基于仿真的数字电路板自动测试系统.doc

2 基于LASAR仿真的数字电路测试生成自动测试设备(ATE)主要用于提供一个实现电子装备电路板维修测试与故障诊断的自动化平台,其作用的发挥,是通过针对被测对象(UUT)编写.*基于仿真的数字电路板自动测试系统林志文1，郭丽华2，梅文仁1（1海军电子设备维修测试研究中心,北京 100072;2海军92146部队31分队 , 广东 湛江 524000）摘要：文章详细描述了LASAR数字仿真软件的测试数据生成流程和基于数字仿真的电路板自动测试系统，利用该系统可以避免数字电路板测试维修过程中，电路板测试程序集人工开发和手工诊断带来的错误，最终有效地提高电路板诊断数据生成和测试诊断效率。关键词：LASAR；数字仿真；故障诊断；自动测试系统1 引言自动测试系统（ATS）测试运行环境TE测试程序集TPS自动测试设备ATE诊断程序TP测试夹具ID测试文档TPSD图1 自动测试系统组成框图随着微电子技术、通信技术及计算机网络技术的发展和大规模集成电路的广泛应用，电子设备数字电路板级故障维修越来越复杂，测试难度越来越大，测试费用越来越高4。据专家估计，当前设备的测试成本已占到总成本的1/3，在这种形势下，依赖人工分析和常规测试工具的电路板故障诊断和维修逐渐暴露其弱点，变得不现实也不经济，而基于自动测试设备和测试程序集的电路板自动测试系统逐渐受到工业界的青睐。采用自动测试技术和自动测试设备（ATE）实现对设备的智能化检测和故障诊断已经在发达国家（如美国、德国等）日渐发展成熟起来，并成为从整体解决电子设备维修保障问题最经济有效的手段。目前，自动测试系统（ATS）由三个主要部分组成1：自动测试设备（ATE）、测试程序集（TPS）和测试运行环境（TE），如图1。其中ATE由测试/测量仪器、控制测试/测量设备和TPS运行的主控计算机、转换开关、通信总线，接收器和系统软件组成。TPS由被测电路板UUT诊断程序、连接ATE和UUT的测试夹具、引导测试操作和TPS执行文档组成；测试环境则包括ATS结构说明、测试编程语言、开发工具、UUT设计需求的标准描述格式和测试方案信息组成。2 基于LASAR仿真的数字电路测试生成图2 LASAR仿真软件图形用户界面自动测试设备（ATE）主要用于提供一个实现电子装备电路板维修测试与故障诊断的自动化平台，其作用的发挥，是通过针对被测对象（UUT）编写专门的测试程序和测试运行环境来完成的。所以，高效的电路板测试程序集TPS开发是电路板故障维修的关键5。而原始电路板测试程序集开发完全依赖于开发人员的电路分析能力和维修经验，开发的测试程序集数据与程序不能分离，开发的效率也不高，所以寻找有效的测试程序集辅助开发工具是关键。图3 基于LASAR数字仿真的电路板测试生成流程图数字电路板仿真软件LASAR（Logic Automatic Stimulus and Response 逻辑自动激励与响应）是一个用于数字电路测试程序开发和逻辑分析的仿真软件系统，由于它在数字电路测试程序开发领域有着突出的作用，人们习惯上将它称为数字电路故障仿真软件，该软件已经有了30多年的发展历史，是由美国海军提出并资助的一个研究项目，到70年代初成为TERADYNE公司的一个商业产品。其图形用户界面如图2，通过LASAR仿真软件系统，电路板测试工程师在初步理解被测试电路原理与设计的基础上，就可以根据功能测试需要写出与电路逻辑功能相对应的测试激励，通过LASAR软件的好板电路仿真，得到电路对这些测试激励的实际响应，即电路的好板仿真；另外，LASAR仿真软件还提供电路板的故障仿真功能，测试工程师可以根据实际维修和诊断需要，人为或自动在电路模型中插入故障点，再借助LASAR故障仿真得到电路板的故障响应和故障特征，最终得到故障覆盖率和隔离率指标，实现对测试激励做量化评估和电路的故障仿真。基于LASAR数字仿真的电路板测试生成流程如图3，整个流程分被测单元模型化、好板仿真、故障仿真和后处理四个大部分，下面对每一步输入/输出数据及内部过程作介绍26：（1）电路仿真模型的建立建立仿真模型是仿真工作的第一步，包括器件模型和电路模型的建立。LASAR的电路模型（即网表）就是被测电路中所用器件之间的连接关系，其输入方式有CAD系统转换、原理图提取、反向原理图提取和手工输入四种。LASAR器件模型提供电路板上器件的内部逻辑结构和输入/输出时序（延迟时间、建立时间和保持时间等），每一器件模型都由.las、.tfu、.fva和.fam四个文件组成。LASAR软件包含4268个中小规模集成电路模型、593个大规模超大规模集成电路，429个可编程逻辑器件和185个ASIC/FPGA设计用宏单元，器件库基本涵盖了八十年代中期的通用器件和常用器件，如74系列和54系列、80286和Z80系列以前的CPU，现有国产电子装备电路板器件模型基本上可以在LASAR库中精确找到或找到替换器件模型。而对于复杂器件，如CPU、专用ASIC和VLSI,可以通过LASAR支持的两类器件模型：硬件模型（如TERADYNE公司的D300和SYNOPSYS公司的ModelSource）和软件模型（如SYNOPSYS公司的SMARTMODEL），通过LMACCESS和SWIFT接口来实现LASAR电路的嵌入式仿真。