剖析了用于模数混合电路的鸿沟扫描测验技能的作业机制对测验主控体系的功用需求．提出了一种依据微机的契合IEEEll49.4规范的混合信号鸿沟扫描测验主控体系。所选用的广义特征剖析法运用库函数映射的思维，将传统的各种毛病字典进行一致描绘。实践证明，该办法对模数混合电路的测验是卓有成效的。
在所运用的集成电路中，有许多是将模仿信号作为输入，经传感器转变为数字信号进行处理或直接输出，或许以数字信号输入转变为模仿信号输出。这样的数模混合体系的测验触及模仿信号测验与数字信号测验两个方面，频率掩盖了从几Hz到上GHz的规模，其测验设备十分贵重，并且缺少结构化的可测验性规划(Design for Testability，DFT)处理计划。数字电路一直是鸿沟扫描测验的要点，商品化的测验体系已有上百种。而模仿电路和数模混合电路的测验技能还存在一些问题，原因是比照单纯的数字电路，模仿及数模电路测验存在以下难点：
(1)模仿电路一般对错线性的，来源于非线性噪声和宽规模改变的参数等。
(2)数字电路能够用简略的布尔方程来描绘，而模仿电路的参数特别多，其功用描绘是以名义参数的简化来阐明，实践上每个参数都包含必定的规模。
(3)模仿电路的毛病形式很多，特别杂乱。
(4)现在的集成模仿电路越来越杂乱以及内部元件的不行拜访性，都大大添加了测验的难度。
(5)混合电路测验不同于单纯的模仿或数字电路测验，它的测验质量不只取决于二者各自的精度，且与它们之间的彼此影响有关。比方模仿部分与数字部分都有必要有彼此独立的接地体系。
测验本钱以及跟着器材尺度缩小发生的测验才能的约束，都使得DFT技能遭到越来越多的重视。而混合电路鸿沟扫描测验总线技能能够使混合电路的测验性得到进步。
1 混合电路毛病确诊与广义特征剖析
1．1 横拟电路失效类型与功用测验
模仿电路的失效状况大致能够归纳为以下5类：
(1)参数值违背正常值。
(2)参数值严峻违背正常规模，如开路、短路、击穿等。
(3)一种失效引发其他的参数过错。
(4)某些环境条件的改变引发电路失效(如温度、湿度等)。
(5)偶尔过错，但一般都是严峻失效，如衔接过错等。
其间(1)、(3)和(4)一般仅仅引起电路功用违背规划值，但仍能够作业，称为软毛病；而(2)和(5)将引发电路功用的过错，是不行逆的失效，属硬毛病。
在数字电路测验中一般选用的s-a失效模型，基本上能够掩盖数字电路的绝大部分失效状况，但在模仿电路测验时状况有所不同，硬毛病占总数的83.5％，因而至少有16.5％的失效状况不能由失效模型得到。鸿沟扫描技能归于结构测验的规模，它不是企图验证器材的功用性，而是选用恰当的失效模型来检测方针毛病，结构测验有必要树立电路的毛病模型，可是由于模仿电路的输入输出的杂乱性和软毛病的存在，它的毛病模型很难树立。
即便选用了失效模型，也还需求用SPICE等仿真软件来模仿发生某种失效时的实践成果。所以模仿电路和模数混合电路的测验，现在首要的战略仍是选用功用测验来检测规划的正确性。跟着VLSI技能的不断发展，翔实的无毛病特性模仿混合功用测验已成为模仿电路测验的干流，用于检测任何的特性偏移。
1．2 广义特征剖析毛病阻隔办法
模数混合电路毛病确诊的思路是：在电路测验之前，用计算机模仿电路运转状况或依据专家供给的经历树立毛病字典，电路测验后依据丈量信号和某种规矩比较毛病字典中的特征值和实测的特征值来确认毛病。广义特征法是一种库函数映射提取特征的办法，能较好地处理模数混合电路的毛病阻隔问题。
任何一种电路作业正常与否都体现在给定的输入状况下是否能得到正常的输出。而输入、输出都能够用一簇随时刻改变的函数标明，如图l所示。输入函数簇为fli(t)(i=1，2……n)，输出函数簇为矗fOj(t)(j=l，2……m)。
若要进行毛病确诊，需求进行的作业首要来有两方面：一方面是给体系以必要的鼓励，即确认输入函数fli(t)；另一方面是判别输出fOj(t)是否正常。关于电路输入端的鼓励，能够用波形存储设备事先将信号收集下来，然后用软件完结特征提取存储在计算机中，进行测验时再将特征码改换成波形数据，然后用恣意波形发生器将数据转换成鼓励信号。对输出信号也能够用波形存储设备将信号存储下来，压缩成特征码，将所提取的特征与正常特征相比较，然后断定电路正常与否并定位毛病。
1.2.1 特征提取
广义特征剖析法中的特征提取按两个进程进行：
