1. Тестовое диагностирование в цифровой технике:

НЕОБХОДИМОСТЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕСТОПРИГОДНЫХ СХЕМ

1.1. Введение

Тестовое диагностирование цифровых электронных схем на уровне кристалла, печатной платы или системы является дорого­стоящим процессом. Оценки стоимости тестирования в процентах от стоимости полного жизненного цикла изделия изменяются от очень низкого значения (менее 10%) до чрезвычайно высокого (более 60%) в соответствии с этапом жизненного цикла и пози­цией того, кому необходимо найти средства для финансирования этого процесса. Традиционно этапы логического проектирования и генерации тестов диагностирования рассматривались отдельно; проектирование предшествовало этапу синтеза тестов, и разработ­чики цифровой аппаратуры не привлекались к процессу генерации тестов.

Однако в последнее время на фоне возрастающей сложности проектирования цифровых устройств возникает ситуация, когда разработчик может достаточно просто спроектировать схему, ко­торая в современном смысле этого понятия фактически не явля­ется тестопригодной. Это распространяется на все уровни проек­тирования: от отдельного кристалла до законченной цифровой системы, состоящей из множества печатных плат. Сейчас разра­ботчиками и диагностами признается, что если в результате про­ектирования необходимо иметь тестопригодное устройство, то требования контролепригодности должны выполняться в процес­се проектирования. Реализация этого подхода дала начало раз­витию многочисленных методов, улучшающих тестопригодное про­ектирование — формальных н менее формальных.

Цель данной главы — проанализировать результаты, рассмот­реть достижения в области тестового диагностирования цифровых устройств и показать необходимость тестопригодного проектиро­вания. В связи с этим в последующих главах внимание будет сосредоточено на обсуждении специальных методов тестопригодного проектирования.

1.2. Тестовое диагностирование в цифровой технике: цепи и терминология

Главной целью тестового диагностирования цифровых схем на уровне кристалла, печатной платы или системы является обна­ружение неисправностей элементов схемы, вызываемых дефекта­ми процессов производства, неблагоприятными эксплуатационными факторами или механизмами старения. Такое тестовое ди­агностирование называют тестированием по результату—тест «проходит или не проходит».

Если проектируется ремонтопригодная схема или система, то второй целью тестирования является определение места и причи­ны дефекта с достаточной точностью и достоверностью, что поз­волит эффективно восстановить исправность объекта диагности­рования, Этот вид тестового диагностирования называется «по­иском дефекта» и включает в себя как проверку исправности, так и локализацию места неисправности. «Неисправность» вызыва­ется физическим механизмом дефекта, например обрывом соединения, в то время как «проявление неисправности» относится к логическому состоянию узла схемы, передающего сигнал: напри­мер, узел устойчиво находится в состоянии логической 1. Пове­дение большинства неисправностей адекватно отображается их моделями, которые характеризуют логические особенности про­явления неисправностей, либо в виде устойчивой логической 1 — неисправность типа константа 1 (н-к-1), либо в виде устойчиво­го 0 — неисправность типа константа 0 (н-к-0), либо в виде проводных И, ИЛИ — неисправности типа короткого замыкания.

В общем случае цифровая схема представляет собой совокуп­ность соединенных между собой базовых логических вентилей. триггеров и более сложных цифровых устройств, таких, как сдви­говые регистры, счетчики, ПЗУ, ЗУПВ. микропроцессоры и эле­менты расширения микропроцессорных устройств. Схема может также содержать и другие электронные элементы: транзисторы, операционные усилители, резисторы, соединяющие точки схемы с нулевым потенциалом или источником питания, и развязываю­щие конденсаторы. Тем не менее, как правило, тестер может воз­действовать на схему (стимулировать тестовыми воздействиями) только через определенные доступные точки (выводы микросхе­мы или разъема печатной платы). Аналогично реакция схемы на тестовые сигналы обычно может наблюдаться (контролировать­ся) на других определенных доступных точках схемы. Входы, логи­ческими состояниями которых можно непосредственно управлять, и выходы, логические состояния которых можно непосредственно наблюдать, называются первичными входами (ПВх) и первичны­ми выходами (ПВых) схемы соответственно. Термин «тест», или «тестовый набор», означает определенное множество сигналов на ПВх и ожидаемых реакций на ПВых исправной схемы. Выраже­ние «покрытие неисправностей» характеризует множество неис­правностей, обнаруживаемых либо отдельным тестом, либо мно­жеством тестов, для которых покрываемые неисправности — объ­единение подмножеств неисправностей, обнаруживаемых отдель­ными тестами.

Исправность цифровых схем проверяется программируемыми автоматическими диагностическими устройствами (АДУ) различ­ного типа. Основными из них являются тестеры, проверяющие исправность прибора, несмонтированной печатной платы, тестеры для внутрисхемного тестирования, иноверки на правильное функ­ционирование и исправность в условиях эксплуатации. Каждый тестер проектируется для выполнения специфической задачи в процессе диагностирования, связанного с циклом производств или эксплуатации изделия. Современные АДУ основаны на ис­пользовании вычислительных систем, программируемых для со­пряжения с проверяемым устройством (ПУ) или печатной платой через заказную коммутационную систему. Тестеры для проверки печатных плат на функционирование могут содержать перемеща­емый чувствительный элемент (наиболее часто называемый уп­равляемым пробником), который является дополнительным сред­ством поиска неисправности.