基于仿真的數(shù)字電路板自動(dòng)測試系統(tǒng).doc

2 基于LASAR仿真的數(shù)字電路測試生成自動(dòng)測試設(shè)備(ATE)主要用于提供一個(gè)實(shí)現(xiàn)電子裝備電路板維修測試與故障診斷的自動(dòng)化平臺(tái),其作用的發(fā)揮,是通過針對被測對象(UUT)編寫.*基于仿真的數(shù)字電路板自動(dòng)測試系統(tǒng)林志文1，郭麗華2，梅文仁1（1海軍電子設(shè)備維修測試研究中心,北京 100072;2海軍92146部隊(duì)31分隊(duì) , 廣東 湛江 524000）摘要：文章詳細(xì)描述了LASAR數(shù)字仿真軟件的測試數(shù)據(jù)生成流程和基于數(shù)字仿真的電路板自動(dòng)測試系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可以避免數(shù)字電路板測試維修過程中，電路板測試程序集人工開發(fā)和手工診斷帶來的錯(cuò)誤，最終有效地提高電路板診斷數(shù)據(jù)生成和測試診斷效率。關(guān)鍵詞：LASAR；數(shù)字仿真；故障診斷；自動(dòng)測試系統(tǒng)1 引言自動(dòng)測試系統(tǒng)（ATS）測試運(yùn)行環(huán)境TE測試程序集TPS自動(dòng)測試設(shè)備ATE診斷程序TP測試夾具ID測試文檔TPSD圖1 自動(dòng)測試系統(tǒng)組成框圖隨著微電子技術(shù)、通信技術(shù)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和大規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用，電子設(shè)備數(shù)字電路板級故障維修越來越復(fù)雜，測試難度越來越大，測試費(fèi)用越來越高4。據(jù)專家估計(jì)，當(dāng)前設(shè)備的測試成本已占到總成本的1/3，在這種形勢下，依賴人工分析和常規(guī)測試工具的電路板故障診斷和維修逐漸暴露其弱點(diǎn)，變得不現(xiàn)實(shí)也不經(jīng)濟(jì)，而基于自動(dòng)測試設(shè)備和測試程序集的電路板自動(dòng)測試系統(tǒng)逐漸受到工業(yè)界的青睞。采用自動(dòng)測試技術(shù)和自動(dòng)測試設(shè)備（ATE）實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的智能化檢測和故障診斷已經(jīng)在發(fā)達(dá)國家（如美國、德國等）日漸發(fā)展成熟起來，并成為從整體解決電子設(shè)備維修保障問題最經(jīng)濟(jì)有效的手段。目前，自動(dòng)測試系統(tǒng)（ATS）由三個(gè)主要部分組成1：自動(dòng)測試設(shè)備（ATE）、測試程序集（TPS）和測試運(yùn)行環(huán)境（TE），如圖1。其中ATE由測試/測量儀器、控制測試/測量設(shè)備和TPS運(yùn)行的主控計(jì)算機(jī)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、通信總線，接收器和系統(tǒng)軟件組成。TPS由被測電路板UUT診斷程序、連接ATE和UUT的測試夾具、引導(dǎo)測試操作和TPS執(zhí)行文檔組成；測試環(huán)境則包括ATS結(jié)構(gòu)說明、測試編程語言、開發(fā)工具、UUT設(shè)計(jì)需求的標(biāo)準(zhǔn)描述格式和測試方案信息組成。2 基于LASAR仿真的數(shù)字電路測試生成圖2 LASAR仿真軟件圖形用戶界面自動(dòng)測試設(shè)備（ATE）主要用于提供一個(gè)實(shí)現(xiàn)電子裝備電路板維修測試與故障診斷的自動(dòng)化平臺(tái)，其作用的發(fā)揮，是通過針對被測對象（UUT）編寫專門的測試程序和測試運(yùn)行環(huán)境來完成的。所以，高效的電路板測試程序集TPS開發(fā)是電路板故障維修的關(guān)鍵5。而原始電路板測試程序集開發(fā)完全依賴于開發(fā)人員的電路分析能力和維修經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)的測試程序集數(shù)據(jù)與程序不能分離，開發(fā)的效率也不高，所以尋找有效的測試程序集輔助開發(fā)工具是關(guān)鍵。圖3 基于LASAR數(shù)字仿真的電路板測試生成流程圖數(shù)字電路板仿真軟件LASAR（Logic Automatic Stimulus and Response 邏輯自動(dòng)激勵(lì)與響應(yīng)）是一個(gè)用于數(shù)字電路測試程序開發(fā)和邏輯分析的仿真軟件系統(tǒng)，由于它在數(shù)字電路測試程序開發(fā)領(lǐng)域有著突出的作用，人們習(xí)慣上將它稱為數(shù)字電路故障仿真軟件，該軟件已經(jīng)有了30多年的發(fā)展歷史，是由美國海軍提出并資助的一個(gè)研究項(xiàng)目，到70年代初成為TERADYNE公司的一個(gè)商業(yè)產(chǎn)品。