(1)依据不同信号类别选取特征，树立天然映射库函数。特征的选取可依据实践电路和信号特点来定，一般模仿电路中的信号可选取最能代表电路功用的信号参数为特征，如起伏、宽度、周期、上升沿时刻、下降沿时刻、载频等，记为X1，X2……Xn。在图1中，设m个输出信号中有k类信号，则库函数应有k个，记为ri(i=l，2，……k)，库函数能够是一数学表达式，也能够是一种特征提取办法的程序表达。
(2)以相同的信号参数作为等价类求各类信号的商集，设一切输出信号的函数为实函数，即fOj(t)∈R，则其商集为R/E。其库函数ρi即为电路输出信号从R到其商集的天然映射，所以提取特征的进程便是已知电路的输出信号集(即原象)以及天然映射(库函数)，求其商集：
这儿关于不同的信号类，天然映射ρi也不同。
1．2．1 毛病判别
为了便利毛病判别，作下列映射改换：
式中，X为n维矢量空间，n为电路一切品种信号参数个数之和。毛病判别应在n维矢量空间进行，以每一个矢量作为一个样本点，设电路正常作业时的规范样本为XN，m个输出电路正常作业规模为(XdI，XuI)，则：
其间，
分别为第1个输出信号在n维空间中第i维重量的正常规模下限和上限，每一个检测点的信号对应一个矢量，每个矢量的实践维数代表信号的参数个数。
图1所示有m个输出的电路，设有k种毛病，明显每类毛病在矢量判别空间中有m个特性，若毛病特征是按每个输出信号的参数来选取，即：
式中，。所以辨认矩阵为(m×n+1)×k维。这意昧着毛病类能够划分得更细，或在相同检测点的状况下可将毛病定位到更小的部位。
2 混合信号鸿沟扫描体系
IEEE半导体工业协会(SA)规范委员会在针对纯数字电路的鸿沟扫描测验规范(即IEEEll49．1规范)早已提出并被广泛承受和运用的基础上，将IEEEll49．4规范规划成与IEEEll49．1规范彻底兼容，并于1999年6月同意了能够应用于模仿电路测验的混合电路鸿沟扫描测验总线IEEEll49．4-1999规范。
IEEEll49．4规范的要点是为混合电路的测验特性和测验协议供给了规范化的手法：
(1)内部衔接测验：测验在PCA(Printed Circuh Assembly)内部衔接短路和开路问题。
(2)参数测验：首要是模仿特性、测验PCA中离散期间的参数。
(3)内部测验：测验混合电路的内部电路。
此规范描绘了混合总线的体系结构和规范协议，但没有给出详细的完结办法和技能。
2．1 混合信号电路的鸿沟扫描结构
对混合信号电路进行测验的计划是：混合电路中的数字部分，按IEEEl．149．1规范的规则进行鸿沟扫描测验；而对混合电路中的模仿部分，IEEEll49．4规范专门规则了特别的鸿沟扫描结构来完结模仿电路的鸿沟扫描测验，即完结模仿虚拟探针测验。它首要包含模仿测验拜访口ATAP(Analog Test Access Port)、模仿测验总线ATBx(Analog Test Bus,x=l，2)、模仿测验单元ABM(Analog Boundary Module)和测验总线接口电路TB%&&&&&% (Test Buslnference Circuit)等部分。混合信号电路的鸿沟扫描结构如图2所示。
TAP操控器、操控管脚(测验数据输入端口TDl、测验数据输出端口TD0、测验时钟TCK、测验办法挑选TMS)和数字鸿沟模块(DBM)是IEEEll49．1规范特征。TAP操控器是一个时序电路，由TMS和TCK信号驱动。TAP操控器供给了鸿沟扫描测验所需的悉数进程，包含：(1)供给信号将指令移入指令寄存器中。(2)供给信号将测验数据移入测验数据寄存器中，并把测验呼应数据从这些寄存器移出。(3)供给信号完结测验操作，如捕获、移位、更新测验数据等。
ABM是一种模仿电路鸿沟扫描单元，它具有由数字电路构成的移位寄存器、更新寄存器和操控逻辑。移位寄存器、更新寄存器用来进行数字信号的输入输出。操控逻辑的作用是操控模仿功用管脚上的概念开关，其开关结构如图3所示。
各模仿功用管脚经过ABM的概念开关矩阵和测验总线接口电路，与模仿测验拜访口ATl、A2相连。外界模仿测验鼓励可经过l或2条模仿信号通路施加到某l或2个模仿管脚上，模仿功用引脚上的模仿测验呼应也可经过另一条模仿测验通路输出到外界，由模仿测验呼应处理器处理。
鸿沟扫描测验受控体系的作业程序是：泓试主控体系发生满意IEEEll49．4协议的测验信号；将数字测验鼓励数据以串行办法由受控体系的TDI输入鸿沟扫描寄存器；将模仿测验鼓励给ATl；经过TMS发送测验操控指令，经TAP操控器操控数字和模仿鸿沟扫描单元完结测验数据的加载和测验呼应数据的收集。最终，数字测验呼应数据以串行扫描办法由TD0送出，模仿测验呼应数据由AT2送出，交由测验主控体系进行剖析处理。
