3.5.3. Устройство встроенного поблочного диагностирования логических схем (bilbo)

Универсальный элемент BILBO можно использовать как в схемах со сканированием данных, так и в самотестируемых схе­мах на основе сигнатурного анализа. Элемент способен выпол­нять несколько различных функций в соответствии со значения­ми сигналов на двух входах, управляющих режимами работы. Общая схема 4-разрядной структуры BILBO показана на рис. 3.23.

Рис. 3.23. Базовый элемент BILBO

По существу, элемент BILBO представляет собой многорежимный сдвиговый регистр с дополнительными возможностями ис­пользования линейной обратной связи. Управление четырьмя ре­жимами функционирования, которые показаны на рис. 3.24 —3.27, осуществляется с двумя управляющими входами С1 и С2.

Рис. 3.24. Режим начальной установки. С1=0, С2=1

На рис. 3.24 показан режим начальной установки при условии С1=0, С2=1. В этом режиме на входе каждого D-триггера фик­сируется 0, и, следовательно, каждый триггер может быть уста­новлен в состояние 0.

Рис. 3.25. Режим нормального функционирования: С1=1, С2=1

На рис. 3.25 показан режим нормального функционирования, соответствующий

С1=1, С2=1. Все триггеры независимы, и для каждого из них отдельно информация вводится по входам и счи­тывается с выходов Q.

Рис. 3. 26. Режим сканирования: С1=0, С2=0

Режим сканирования данных иллюстрируется рис. 3.26 и со­ответствует С1=0, С2=0. Необычной здесь является инверсия данных между разрядами сдвигового регистра, однако при ска­нировании данных это не вызывает каких-либо проблем.

Наконец, на рис. 3.27, показан режим, в котором элемент BILBO может использоваться либо как генератор псевдослучай­ных последовательностей, либо как 'многоканальный сигнатурный анализатор. Этому режиму соответствуют значения управляющих входных сигналов С2=0, С1=1.

Рис. 3. 27. Режим LFSR: С1=1, С2=0

В качестве псевдослучайных последовательностей схема может генерировать последователь­ность, описанную ранее (см. рис. 3.19), при условии, что:

а) начальные состояния триггеров (Ql, Q2, Q3, Q4) не все одновременно равны нулю;

б) на входы Zl, Z2, 23 и Z4 поданы нули.

К сожалению, в режиме начальной установки на выходах триггеров Ql, Q2, Q3 и Q4 устанавливается 0. Приемлемой для этого режима начальной установкой является следующая: Z1 = Z2 = Z3 = 0, Z4 = 1. При этих условиях сдвиговый регистр с линейной обратной связью генерирует, как и ранее, 15 псевдослу­чайных наборов (но в другой последовательности), а блокирую­щим набором в этом случае является 1110.

В качестве сигнатурного анализатора элемент BILBO может работать в двух режимах — с последовательным и параллель­ным вводом данных. При последовательном вводе считываемые данные подаются на вход Z1, при этом Z2=Z3=Z4=0. При па­раллельном вводе считываемые данные поступают на некоторые или все входы Z одновременно. Теория многоканальных сигна­турных анализаторов достаточно сложна и не рассматривается в этой книге. На практике свойства многоканального сигнатур­ного анализатора подобны свойствам сдвигового регистра с ли­нейной обратной связью, имеющего один вход. Действительно, такой регистр с одним входом можно рассматривать как частный случай сдвигового регистра с линейной обратной связью с парал­лельными входами, двоичные последовательности на входах ко­торого Z2, Z3,.. состоят из логических нулей.

3.5.4. ЭЛЕМЕНТ BILBO В СХЕМАХ СО СКАНИРОВАНИЕМ ДАННЫХ И САМОТЕСТИРОВАНИЕМ

Элемент BILBO можно использовать в схемах, реализующих метод сканирования LSSD, в качестве сдвигового регистра в структуре при условии, что приняты меры для исключения состя­заний. Это означает, что для схемы BIBLE, в которой использу­ются D-триггеры с динамическим управлением, а не чувствитель­ные к уровню тактового сигнала триггеры типа «ведущий—ве­домый», структура всего устройства должна быть аналогична структуре LSSD с одноступенчатыми триггерами-защелками, как видно из рис. 3.28.

Блоки В1 и В2 схемы BILBO управляются независимо свои­ми собственными тактовыми импульсами CLK(l) и CLK(2) и от отдельных шин управления режимами работы С1 1, С2 1 и С1 2, С2 2. Аналогично разделены пути сканирования данных, как по­казано на рисунке. В режиме нормального функционирования на обе пары управляющих входов подается логическая 1. В режи­ме тестирования используется метод, основанный на сканиро­вании.

При этом для проверки исправности N1 выполняются следу­ющие операции:

1) установить блок В1 в режим нормального функциониро­вания;

2) установить блок В2 в режим сканирования данных:

3) стробировать последовательно вводимый в блок В2 тесто­вый набор;

4) подать выходные сигналы Y2 и ПВх 1 на вход блока N1;

5) зафиксировать выходные сигналы N1 путем записи в

блок В1;

6) перевести блок В1 в режим сканирования;

7) стробировать последовательно выводимые данные из бло­ка В 1 и проверить их правильность;

8) возвратиться к шагу 1, если еще имеются тесты.

