专利名称：一种可扩展型边界扫描测试系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电子设备的边界扫描测试技术领域，具体涉及一种可扩展型边界扫描测试系统。
背景技术：
随着封装技术、微组装技术及裸芯片技术的发展与广泛应用，电路系统朝着高密度、高速度、高可靠和微型化方向快速发展。军事电子装备中已大量使用高密的PCB(Printed Circuit Board, PCB)、MCM (Multi-Chip Module, MCM)、板上系统 SoB (Systemon Board, SoB)、片上系统SoC (System on Chip, SoC)和裸芯片等新工艺和新技术的高密度系统集成组件，从而显著改善了军事电子装备的性能。这些军事电子装备在功能、技术指标和可靠性得到很大程度提高的同时，测试和维修的难度也大大增加，常规物理探针手段已经难以完成这些复杂系统的测试，因此迫切需要解决高密度复杂电子设备的测试问题，提高与改善电路系统的可测性与可维护性。边界扫描测试技术以其特有的“虚拟探针”功能，为解决高密度系统集成组件的测试难题提供了强有力的手段。边界扫描测试技术以IEEE1149.X系列标准的颁布和应用为标志，是一种得到了广泛应用并不断快速发展的主流可测性设计技术。IEEE1149.X系列标准是国际上在上世纪九十年代到本世纪初形成的一种电子系统可测性设计标准，该系列标准规范了边界扫描测试结构，涵盖了数字电路边界扫描测试(IEEE1149. I)、数模混合电路边界扫描测试(IEEE1149. 4)、模块测试与维护总线(IEEE1149. 5)以及高速数字电路边界扫描测试(IEEE1149. 6)等内容，该系列标准的应用是提高电路系统可测性的主流技术，其中的 IEEEl 149. I 标准，也称 JTAG (Joint Test Action Group，JTAG)标准，JTAG 标准因其所需提供额外可测性成本低、方便高效等特点而成功应用，提高了军事电子装备系统集成组件的可测性和可维护性。目前大部分大规模器件如FPGA、DSP和微处理器等都支持边界扫描接口，可在一定程度上完成复杂电路系统的可测性设计，但在国内支持IEEE1149. X系列标准的通用实用化边界扫描测试平台较少，且对边扫器件外围电路的测试覆盖率不高，测试通用性不强，亟需改进。

实用新型内容本实用新型的目的是提供一种可扩展型边界扫描测试系统，本测试系统不但可以适用于多种接口数字电路板的测试，而且本测试系统对单板测试覆盖不到的外围电路及接线也能进行有效的测试覆盖，从而扩大了数字电路板上边界扫描测试的覆盖范围，降低了测试成本。为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案一种可扩展型边界扫描测试系统，其包括如下组成部分测试计算机，用于依次通过以太网接口和以太网控制器向JTAG控制器发出测试指令，并依次通过以太网控制器和以太网接口接收自JTAG控制器处发送来的测试结果；JTAG控制器，用于接收测试计算机发送来的测试指令，并产生符合JTAG标准的JTAG测试向量，所述JTAG控制器通过JTAG接口与被测件上的边界扫描器件双向通信相连，所述JTAG控制器还通过边界扫描扩展模块与被测件上的接口连接器相连；边界扫描扩展模块，用于通过JTAG接口接收JTAG控制器发送来的JTAG测试向量并产生测试信号，边界扫描扩展模块对被测件发送用于测试覆盖被测件上的接口连接器处待测器件的测试信号及接收测试结果，所述测试结果通过JTAG接口传送至JTAG控制器；电源，用于向以太网控制器、JTAG控制器、边界扫描扩展模块提供用电。