NL8004176A - Inrichting voor het testen van een schakeling met digitaal werkende en kombinatorisch werkende onderdelen. - Google Patents

Description

* -* ( * PHN 9799 1 N.V. PHILIPS' GLOEILAMPENFABRIEKEN TE EINDHOVEN.

"Inrichting voor het testen van een schakeling met digitaal werkende en kcmbinatorisch werkende onderdelen".

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

De uitvinding betreft een voor het verwerken van digitale signalen middels kcmbinatorisch werkende en sekwentiêel werkende logische elementen, waarbij voor het testen van de inrichting uit genoemde 5 sekwentieel werkende elementen een eerste schuifregister vormbaar is met een eerste serie-ingang, een eerste serieuitgang, een eerste parallel-uitgang cm een opgeslagen datapatroon aan verdere elementen van de schakeling ter bewerking toe te voeren en een eerste parallel-ingang om vervolgens een resultaat-patroon van genoemde bewerking te ontvangen, 10 en waarbij met genoemde eerste serie-ingang een testpatroongenerator en met genoemde eerste serie-uitgang een verif ikatie-inrichting is verbonden. Bij een kcmbinatorisch werkend logisch element geeft een verandering van een ingangssignaal al of niet een verandering van een uitgangssignaal, maar onafhankelijk van het ogenblik waarop eerstgenoemde veran-15 dering optreedt. In een sekwentieel werkend logisch element zijn zékere geheugenfunkties vertegenwoordigd: êên of meer interne toestanden van het element bezitten een zekere persistentie. Deze kunnen dan, afhankelijk van de ingangssignalen en van de interne toestand zelf niet steeds direkt worden veranderd (wêl bijvoorbeeld als een volgende klok-20 pulsperiode begint, na een zekere vertraagtijd, en dergelijke). Een inrichting volgens de aanhef is bekend uit een artikel door M.J.Y.

Williams en J.B. Angell, "Enhancing testability of large-scale integrated circuits via test points and additional logic," IEEE, Tr.

Computers, Vol. C 22, jan. 1973, p. 46-60. Door deze techniek kunnen de 25 sekwentieel werkende elementen van het eerste schuifregister telkens een wêl gedefinieerde beginstand krijgen. Het is in bepaalde gevallen een gekompliceerd probleem om een data-patroon van grote lengte volledig te verificeren: het is daarom voordelig om een resultaat-patroon van grote lengte om te zetten in een sekundair patroon van kleinere 30 lengte. Als in het resultaat-patroon een afwijking optreedt is het in vele gevallen mogelijk om de aard van de fout in de schakeling te de-tekteren. Dikwijls is men in deze laatste informatie niet geïnteresseerd, 800 4176 ψ * S. '-, ΡΗΝ 9799 2 bijvoorbeeld bij het testen van zojuist gereed gekomen produkten.

In dat geval is veelal de informatie ,,goed,,/,,slecht" voldoende, en deze is in het sekundair patroon dan gewoonlijk nog aanwezig. Voor het testen van een schakeling worden verder vaak een aantal testpatronen 5 gebruikt die elk hun eigen resultaatpatroon teweegbrengen. Het ontwerpen van zo'n reeks testpatronen is een gekcmpliceerde zaak, omdat bij voorkeur de verschillende testpatronen ook telkens verschillende deel-funkties van de schakeling moeten testen. Verder is het evalueren van een groot aantal resultaatpatronen een tijdrovende zaak. Toch moet 10 vaak het aantal testpatronen relatief groot zijn: als het aantal te klein is zullen dikwijls defekte schakelingen ten onrechte worden goedgekeurd.

SAME3WMTIN3 VAN DE UITVINDING.

Het is een doelstelling van de uitvinding cm een inrichting 15 zoals beschreven op eenvoudige wijze te kunnen testen, waarbij toch de kans op ongedetekteerde fouten klein is. De uitvinding realiseert de doelstelling doordat hij het kenmerk heeft dat de verifikatieinrich-ting een tweede schuifregister bevat met een tweede serie-ingang en een tweede serieuitgang, dat genoemde tweede serieingang is gekoppeld 2o met de eerste serie-uitgang, dat het tweede schuifregister vanuit de tweede serie-uitgang voorzien is van een terugkcppelschakeling cm middels tenminste één Exclusief-OF-element een voortlopend meerbits scnpatroon van de achtereenvolgens ontvangen resultaatpatronen te vormen, dat genoemde eerste serie-ingang verbonden is met een uitgang van genoemde 25 terugkoppelschakeling ter realisering van genoemde testpatroongenerator, dat voorts een uitgang van genoemd tweede schuifregister tesamen met een uitgang van een verifikatiepatroongenerator qp een vergelijkelement is aangesloten, dat genoemd eerste en tweede schuifregister voorzien zijn van middelen cm voor het begin van een test een initieel sig-3Q naalpatroon te ontvangen en dat de verifikatieinrichting voorzien is van een aktiverings ingang cm aan het eind van een test een aktiverings-signaal te ontvangen. De lengte van het tweede schuifregister kan beperkt zijn, in elk geval vaak aanzienlijk kleiner dan die van het eerste schuifregister: daardoor is de verifikatie eenvoudig. Verder is 35 het vormen van een voortlopend scnpatroon door middel van een terugkoppeling met Exclusief-OF-funktie voordelig: daardoor wordt uit een enkel begin-testpatroon een reeks testpatronen gevormd die onderling pseudo-