其圖形用戶界面如圖2，通過LASAR仿真軟件系統(tǒng)，電路板測試工程師在初步理解被測試電路原理與設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，就可以根據(jù)功能測試需要寫出與電路邏輯功能相對應(yīng)的測試激勵(lì)，通過LASAR軟件的好板電路仿真，得到電路對這些測試激勵(lì)的實(shí)際響應(yīng)，即電路的好板仿真；另外，LASAR仿真軟件還提供電路板的故障仿真功能，測試工程師可以根據(jù)實(shí)際維修和診斷需要，人為或自動(dòng)在電路模型中插入故障點(diǎn)，再借助LASAR故障仿真得到電路板的故障響應(yīng)和故障特征，最終得到故障覆蓋率和隔離率指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對測試激勵(lì)做量化評估和電路的故障仿真?；贚ASAR數(shù)字仿真的電路板測試生成流程如圖3，整個(gè)流程分被測單元模型化、好板仿真、故障仿真和后處理四個(gè)大部分，下面對每一步輸入/輸出數(shù)據(jù)及內(nèi)部過程作介紹26：（1）電路仿真模型的建立建立仿真模型是仿真工作的第一步，包括器件模型和電路模型的建立。LASAR的電路模型（即網(wǎng)表）就是被測電路中所用器件之間的連接關(guān)系，其輸入方式有CAD系統(tǒng)轉(zhuǎn)換、原理圖提取、反向原理圖提取和手工輸入四種。LASAR器件模型提供電路板上器件的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)和輸入/輸出時(shí)序（延遲時(shí)間、建立時(shí)間和保持時(shí)間等），每一器件模型都由.las、.tfu、.fva和.fam四個(gè)文件組成。LASAR軟件包含4268個(gè)中小規(guī)模集成電路模型、593個(gè)大規(guī)模超大規(guī)模集成電路，429個(gè)可編程邏輯器件和185個(gè)ASIC/FPGA設(shè)計(jì)用宏單元，器件庫基本涵蓋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，現(xiàn)有國產(chǎn)電子裝備電路板器件模型基本上可以在LASAR庫中精確找到或找到替換器件模型。而對于復(fù)雜器件，如CPU、專用ASIC和VLSI,可以通過LASAR支持的兩類器件模型：硬件模型（如TERADYNE公司的D300和SYNOPSYS公司的ModelSource）和軟件模型（如SYNOPSYS公司的SMARTMODEL），通過LMACCESS和SWIFT接口來實(shí)現(xiàn)LASAR電路的嵌入式仿真。（2）數(shù)字電路的邏輯仿真（好板仿真）電路的邏輯分析包括功能分析和時(shí)序分析，而LASAR將兩者有機(jī)結(jié)合起來考慮，通過對電路板上每個(gè)器件進(jìn)行最壞定時(shí)分析、相關(guān)性分析和信號強(qiáng)度分析，確定UUT電路中是否存在時(shí)序冒險(xiǎn)或邏輯沖突錯(cuò)誤和電路設(shè)計(jì)是否符合預(yù)期的功能和性能的要求、確定仿真建立的模型、給定的激勵(lì)信號是否正確，最終經(jīng)過修改并刪除信號傳輸過程中引入的公共模糊區(qū)而獲得無故障（好板）電路的正確行為、時(shí)序及仿真響應(yīng)。在模擬過程中，SIMUL把被測板的每個(gè)結(jié)點(diǎn)對每條向量響應(yīng)都記錄下來，可以利用PERUSE以波形的方式來顯示各個(gè)結(jié)點(diǎn)對每條向量的響應(yīng)（即實(shí)現(xiàn)軟探筆的功能）。（3）數(shù)字電路的故障仿真故障仿真用于評價(jià)測試激勵(lì)的故障檢測能力。LASAR每次在被測試模型中插入故障類型，然后將測試激勵(lì)順序施加給被測試板模型，并將其響應(yīng)與好板相應(yīng)的響應(yīng)周期性地做比較，如果不匹配，LASAR認(rèn)為檢測出了這個(gè)故障，否則沒有。并在此基礎(chǔ)上得出故障覆蓋率和故障隔離率指標(biāo)。LASAR支持固定為0、固定為1、固定為Z、固定為X，開路為0、開路為1、開路為Z、開路為X，MOS開路、MOS短路和短路共11種故障。