同时本实用新型还可以通过以下方式得以进一步实现优选的，所述JTAG控制器包括如下组成部分边界扫描控制器，用于依次通过以太网接口和以太网控制器接收测试计算机发送来的测试指令，并产生符合JTAG标准的JTAG测试向量，所述边界扫描控制器依次通过以太网控制器和以太网接口向测试计算机发送测试结果；所述边界扫描控制器还与JTAG路由器通过标准JTAG信号连接；JTAG路由器，用于通过多路JTAG接口与被测件上的JTAG接口对应相连，所述JTAG路由器控制所述多路JTAG接口向被测件和边界扫描扩展模块同时发送JTAG测试向量并采集测试结果，然后将所采集到的测试结果传送至边界扫描控制器；所述JTAG路由器与边界扫描扩展模块采用标准JTAG信号连接；电源与边界扫描控制器和JTAG路由器均为电连接。优选的，所述边界扫描扩展模块包括如下组成部分边界扫描器件，通过JTAG接口与JTAG路由器通信连接，接收来自边界扫描控制器的JTAG测试向量，并产生测试信号；边界扫描器件通过适配器向被测件发送测试信号，同时采集适配器转接来的被测件的测试结果，再依次通过JTAG路由器和边界扫描控制器将测试结果回传至测试计算机；适配器，用于使电源与被测件之间的电压信号相匹配和/或使边界扫描器件与被测件的接口连接器之间的电平信号相匹配；电源与边界扫描器件和适配器均为电连接。进一步的，所述适配器呈插条状，适配器的两端设置有电压转换部件，适配器的中部设置有电平转换部件。作为本实用新型的更进一步的技术方案，所述以太网接口、以太网控制器、边界扫描控制器、JTAG路由器、边界扫描器件、适配器、电源以及多路JTAG接口均整合安装在同一个测试底板上。所述边界扫描器件包括Altera公司的型号为EPF10K100 EBC356-3的FPGA，所述FPGA安置于测试底板中，通过接口连接器与适配器相连。本实用新型的有益效果I )、本实用新型中的JTAG控制器包括边界扫描控制器和JTAG路由器，所述JTAG路由器采用的是专业的JTAG系统级接口芯片所提供的单点接入到多扫描链结构，用于将边界扫描控制器的单路JTAG接口转换成多路，并可由边界扫描控制器同时控制。也即本实用新型中的JTAG路由器可以同时与多个JTAG接口相连以形成多个分支链路，还具有支持隔离的诊断能力，从而可以选择不同的分支链路进行测试。这种测试结构不但增加了边界扫描测试的灵活性，而且使得边界扫描控制器可以同时控制多条JTAG链，扩大了测试覆盖范围，实现系统级的边界扫描测试。2)、本实用新型中的边界扫描扩展模块包括边界扫描器件和适配器，所述边界扫描器件为宽电压接口器件，适用于LVTTL、TTL等各种电平；所述适配器的主要功能是将被测件的IO转接至测试底板上的边界扫描器件的边扫单元，从而使得测试计算机可以直接控制测试底板上的JTAG控制器，发送测试指令，并接收测试结果。针对不同接口的被测件，需要设计不同的适配器。适配器的设计一方面包括被测件接口连接器的转接，另一方面为连接关系的映射，适配器的设计可采用印制板的方式，也可采用电缆的方式连接，这样使得二次开发设计适配器的难度要远小于测试底板的设计。3)、本实用新型利用边界扫描测试中的互连测试，将被测件中的接口连接器通过适配器引入测试底板中的边界扫描器件，从而增加了边界扫描器件的覆盖范围，实现边界扫描测试覆盖率的扩大，同时也实现了对边界扫描测试中的单板测试覆盖不到的外围电路进行有效的测试覆盖。本扫描测试系统既可检测出被测件本身各集成电路之间的连线故障，又可检测出被测件的接口连接器的连接及接口电路的短路(桥接)、开路、固定逻辑等故障。

[0027]图I是本实用新型的结构示意图。[0028]图2是本实用新型的适配器原理框图。[0029]图3是本实用新型的边界扫描测试的工作状态图。[0030]图4是本实用新型的扩展电路板测试示意图。[0031]图5是本实用新型的扩展电缆测试示意图。[0032]图中标注符号的含义如下[0033]10 一测试计算机 20 —以太网接口30—-以太网控制器[0034]40—JTAG控制器 41 一边界扫描控制器42—-JTAG路由器[0035]50—边界扫描扩展模块 51—边界扫描器件52—适配器[0036]60—电源7 O — JTAG接口 80—测试底板90一被测件[0037]90A—被测电路板 90B—被测电缆 91 一接口连接器