80 0 4 1 7S

& .* * It PHN 9799 3 onafhankelijk zijn: het blijkt dat ook met een op zo'n manier gevormde reeks testpatronen snel een groot aantal fouten gedetekteerd kan worden.

Het is voorts gunstig als genoemde terugkoppelschakeling bestaat uit een enkele EXCLUSIEF-OF-poort die de uitgangssignalen van eer-g ste en tweede schuif register ontvangt. Dit levert een zeer eenvoudige realisatie. Daarentegen is het ook mogelijk extra terugkoppelingen aan te brengen, bijvoorbeeld op de wijze van een maximumr-lengte-schuifregister.

BESCHRIJVING VM DE VOORKEÜRSUITVOERING.

10 De uitvinding wordt nader beschreven aan de hand van een en kele figuur. Deze geeft het schema van een inrichting volgens de uitvinding. De te testen schakeling bevat kcmbinatorisch werkende en sekwentieel werkende logische elementen. In het uitvindingsvoorbeeld zijn alle sekwentieel werkende logische elementen samenvoegbaar in het 15 schuifregister 30 van 12 bits. In vele gevallen zal een te testen schakeling een veel groter aantal tot een schuifregister aaneen te voegen trappen bevatten; het aantal kan volkanen willekeurig zijn. Het blok 28 stelt voor de rest van de te testen schakeling, dus kcnibina-torisch werkende logische elementen en eventueel verdere sekwentieel 20 werkende logische elementen die niet in het schuifregister 30 zijn opge-nomen. Deze laatste zijn dan op andere manier initialiseerbaar, bijvoorbeeld met een op zichzelf bekend terugstelsignaal. De te testen schakeling bestaat uit de gedeelten 28 en 30. De funktie van deze schakeling kan van allerlei aard zijn. De realisatie kan zijn als een separate 25 geïntegreerde schakeling, een kombinatie van geïntegreerde schakelingen, of een hybrideschakeling, een en ander bijvoorbeeld opgencmen in een module van het type DIP. Anderzijds kan de realisatie ook als een plaat met gedrukte bedrading zijn en daarop een hoeveelheid geïntegreerde schakelingen en eventueel diskrete bouwstenen. De hierna te bespreken test-30 schakeling kan met de gedeelten 28, 30 zijn samengebouwd: dan kan ook echter de signaaltoevoer naar, respektievelijk signaalafvoer van de schakeling niet volledig getest worden. In veel gevallen zal de testschake-ling annex verifikatieinrichting dan ook een afzonderlijke inrichting zijn die in staat is on allerlei soorten schakelingen te testen: deze 35 maakt dan deel uit van een fabrikageproces. Aan het begin van de test wordt het eerste testpatroon geladen in het schuifregister 30. Dit gaat dus als volgt.