2.2 测验主控体系体系结构
整个测验主控体系首要由宿主机、PCI接口电路、存储器组(包含测验程序存储器和测验呼应存储器)、测验主控器、恣意波形发生器和数据收集板组成，其结构凰如图4所示。
PCI总线能够完结PC机与外部元件的高速数据传输。PLX公司开发的PCl9054是一种PCI接口操控芯片，契合PCI部分总线规范V2．2，其峰值传输速率为132Mbps(32位PCI数据线)。存储器组用于寄存测验代码和测验呼应数据，由PCl9054和主控器同享拜访，即对存储器组的拜访包含PCI9054向存储器组写入测验代码和从存储器组读取测验呼应数据，以及主控器从存储器组中读取测验代码和向存储器组写入测验呼应数据。
可在主控器的规划中添加1个HOLD输入引脚，当HOLD为高电平时，使主控器的数据线和地址线变为高阻态。这样，依据体系的运转流程，当PCI9054向存储器组写入测验代码或从其读人测验呼应数据时，由于这些进程只发生在测验进行前或测验完毕后，能够使主控器的HOLD引脚为高电平，主控器的数据线与地址线为高阻态，而不影响PCl9054对存储器组的拜访。也便是说，PCI9054和主控器对存储器组的拜访选用了分时的准则，一起由于主控器的运转是由PC机经过PCI9054来操控的，所以PCI9054对存储器组的拜访相对优先。
主控器是本体系的中心部分，其首要功用包含：拜访存储器，将测验代码转换为满意IEEEll49．4规范的鸿沟扫描测验信号，进行数据比较等。所以主控器实践上是一个简略的RISC微处理器。主控器的体系结构由四部分组成：指令解说器、存储器接口，恣意波形发生器和数据收集板操控电路、供给鸿沟扫描测验接口信号的几AG接口。其存储器接口由16位数据线DB[15：O]和13位地址线AB[12：0]、写信号WR、读信号RD、复位信号RESET及时钟信号CLOCK组成。
整个主控体系的作业流程是：宿主机软件依据被测目标和测验图形生成主控器能够履行的测验代码并经过PCI总线传送到体系的存储器组中；接纳到开端测验信号后，主控器开端履行存储器中的代码，生成TCK、TMS信号给被测目标；直接生成数字测验鼓励数据给TD1，或由主控器送模仿鼓励起伏、频率等数据给恣意波形发生器，由波形发生器生成相应的模仿测验鼓励，经ATl脚给被测目标。
主控器接纳从TDO脚送入的数字测验呼应数据；数据收集板将AT2脚收集到的模仿测验呼应(包含起伏和相位信息)转换成数字数据送给测验主控器。主控器将这些呼应信号与预期信号进行比较，或将其存于存储器中。若比较成果与预期呼应不相符，即中止供给测验信号并向宿主机请求中止。存于存储器组中的数据能够经过PCI总线读回宿主机进行确诊，以查找出毛病的方位和原因。
3 剖析
(1)运用广义特征剖析进行毛病阻隔，从原理上讲是对电路进行功用测验，因而一般状况下是模仿实践电路作业环境。若作为机内自检的毛病阻隔，仅是毛病检测后的毛病阻隔，不需注入信号，则库函数的天然映射为单射这一条件可去掉．但作为电路单元(PCB)的测验，一般需参加鼓励信号。广义特征剖析法运用库函数映射的思维，将传统的各种毛病字典法进行一致描绘，并推行到各种模仿或数字电路的确诊中，因而测验设备应能满意恣意波形存储和恣意波形发生的要求。实践证明，该办法对模数混合电路的测验是可行的。
(2)在电路规划中将棍合电路分为可独自测验的模仿模块和数字模块，在测验时分别对模仿和数字部分进行测验。需求留意的是，即便模仿测验与数字测验的成果彻底合格，也并不标明电路没有毛病，由于二者间的衔接部分呈现一点过错，都会导致电路失效，所以不管全体功用与模块化的测验成果间有怎样确认的联系，在测验项目中，保存一些全体功用测验是有必要的。
(3)IEEEll49．4规范的混合信号测验总线计划对模仿信号的测验精确度现在还不能到达抱负水平。测验实践标明，1kΩ的电阻其丈量误差可操控在1％以下，电抗为1kΩ的电感和%&&&&&%，其丈量误差可操控在5％以下；其他分立元件参数值的丈量误差会更大。混合信号电路中．分立元器材的参数值随运用时刻的推移而发生改变，这也给毛病确诊带来很大的困难。别的，关于高频或射频混合信号电路，IEEEll49．4规范的运用遭到约束。
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