具体实施方式
如图I所示，一种可扩展型边界扫描测试系统，其包括如下组成部分测试计算机10，用于依次通过以太网接口 20和以太网控制器30向JTAG控制器40发出测试指令，并依次通过以太网控制器30和以太网接口 20接收自JTAG控制器40处发送来的测试结果；JTAG控制器40，用于接收测试计算机10发送来的测试指令，并产生符合JTAG标准的JTAG测试向量，所述JTAG控制器40通过JTAG接口 70与被测件上的边界扫描器件双向通信相连，所述JTAG控制器40还通过边界扫描扩展模块50与被测件上的接口连接器相连；[0041 ] 边界扫描扩展模块50，用于接收JTAG控制器40发送来的JTAG测试向量并产生测试信号，边界扫描扩展模块50对被测件发送测试信号及接收测试结果，并将所采集到的测试结果传送至JTAG控制器40 ；电源60，用于向以太网控制器30、JTAG控制器40、边界扫描扩展模块50提供用电。在对被测件进行扫描测试时，电源60通过边界扫描扩展模块50向被测件提供用电。优选的，如图I所示，所述JTAG控制器40包括如下组成部分边界扫描控制器41，用于依次通过以太网接口 20和以太网控制器30接收测试计算机10发送来的测试指令，并产生符合JTAG标准的JTAG测试向量，所述边界扫描控制器41依次通过以太网控制器30和以太网接口 20向测试计算机10发送测试结果；所述边界扫描控制器41还与JTAG路由器42双向通信连接；JTAG路由器42，用于通过多路JTAG接口 70与被测件90上的JTAG接口对应相连，所述JTAG路由器42控制所述多路JTAG接口 70向被测件和边界扫描扩展模块50同时发送JTAG测试向量并采集被测件的测试结果，然后将所采集到的测试结果传送至边界扫描控制器41 ;所述JTAG路由器42与边界扫描扩展模块50采用标准JTAG信号连接；电源60与边界扫描控制器41和JTAG路由器42均为电连接。边界扫描控制器41为扫描测试系统的核心，其产生符合IEEEl 149. I标准的JTAG测试向量，以实现边界扫描测试操作。图I中的以太网接口 20也即RJ45接口能够实现网络物理层的连接，从而使扫描测试系统具有远程测试功能。优选的，如图I所示，所述边界扫描扩展模块50包括如下组成部分边界扫描器件51，通过JTAG接口与JTAG路由器42通信，接收自边界扫描控制器41处传送来的JTAG测试向量，并产生测试信号；边界扫描器件51通过适配器52向被测件90发送测试信号，同时采集适配器52转接来的被测件的测试结果，再依次通过JTAG路由器42和边界扫描控制器41将测试结果回传至测试计算机10 ；适配器52，用于使电源60与被测件90之间的电压信号相匹配和/或使边界扫描器件51与被测件90的接口连接器之间的电平信号相匹配；电源60与边界扫描器件51和适配器52均为电连接。进一步的，如图I所示，测试底板80上的边界扫描器件51包括Altera公司的FLEX10K系列型号为EPF10K100 EBC356-3的FPGA，该器件的输入输出管脚兼容2. 5V、3. 3V、5V多种电压标准，给适配器52的设计提供了较大的灵活性。如图3、4、5所示，所述边界扫描器件51上的FPGA通过接口连接器与适配器52相连。测试时，在测试底板80上将边界扫描器件51的JTAG链直接接入JTAG路由器42，其余JTAG接口接入被测件，这样边界扫描控制器41可同时控制测试底板80上的边界扫描器件51以及被测件上的边界扫描器件，使得二者形成通路，以完成对被测件90上的接口连接器处的接口电路的互连测试。将适配器52安装在测试底板80上时，可在测试底板80上设置插槽，并将适配器52装设在插槽中即可。进一步的，如图1、2所示，所述适配器52呈插条状，适配器52的两端设置有电压转换部件521，适配器52的中部设置有电平转换部件522。[0056]图2所示为适配器52的示意图，测试底板80给适配器52共提供两种电压类型直流5V及3. 