Aan het begin van de text verschijnt een terugstelsignaal, dat bijvoor- 800 4 1 76 ΡΗΝ 9799 4 beeld manueel wordt gepresenteerd op klem 22. Daardoor wordt flipflop 50 in een eerste stand gesteld cm schakelaar 48 in de onderste stand te sturen. Verder worden de schuifteller 24 en de patroonteller 26 qp hun beginstand (0) teruggesteld. Op de ingang van schuif register 5 34 verschijnt dan het signaal van kien 52. Dit kan een reeks kodebits betreffen, maar het kan ook een vaste waarde zijn, dus voortdurend "O" of "1". Het terugstelsignaal kan ook, indien nodig, de klok 20 aktiveren. In een andere uitvoering kan dit een vrij lopende klok zijn. De schuif teller 24 heeft twintig standen (de scm van het aantal 10 bit-trappen van de schuifregisters 30 en 34), en is geschikt on onder besturing van de klok 20 voortdurend rond te tellen. De teller 24 geeft telkens na 20 standen te zijn voortgeschakeld een uitgangs-overdrachtsignaal qp lijn 44. Het schuifregister 30 is opgebouwd uit qp zichzelf bekende meester/slaaf-trappen. Als het overdrachtsuitgangs-15 signaal op lijn 44 afwezig is wordt in de ene helft van de klokpulspe-riode de informatie opgencmen in het meestergedeelte van de flipflops; in de andere helft van de klokpusperiode wordt de informatie opgenomen in het eerstvolgende slaafgedeelte van de flipflops. Zo bevat dit schuifregister 12 meester-trappen en eveneens 12 slaaf-trappen. Zo wor-20 den in de eerste 20 klokperiodes de informaties van klem 52 via schakelaar 48 ingeschoven in de in serie geschakelde schuifregisters 34 en 30. In al deze standen wordt de inhoud van schuifregister 30 tevens aan de schakeling 28 gepresenteerd. Eenvoudshalve zijn slechts zes aansluitingen aangegeven. De uitgangssignalen van schakeling 28 worden daar-25 bij tevens aan de respéktievelijke trappen van het schuifregister gepresenteerd; ook nu zijn eenvoudshalve slechts zes aansluitingen aangegeven. Zolang als het overdrachtssignaal qp lijn 44 niet aanwezig is worden de uitgangssignalen van schakeling 28 niet opgencmen. Als stand 20 is bereikt verschijnt gedurende ½ klokpulsperiode het uitgangs-30 overdrachtsignaal van teller 24. Dan bestuurt dit het schuifregister 30 zo, dat de uitgangsinformatie van de schakeling 28 wordt qpge-nomen in plaats van die van de voorgaande meester, respektievelijk slaaf-trap. Zo nodig wordt (niet aangegeven) nog een synchroniserende klokpuls aan de schakeling 28 toegevoerd. Het overdrachtssignaal op lijn 44 wordt 35 verder toegevoerd aan de patroonteller 26 en aan de flipflop (heen-stel/terugstel-flipflop) 50. De atroonteller 26 telt telkens een stap verder. De flipflop 50 wordt bij de eerste ontvangst van het uitgangsoverdrachtsignaal van teller 24 ongesteld: daarna blijft schake- 800 4 1 76 < ^ PHN 9799 5 laar 48 gedurende de rest van de test in de bovenste stand. Dan zijn de schuifregisters 30 en 34 dus rondgekoppeld. In tegenstelling tot het bovenstaande is het ook mogelijk dat de toevoer van het testpatroon aan schakeling 28 en de ontvangst en opslag van het resultaat patroon 5 door een extra klokpuls wordt bestuurd.

Onder besturing van elke volgende reeks van 20 klokpulsperio-den wordt zo telkens een testpatroon in schuifregister 30 opgeslagen, toegevoerd aan schakeling 28 en het resultaatpatroon heropgeslagen.

Daarbij is de uitgang van schuifregister 34 via EXCLUSIEF-10 OF-poort 32 teruggekoppeld op zijn eigen ingang. Dat betékent, dat de inhoud van schuifregister 34 bepaald is door alle resultaten van de aan schakeling 28 toegevoerde testpatronen. Als door een defekt een bit van een resultaat verkeerd was, blijft dit in de inhoud van schuifregister 34 detekteerbaar. Als meer bitfouten optreden, kunnen ze elkaar 15 kampenseren. A priori is echter de kans dat een defékte schakeling 28 na het verwerken van een groot aantal testpatronen toch de juiste inhoud in schuifregister 34 genereert, klein. Bij een geheel stochastisch geval en een lengte van schuifregister 34 van 8 bits is deze kans

O

slechts 1:2. Bij elke cyclus van 20 klokpulsen wordt dus de stand van 9Π de patroonteller 24 opgehoogd. In een voorafbepaalde tellerstand verschijnt dan op lijn 60 een uitgangsoverdrachtssignaal ten teken dat de testoperatie is voltooid. De schakeling bevat voorts een verifikatiepa-troon generator 38. Dit is bijvoorbeeld een register dat manueel geladen kan worden. Het bevat evenveel informatie als het schuifregister 34, 25 dus in dit voorbeeld 8 bits, die zoals in de figuur aangegeven, parallel toegevoerd kunnen worden aan het vergelijkelement 46. Dit laatste ontvangt op dezelfde manier de 8-bits van schuifregister 34 en voert op de 8+8 ontvangen bits een bitsgewijze vergelijking uit. Hij wordt geakti-veerd door het uitgangsoverdrachtsignaal op lijn 60. Als alle 8 bitparen 30 een gelijkheid opleveren geeft de vergelijker 46 een logische ”1" af die tesamen met het uitgangsoverdrachtssignaal op lijn 60 toegevoerd wordt aan de EN-poort 40. Als deze een "1" afgeeft, is de te testen schakeling in orde. Het is dan dus noodzakelijk dat de signalen op lijn 60 en 62 ko-existent zijn. Het uitgangssignaal qp lijn 42 kan op allerlei manieren 35 worden gebruikt. Het kan in een heenstel/terugstelflipflop worden opgeslagen die door het signaal op klem 20 een voor-instelling krijgt. Twee indikatielampen op de uitgangen van deze flipflop geven dan respektieve- 800 4 f 76 7 *· * tr PHN 9799 6 lijk "goed" en "fout" aan. Anderzijds kan element 40 ook zelf een heen-stel-terugstelflipflop' zijn, die door het signaal op lijn 60 wordt heen-gesteld. Als de schakeling goed is, wordt de flipflop teruggesteld door het signaal op lijn 62 dat dan iets later kcmt. Het is ook mogelijk dat in element 46 de vergelijking voortdurend wordt uitgevoerd: dan behoeft het aktiveringssignaal op lijn 60 niet te worden toegevoerd. Het signaal op lijn 60 kan voorts nog worden gebruikt on de klok 20 te steppen (niet aangegeven).