Рис. 3.28. Метод сканирования, основанный на ис­пользовании элементов BILBO

Для тестирования подсхемы N2 в описанной процедуре следу­ет поменять местами названия блоков В1 и В2.

При методе сигнатурного тестирования используются свойст­ва сдвигового регистра с линейной обратной связью элемента BILBO и выполняются следующие операции:

Для проверки исправности блока N1:

1) установить блок В1 в режим многоканального сигнатурно­го анализатора;

2) установить блок В2 в режим генератора псевдослучайных

последовательностей;

3) подать некоторое число тестовых наборов на вход блока N1, используя выходные комбинации блока В2 и, если необходи­мо, ПВх1;

4) накапливать в блоке В1 сигнатуру реакций блока N1;

5) по завершении процедуры перевести блок В1 в режим ска­нирования и стробировать последовательно выводимый результат (или обеспечить параллельный вывод для сравнения с эталоном).

Для проверки исправности блока N2 в описанной процедуре следует поменять местами названия блоков В1 и В2.

Основное преимущество сигнатурного метода тестирования перед сканирующим заключается в сокращении времени тести­рования. Недостатком метода сканирующего тестирования явля­ется необходимость постоянного переключения режимов нормального функционирования и сканирования данных для одного из элементов BILBO. Кроме того, следует учитывать затраты вре­мени на последовательный ввод и вывод данных в режимах ска­нирования.

В методе сигнатурного тестирования первый недостаток отсут­ствует, а второй можно исключить, если выходы триггеров каждого элемента BILBO сделать первичными.

Приведем еще некоторые замечания относительно метода сиг­натурного тестирования.

А. На шаге 2 желательно было бы управлять значениями сигналов на входах Z блока В1, чтобы обеспечить максимальную длину псевдослучайной последова­тельности. (Напомним, что набор Z1=Z2=Z3=0, Z4=1 обеспечивает длину в 15 тестов. Другая начальная установка входов z такой длины не обеспечит.)

Б. На шаге 3 предполагалось подать некоторое число псев­дослучайных тестов. Поэтому возникает очевидный вопрос о том какое число тестовых наборов считать достаточным. Оно ограничено числом разрядов генератора псевдослучайных последователь­ностей и допустимым временем тестирования. Принимая во внимание эти ограничения, можно ответить, что для максимизации уровня покрытия неисправностей число тестовых наборов долж­но быть как можно больше. Для n-разрядного сдвигового региcтра с линейной обратной связью максимальное число различных псевдослучайных наборов равно 2ⁿ-1. После этого цикл повторяется (как показано на рис. 3.19) Вообще, предпочтительнее ис­пользовать восьми-, а не четырехразрядные элементы BILBO с обратной связью такого типа, как показано на рис. 3.29.

Рис. 3.29 Восьмиразрядный элемент BILBO с типовой структу­рой цепей обратной связи

В заключении на рис. 3.30 показано, как можно использовать элементы BILBO для построения самотестируемых схем осно­ванных на применении сигнатурного анализа. Схема состоит из следующих компонентов: В1 - элемент схемы BILBO использу­емый как генератор псевдослучайных тестовых воздействий; В2— Другой элемент схемы BILBO, который обычно в режиме нор­мального функционирования является частью всего устройства, но в режиме тестирования функционирует как многоканальный анализатор, принимающий двоичные данные и формирующий сигнатуры входных последовательностей.

Декодер-компаратор де­кодирует сигналы с выходов элемента В2 (если отсутствует не­посредственная проводная связь с элементом В2, то наиболее подходящим местом подключения является точка разрыва цепи обратной связи) и осуществляет сравнение с множеством пред­определенных эталонов. Декодер на одиночном выходе выраба­тывает сигнал «исправно» или «неисправно» в зависимости от ре­зультата сравнения. Двоичный суммирующий счетчик устанав­ливается в начальное состояние 0 и управляет числом тактовых импульсов, подаваемых на элементы В1 и В2, когда эти элемен­ты находятся в режиме тестирования.

Рис. 3.30. Самотестируемая схема на основе элементов BILBO: для упрощения схемы шины управления, системных тактовых импульсов, сброса и установки не приведены

Процесс тестирования достаточно прост. Элемент В1 генери­рует установленное число псевдослучайных тестовых наборов, по­даваемых на вход блока N. Выходная реакция блока N путем стробирования вводится в элемент В2, где формируется ряд сигнатур. Заметим, что элементы В1 и В2 функционируют согласно разным фазам тактового сигнала. Поэтому максимальная ско­рость функционирования определяется предсказанным худшим случаем времени задержки сигнала в блоке N. По завершении отсчета установленного числа тестовых тактов на выходе «конец счета» счетчика тактов появится 1, которая запрещает дальней­шее поступление тактовых импульсов и дает разрешение индици­ровать выходной сигнал декодера одним из двух светодиодов.

В случае, когда тест прошел, что соответствует состоянию «исправ­но», на выходе декодера устанавливается 1 и зажигается зеленый светодиод; при состоянии «неисправно» (тест не прошел) на вы­ходе декодера появляется 0 и включается красный светодиод. По существу, схема на рис. 3.30 представляет собой более разверну­тый вариант самотестируемой схемы, приведенной на рис. 3.22 (вариант 3).