3V，如果被测件上有特殊电压的供电需求，则需在适配器52上增加电压转换部件521以对被测件90供电。除了给被测件90供电之外，适配器52要对被测件90中的IO管脚与测试底板80的连接关系进行相应的映射，映射的主要原则为相同电平类型的信号才可直接连接，如果有特殊电平类型的信号，则需在适配器52中增加电平转换部件522以完成对该信号的测试覆盖。作为本实用新型的更进一步的技术方案，如图I所示，所述以太网接口 20、以太网控制器30、边界扫描控制器41、JTAG路由器42、边界扫描器件51、适配器52、电源60以及多路JTAG接口 70均整合安装在同一个测试底板80上。下面结合图3 5对本实用新型的工作过程做进一步说明。实施例I图3所示为本实施例的被测件的原理图，该被测件90中包括均支持国际标准IEEEl 149. I的2块FPGA及2块DSP芯片，所述2块FPGA及2块DSP芯片即为被测件上的边界扫描器件，被测件90上还包括2片RAM、一块NOR型FLASH及若干接口电路。接口电路I是将TTL电平转换成RS422电平通过对外接口送出，接口电路2是将外来的RS422电平的信号转换成TTL进入FPGA处理，接口电路3是双向TTL电平的缓冲器，接口电路4是双向LVTTL的缓冲器。所述接口电路I、接口电路2、接口电路3、接口电路4即为被测件90上的接口连接器处的待测器件。 若不借助本测试系统，单单对被测件90本身做边界扫描测试，则本被测件90上的接口电路是无法被测试和覆盖的。若借助本测试系统进行扫描测试，则被测件90能够全部被扫描测试及覆盖，从而使测试范围有较大提升。本实施例中适配器52的设计，需要将被测件90的接口电路1、2的RS422电平转化成TTL电平接至边界扫描器件51中FPGA，接口电路3、4的电平符合FPGA的接口电压范围，所以在适配器中将接口电路3、4直接接至边界扫描器件51中FPGA的IO管脚。图3中的JTAGO JTAG2均接入测试底板80上的JTAG路由器42，通过测试计算机10控制测试底板80上的边界扫描控制器41发出符合JTAG标准的JTAG测试向量并采集测试结果，最后送回测试计算机10分析。实施例2如图4所示，被测件为被测电路板90A，被测电路板90A上没有JTAG接口，当对被测电路板90A进行扫描测试时，将边界扫描器件51上的JTAGO接口接入测试底板80上的JTAG路由器42，通过测试计算机10控制测试底板80上的边界扫描控制器41发出符合JTAG标准的JTAG测试向量并采集测试结果，以实现对被测电路板90A上的ICl IC5的全部覆
至JHL ο本实施例中的适配器52无须设置电压转换部件521和电平转换部件522。实施例3如图5所示，被测件为被测电缆90B，被测电缆90B通过其接口连接器也即电缆连接器与适配器52相连，适配器52将被测电缆90B两端分别接入边界扫描器件51中的FPGA，这样可以测得被测电缆90B所有信号之间的短路、断路及虚短、虚断故障。综上所述，本实用新型为电路测试者提供了一种可扩展型边界扫描测试系统。该系统不仅仅适用于电路板的测试，还适用于电缆测试。对常规测试覆盖不到的外围电路可进行有效的测试覆盖，运用设计简单的适配器使得该测试系统适用于各种接口的数字电路，既提高了测试覆盖率，又降低了测试成本。
权利要求1.一种可扩展型边界扫描测试系统，其特征在于包括如下组成部分测试计算机(10)，用于依次通过以太网接口(20)和以太网控制器(30)向JTAG控制器(40)发出测试指令，并依次通过以太网控制器(30)和以太网接口(20)接收自JTAG控制器(40)处发送来的测试结果；JTAG控制器(40)，用于接收测试计算机(10)发送来的测试指令，并产生符合JTAG标准的JTAG测试向量，所述JTAG控制器(40)通过JTAG接口(70)与被测件上的边界扫描器件双向通信相连，所述JTAG控制器(40)还通过边界扫描扩展模块(50)与被测件上的接口连接器相连；边界扫描扩展模块(50 )，用于通过JTAG接口接收JTAG控制器(40 )发送来的JTAG测试向量并产生测试信号，边界扫描扩展模块(50)对被测件发送用于测试覆盖被测件上的接口连接器处待测器件的测试信号及接收测试结果，所述测试结果通过JTAG接口传送至JTAG控制器(40);电源(60)，用于向以太网控制器(30)、JTAG控制器(40)、边界扫描扩展模块(50)提供用电。