Het signaalpatroon in verifikatiepatroongenerator kan worden i gevormd op basis van een goede voorbeeldschakeling: dit kan bijvoorbeeld een op konventionele manier geteste schakeling zijn. Een andere mogelijkheid is cm het verifikatiepatrocn te genereren middels een simulatie op 5 een rekenmachine (die de schakeling bijvoorbeeld beschrijft als een verzameling logische funkties). De lengten der schuifregisters 30-34 kunnen een willekeurige verhouding hebben. Voor element 34 is een lengte van 8 bits vaak voldoende, maar 16 bits kan <x>k voordelig zijn (het schuifregister 30 is meestal 2 of meer keer langer dan schuifregister 34: het beschreven testsysteem is namelijk vooral voordelig voor ingewikkelde schakelingen). In plaats van de enkele EXCLUSIEF-OF-poort 32 kunnen I meerdere teruggekoppelde poorten worden gebruikt tussen de trappen, qp eenzelfde manier als gebruikelijk bij maximum lengte registers. Het is ook mogelijk om de informatietoevoer aan schuifregister 30 te realiseren vanuit de uitgang van EXCLUSIEF-OF-poort 32 in plaats vanuit schuifregister 34 (maar dan achter schakelaar 48). Vooral is dit voordelig als : schuifregister 34 een speciale terugstelingang bezit. Dan kan de test sneller worden gedaan want elke cyclus kost maar 12 klokpulsperioden.

De winst in praktische gevalen is dan veel kleiner, bijvoorbeeld een faktor 128/136. De vergelijking in element 46 kan serieel in plaats van parallel worden uitgevoerd. Als een initieel testpatroon van allemaal ; "O" signalen voordelig is kan dit worden gerealiseerd met terugstel-ingangen op registers 30, 34 en dan kan schakelaar 48 vervallen. De test methode is voordelig toepasbaar op dynamische MOS-logika.

800 4 1 76

Claims (2)

1. Inrichting voor het verwerken van digitale signalen middels kombinatorisch werkende en sekwentieel werkende logische elementen, waarbij voor het testen van de inrichting uit genoemde sekwentieel werkende elementen een eerste schuifregister vormbaar is met een eerste 5 serie-ingang, een eerste serie-uitgang, een eerste parallel-uitgang cm een opgeslagen datapatroon aan verdere elementen van de schakeling ter bewerking toe te voeren en een eerste parallel-ingang cm vervolgens een resultaat-patroon van genoemde bewerking te ontvangen en waarbij met genoemde eerste serie-ingang een testpatroongenerator en met genoem-10 de eerste serieuitgang een verifikatie-inrichting is verbonden, met het kenmerk, dat de verifikatieinrichting een tweede schuifregister bevat met een tweede serie-ingang en een tweede serieuitgang dat genoemde tweede serieingang is gekoppeld met de eerste serie-uitgang, dat het tweede schuifregister vanuit de tweede serie-uitgang voorzien is van een 15 terugkoppelschakeling om middels tenminste één EXCLUSIEF-OF-element een voortlopend meerbits sompatroon van de achtereenvolgens ontvangen re-sultaatpatronen te vormen, dat genoemde eerste serie-ingang verbonden is met een uitgang van genoemde terugkoppelschakeling ter realisering van genoemde testpatroongenerator dat voorts een uitgang van genoemd 20 tweede schuifregister tesamen met een uitgang van een ver if ikatiepa-troongenerator, op een vergelijkelement is aangesloten, dat genoemd eerste en tweede schuifregister voorzien zijn van middelen om voor het begin van een test een initieel signaalpatroon te ontvangen en dat de verifikatie-inrichting voorzien is van een aktiveringsingang cm aan het 25 eind van een test een aktiveringssignaal te ontvangen.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat genoemde terugkoppelschakeling bestaat uit een enkele EXCLUSIEF-OF-poort die de uitgangssignalen van eerste en tweede schuifregister ontvangt. 30 35 800 4 1 76