LASAR故障仿真給出的測試激勵(lì)對各種節(jié)點(diǎn)級故障的故障覆蓋率和總的故障指標(biāo)具體如下： （1）評價(jià)每條測試向量的故障檢測能力（按向量順序給出）： 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）報(bào)告對各種故障（如固定0和固定1）的覆蓋率及總的故障覆蓋率：+-+| 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）報(bào)告激勵(lì)可能探測的故障： * 19/1 51 15/1 23（4）報(bào)告激勵(lì)不能探測的故障： 1/1 1/1 3/1（4）國際標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字測試可交換格式DTIF（IEEE1445）數(shù)據(jù)測試數(shù)據(jù)生成LASAR數(shù)字電路仿真軟件SPECTRUM-9023 ATELsrimport程序圖4 基于Specdtrum-9023型自動(dòng)測試設(shè)備的電路板自動(dòng)測試系統(tǒng)LASAR后處理LSRTAP生成的TAP文件數(shù)據(jù)包括電路板功能測試、故障字典檢測和探筆引導(dǎo)診斷三種可獨(dú)立或混合的測試數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)格式已被IEEE制定為國際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字測試交換格式3（DTIFDigital Test Interchange Format），數(shù)據(jù)獨(dú)立于數(shù)字自動(dòng)測試程序生成器（DATPGDigital Automatic Test Program Generators）和測試系統(tǒng)，為基于數(shù)字仿真的TPS的開發(fā)和交付提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的信息內(nèi)容和數(shù)據(jù)格式，保證了LASAR開發(fā)的測試程序能100%滿足于后續(xù)不同自動(dòng)測試設(shè)備的使用。3 基于仿真和ATE的數(shù)字電路板自動(dòng)測試系統(tǒng)圖4是基于VXI總線為主體的Spectrum-9023型（VXI、GPIB和MX總線混合）自動(dòng)測試設(shè)備的電路板自動(dòng)測試系統(tǒng)和測試診斷平臺(tái)，Spectrum-9023型ATE完全支持LASAR生成的后處理文件。其過程是：首先應(yīng)用LASAR數(shù)字仿真軟件按照上述提到的測試數(shù)據(jù)開發(fā)程序，實(shí)現(xiàn)電路板的測試數(shù)據(jù)生成，再通過ATE（數(shù)字通道采用Teradyne M920、模擬采用Agilent儀器儀表）攜帶的Lsrimport工具把LASAR生成的標(biāo)準(zhǔn)DTIF文件TAP文件轉(zhuǎn)換成ATE測試本身支持的DTB（數(shù)字測試二進(jìn)制）文件進(jìn)行測試和診斷，測試程序運(yùn)行環(huán)境采用基于WEB頁的Teststudio軟件，整個(gè)測試過程不需要其它的人工干預(yù)，真正實(shí)現(xiàn)程序和測試的分離，有效地提高了電路板測試的自動(dòng)化程度和診斷效率。4 結(jié)束語隨著大規(guī)模集成電路在海軍新型電子裝備中的廣泛應(yīng)用，基于數(shù)字仿真的電路板測試與診斷必將成為測試開發(fā)技術(shù)的發(fā)展新方向。而LASAR以其精確全面的電路邏輯行為仿真能力、有效的測試激勵(lì)輔助分析能力、完善的電路建模能力、客觀的測試激勵(lì)評價(jià)能力和后處理生成的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，成為美國軍方驗(yàn)收數(shù)字電路測試程序集（TPS）的評測依據(jù)和數(shù)字測試程序開發(fā)的美國國防工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在國內(nèi)已得到眾多專家的關(guān)注，所以本文詳細(xì)描述了基于LASAR數(shù)字仿真的電路板測試數(shù)據(jù)生成流程，提出基于LASAR數(shù)字仿真的電路板故障診斷自動(dòng)測試系統(tǒng)，可以有效避免電路板維修測試過程中，人工開發(fā)電路板測試程序集和手工診斷帶來的錯(cuò)誤，進(jìn)而提高電路板診斷數(shù)據(jù)的精度和診斷測試的效率，促進(jìn)自動(dòng)測試技術(shù)和自動(dòng)測試設(shè)備在電路板維修領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和推廣。參考文獻(xiàn)1 Joint Technical Architecture vision 4.0R, Department of Defense,2002.2 LASAR V6.0 For Test