2.根据权利要求I所述的可扩展型边界扫描测试系统，其特征在于所述JTAG控制器(40)包括如下组成部分边界扫描控制器(41)，用于依次通过以太网接口(20)和以太网控制器(30)接收测试计算机(10)发送来的测试指令，并产生符合JTAG标准的JTAG测试向量，所述边界扫描控制器(41)依次通过以太网控制器(30)和以太网接口(20)向测试计算机(10)发送测试结果；所述边界扫描控制器(41)还与JTAG路由器(42)通过标准JTAG信号连接；JTAG路由器(42)，用于通过多路JTAG接口( 70)与被测件上的JTAG接口对应相连，所述JTAG路由器(42)控制所述多路JTAG接口(70)向被测件和边界扫描扩展模块(50)同时发送JTAG测试向量并采集测试结果，然后将所采集到的测试结果传送至边界扫描控制器(41);所述JTAG路由器(42)与边界扫描扩展模块(50)采用标准JTAG信号连接；电源(60)与边界扫描控制器(41)和JTAG路由器(42)均为电连接。
3.根据权利要求2所述的可扩展型边界扫描测试系统，其特征在于所述边界扫描扩展模块(50)包括如下组成部分边界扫描器件(51)，通过JTAG接口与JTAG路由器(42)通信连接，接收来自边界扫描控制器(41)的JTAG测试向量，并产生测试信号；边界扫描器件(51)通过适配器(52)向被测件(90)发送测试信号，同时采集适配器(52)转接来的被测件(90)的测试结果，再依次通过JTAG路由器(42)和边界扫描控制器(41)将测试结果回传至测试计算机(10)；适配器(52)，用于使电源(60)与被测件之间的电压信号相匹配和/或使边界扫描器件(51)与被测件的接口连接器之间的电平信号相匹配；电源(60)与边界扫描器件(51)和适配器(52)均为电连接。
4.根据权利要求3所述的可扩展型边界扫描测试系统，其特征在于所述适配器(52)呈插条状，适配器(52)的两端设置有电压转换部件(521)，适配器(52)的中部设置有电平转换部件(522)。
5.根据权利要求3或4所述的可扩展型边界扫描测试系统，其特征在于所述以太网接口(20)、以太网控制器(30)、边界扫描控制器(41)、JTAG路由器(42)、边界扫描器件(51)、适配器(52)、电源(60)以及多路JTAG接口(70)均整合安装在同一个测试底板(80)上。
6.根据权利要求5所述的可扩展型边界扫描测试系统，其特征在于所述边界扫描器件(51)包括Altera公司的型号为EPF10K100EBC356-3的FPGA安置于测试底板(80)中，通过接口连接器与适配器(52)相连。
专利摘要本实用新型属于电子设备的边界扫描测试技术领域，具体涉及一种可扩展型边界扫描测试系统。本测试系统包括电源、发出测试指令和接收测试结果的测试计算机、用于接收测试指令并产生JTAG测试向量的JTAG控制器，还包括用于扩大被测件扫描测试覆盖范围的边界扫描扩展模块，JTAG控制器通过各JTAG接口同时控制被测件及边界扫描扩展模块中的边界扫描器件，发出测试信号并将所采集到的测试结果通过JTAG控制器发送至测试计算机。本测试系统适用于电路板和电缆的测试，且可对常规测试覆盖不到的外围电路进行有效的测试覆盖，边界扫描扩展模块中的适配器使得本测试系统适用于各种接口的数字电路，既提高了测试覆盖率，又降低了测试成本。
文档编号G01R31/3185GK202735479SQ20122045933
公开日2013年2月13日 申请日期2012年9月11日 优先权日2012年9月11日
发明者尤路, 刘军, 夏勇, 张卿, 杨志谦 申请人:中国电子科技集团公司第三十八研究所