器
计数器
测试图形
发生器
误码
检测
被测系统
时钟
编码 解码
误码仪发送部分 误码仪接收部分
同步
时钟
记录
分析
显示
误码仪由发送和接收两部分组成，发送部分的测试图形发
生器产生一个已知的测试数字序列，编码后送入被测系统的
输入端，经过被测系统传输后输出，进入接收部分解码；接
收部分的测试图形发生器产生相同的并且同步的数字序列，
与接收到的信号进行比较，如果不一致，便是误码；用计数
器对误码进行计数，然后记录存储，分析后显示测试结果。
电子测量原理
第 158页
（ 1）测试图形
? 一般测试图形选用伪随机二进制序列来模拟数据
的传输, 或用特殊的字符图形来检查图形的相关
性和临界效果时间效应 。
? 根据特征多项式, 使用异或门和移位寄存器即可
产生伪随机序列信号
? 例 511码, 特征多项式为 95 1xx??
a
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
9
a
8
a
7
a
6
输出
电子测量原理
第 159页
（ 2）误码检测
? 基本的误码检测电路是异或门, 当两个数据图形
完全相同且同步时, 异或门输出为 0；当接收的
数据流中某位出现错误时, 异或门输出为 1。
二进制误码输出
异
或
参考图形
被测信号
错误位
电子测量原理
第 160页
误码分析和数据记录
? 误码仪除检测出误码, 并计算出误码率外, 还应
对测量数据进行分析, 如根据不同误码率占总测
量时间的百分比, 确定被测系统的工作状况 。
? 为了进行测试结果的分析, 误码检测仪必须记录
大量的测量数据和误码事件, 误码性能的测量可
能需要运行几个小时或者几天, 以积累有意义的
统计结果 。 测试仪在绝大数时间是无人看管而自
动工作的 。 所以数据记录常采用非易失性存储器
存储 。
电子测量原理
第 161页
11.4.2 嵌入式系统测试
嵌入式微处理器的可测性总体设计
? 主要包括 CPU核, 数据及指令缓存启动 ROM,DMA控
制器, I/O控制器, 存储控制器等部件 。
DMA
控制器
ROM
(BIST)
I/O
控制器
存储
控制器
CPU核
( 4 级 流 水 线 B I L B O )
数 据 R A M
(BIST)
指 令 R A M
(BIST)
TAP
内部总线
( 部 分 扫 描 )
I/O PAD (边 界 扫 描 )
TDO
TMS
TCK
TDI
电子测量原理
第 162页
? CPU核：主要是一个 4级的流水线结构, 每两站之间有站
寄存器, 用来存储从上一站传到下一站的数据, 采用
BILBO（ 内部逻辑快观察 ） 测试 。
? 存储器：指令和数据缓存分别用 4K的 RAM实现, 另外还有
512Byte的启动 ROM,都是普通的存储器结构, 因此采用
通用的 BIST测试方法 。
? DMA控制器, 内部总线, I/O控制器, 存储控制器和 CPU核
中不包括在流水线内的逻辑是普通的逻辑电路, 采用 部
分扫描测试方法 。
? 嵌入式微处理器符合 边界扫描测试标准 IEEE1149.1,芯
片的每一个 I/O口都附加有一个扫描单元 TAP控制器成为
整个芯片的测试控制中心 。