（2）数字电路的逻辑仿真（好板仿真）电路的逻辑分析包括功能分析和时序分析，而LASAR将两者有机结合起来考虑，通过对电路板上每个器件进行最坏定时分析、相关性分析和信号强度分析，确定UUT电路中是否存在时序冒险或逻辑冲突错误和电路设计是否符合预期的功能和性能的要求、确定仿真建立的模型、给定的激励信号是否正确，最终经过修改并删除信号传输过程中引入的公共模糊区而获得无故障（好板）电路的正确行为、时序及仿真响应。在模拟过程中，SIMUL把被测板的每个结点对每条向量响应都记录下来，可以利用PERUSE以波形的方式来显示各个结点对每条向量的响应（即实现软探笔的功能）。（3）数字电路的故障仿真故障仿真用于评价测试激励的故障检测能力。LASAR每次在被测试模型中插入故障类型，然后将测试激励顺序施加给被测试板模型，并将其响应与好板相应的响应周期性地做比较，如果不匹配，LASAR认为检测出了这个故障，否则没有。并在此基础上得出故障覆盖率和故障隔离率指标。LASAR支持固定为0、固定为1、固定为Z、固定为X，开路为0、开路为1、开路为Z、开路为X，MOS开路、MOS短路和短路共11种故障。LASAR故障仿真给出的测试激励对各种节点级故障的故障覆盖率和总的故障指标具体如下： （1）评价每条测试向量的故障检测能力（按向量顺序给出）： 4 6.1 + 0.0% * 5 6.9 + 0.0% * 6 19.3 + 0.0% * 7 21.1 + 0.0% * 8 25.6 + 0.0% *（2）报告对各种故障（如固定0和固定1）的覆盖率及总的故障覆盖率：+-+| F A U L T D E T E C T I O N S U M M A R Y |+-+-+-+-+-+-+| Fault | Faults | Faults Not | Possible | Definite | TOTAL | Category |Analyzed| Detected | Detection | Detection |COVERAGE|+-+-+-+-+-+-+|Stuck-at-0 | 326 | 2 0.6% | 0 0.0% | 324 99.4% | 99.38% |+-+-+-+-+-+-+|Stuck-at-1 | 341 | 4 1.2% | 0 0.0% | 337 98.8% | 98.82% |+-+-+-+-+-+-+| TOTAL | 667 | 6 0.9% | 0 0.0% | 661 99.1% | 99.10% |+-+-+-+-+-+-+（3）报告激励可能探测的故障： * 19/1 51 15/1 23（4）报告激励不能探测的故障： 1/1 1/1 3/1（4）国际标准的数字测试可交换格式DTIF（IEEE1445）数据测试数据生成LASAR数字电路仿真软件SPECTRUM-9023 ATELsrimport程序图4 基于Specdtrum-9023型自动测试设备的电路板自动测试系统LASAR后处理LSRTAP生成的TAP文件数据包括电路板功能测试、故障字典检测和探笔引导诊断三种可独立或混合的测试数据，该数据格式已被IEEE制定为国际标准数字测试交换格式3（DTIFDigital Test Interchange Format），数据独立于数字自动测试程序生成器（DATPGDigital Automatic Test Program Generators）和测试系统，为基于数字仿真的TPS的开发和交付提供了一种标准的信息内容和数据格式，保证了LASAR开发的测试程序能100%满足于后续不同自动测试设备的使用。3 基于仿真和ATE的数字电路板自动测试系统图4是基于VXI总线为主体的Spectrum-9023型（VXI、GPIB和MX总线混合）自动测试设备的电路板自动测试系统和测试诊断平台，Spectrum-9023型ATE完全支持LASAR生成的后处理文件。其过程是：首先应用LASAR数字仿真软件按照上述提到的测试数据开发程序，实现电路板的测试数据生成，再通过ATE（数字通道采用Teradyne M920、模拟采用Agilent仪器仪表）携带的Lsrimport工具把LASAR生成的标准DTIF文件TAP文件转换成ATE测试本身支持的DTB（数字测试二进制）文件进行测试和诊断，测试程序运行环境采用基于WEB页的Teststudio软件，整个测试过程不需要其它的人工干预，真正实现程序和测试的分离，有效地提高了电路板测试的自动化程度和诊断效率。4 结束语随着大规模集成电路在海军新型电子装备中的广泛应用，基于数字仿真的电路板测试与诊断必将成为测试开发技术的发展新方向。而LASAR以其精确全面的电路逻辑行为仿真能力、有效的测试激励辅助分析能力、完善的电路建模能力、客观的测试激励评价能力和后处理生成的标准数据格式，成为美国军方验收数字电路测试程序集（TPS）的评测依据和数字测试程序开发的美国国防工业标准，在国内已得到众多专家的关注，所以本文详细描述了基于LASAR数字仿真的电路板测试数据生成流程，提出基于LASAR数字仿真的电路板故障诊断自动测试系统，可以有效避免电路板维修测试过程中，人工开发电路板测试程序集和手工诊断带来的错误，进而提高电路板诊断数据的精度和诊断测试的效率，促进自动测试技术和自动测试设备在电路板维修领域的广泛应用和推广。参考文献1 Joint Technical Architecture vision 4.0R, Department of Defense,2002.2 LASAR V6.0 For Test