第十二章数据域测量

1、1第十一章第十一章 数据域测试数据域测试第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 目目 录录11.1 11.1 概念概念11.2 11.2 数据域测试数据域测试11.3 11.3 数字信号发生器数字信号发生器11.4 11.4 逻辑分析仪逻辑分析仪11.5 11.5 数字测试系统数字测试系统2定义定义： 对数字电路和系统中的对数字电路和系统中的“数据数据”信息的测试称为数信息的测试称为数据域测试技术，简称数据域测试。据域测试技术，简称数据域测试。测试目的测试目的： 确定数据域系统是否存在故障。确定数据域系统是否存在故障。 确定故障位置。确定故障位置。测试对象测试对象：数据系统的硬件和软件，包括芯

2、片、印刷电：数据系统的硬件和软件，包括芯片、印刷电路板、软件、设备和系统。路板、软件、设备和系统。11.1 11.1 数据域测试的概念数据域测试的概念 第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 3特点特点：数据信息是多位传输的；许多信号仅发生一次；：数据信息是多位传输的；许多信号仅发生一次；数据流很长，而其中可能只有一位出错，不易辨认；信数据流很长，而其中可能只有一位出错，不易辨认；信号速度的变化范围大。号速度的变化范围大。测试难点测试难点：发生故障时定位困难，对芯片内部的控制和：发生故障时定位困难，对芯片内部的控制和观察很困难，随着集成电路新工艺的发展，出现了新的观察很困难，随着集成电路新工艺

3、的发展，出现了新的故障模型，使得测试难度加大。故障模型，使得测试难度加大。解决办法解决办法：可测性设计，自测试技术。：可测性设计，自测试技术。11.1 11.1 数据域测试的概念数据域测试的概念 第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 41 1、基本逻辑部件的测试：、基本逻辑部件的测试：输入端：接通输入端：接通K1K1，表示接低电平，相当于输，表示接低电平，相当于输 入入“0”0”信号。信号。 不接通不接通K1K1，表示输入端接高电平，表示输入端接高电平， 相当于输入相当于输入“1”1”信号。信号。输出端：为低电平时，灯亮为高电平时，灯灭输出端：为低电平时，灯亮为高电平时，灯灭11.2 11.

4、2 数据域测试数据域测试第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 逻辑笔逻辑笔52 2、穷举测试法和随机测试法：、穷举测试法和随机测试法：穷举法穷举法：对：对n n个输入端加入个输入端加入2 2n n个可能的组合信号（图形），个可能的组合信号（图形），然后观察输出是否正确。然后观察输出是否正确。 优点：能够优点：能够100100的测出故障。的测出故障。 缺点：测试时间随输入端数缺点：测试时间随输入端数n n的增加呈现指数增加。的增加呈现指数增加。第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 被测电路参考电路穷举测试矢量产生比较合格/失效指示62 2、穷举测试法和随机测试法：、穷举测试法和随机测试法：伪

5、穷举测试法伪穷举测试法：把一个大电路划分成几个子电路，然后对：把一个大电路划分成几个子电路，然后对每个子电路穷举。每个子电路穷举。 对子电路的划分有硬件划分法和敏化划分法两种对子电路的划分有硬件划分法和敏化划分法两种。 硬件划分法硬件划分法：在硬件电路设计时，加入多路开关，从硬：在硬件电路设计时，加入多路开关，从硬 件上将一个复杂电路划分为若干个相关的子电路。件上将一个复杂电路划分为若干个相关的子电路。 缺点：缺点：增加硬件，增加了电路延迟，降低了工作速度。增加硬件，增加了电路延迟，降低了工作速度。第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 被测电路参考电路穷举测试矢量产生比较合格/失效指示7敏化

6、划分法：采用通路敏化对被测试电路进行分析，确敏化划分法：采用通路敏化对被测试电路进行分析，确 定出敏化通路的一个最小完全测试集。定出敏化通路的一个最小完全测试集。 难点：确定一个最小完全测试集。难点：确定一个最小完全测试集。敏化通路法：选择一条从故障点到网络输出端的通路，敏化通路法：选择一条从故障点到网络输出端的通路，再选择输入，使得该通路上的逻辑值是这个故障的函再选择输入，使得该通路上的逻辑值是这个故障的函数。称为对故障敏化的通路。数。称为对故障敏化的通路。第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 123X11X201/08举例：设顶点举例：设顶点1 1的固定的固定0 0（简写成（简写成1/0

7、1/0）故障是正要导出测）故障是正要导出测试矢量的故障。试矢量的故障。当故障当故障1/01/0不存在时，输入不存在时，输入x x1 11 1，x x2 20 0，使输出端，使输出端3 3为为1 1。当存在故障当存在故障1/01/0时，输出端时，输出端3 3为为0 0，x x1 11 1，x x2 20 0 能使该通能使该通路敏感于路敏感于1/01/0，所以，所以1010是故障是故障1/01/0的测试矢量。的测试矢量。 随机测试法随机测试法：将上图测试数据流产生器变为：将上图测试数据流产生器变为随机测试随机测试流产生器流产生器即可。即可。第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 123X11X20

8、1/0被测电路参考电路穷举测试矢量产生比较合格/失效指示93 3、数据域测量技术、数据域测量技术故障类型：物理故障、故障类型：物理故障、逻辑故障、固定故障逻辑故障、固定故障（永久故障）、（永久故障）、间发故障。间发故障。逻辑故障逻辑故障：指数字电路内部控制逻辑不正确产生的故障。：指数字电路内部控制逻辑不正确产生的故障。固定故障固定故障：不随时间改变的故障称为固定故障。即，故障总：不随时间改变的故障称为固定故障。即，故障总是固定在高电平或低电平上，也叫恒是固定在高电平或低电平上，也叫恒“1”1”故障，恒故障，恒“0”0”故故障。障。恒恒“1”1”故障的原因主要是引线与电源短路或输入引线断开。故障

9、的原因主要是引线与电源短路或输入引线断开。 恒恒“0”0”故障的原因主要是引线与地短路或逻辑元件内晶体穿。故障的原因主要是引线与地短路或逻辑元件内晶体穿。第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 103 3、数据域测量技术、数据域测量技术 故障测试和故障定位。故障测试和故障定位。 故障测试故障测试分为部件测试和整机测试分为部件测试和整机测试. .基本方法是进行基本方法是进行静态测试和动态测试。静态测试和动态测试。 故障定位故障定位：指的是通过缩小测试单元，将检测出的故：指的是通过缩小测试单元，将检测出的故障定位于一定的范围内。障定位于一定的范围内。第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 11 测

10、试产生问题：指的是如何得到能够检测电路全部“恒0”、“恒1”故障的测试信号流的问题。即如何得到“最小完全故障检测测试集”。 采用的方法有：通路敏化法、D法、九值算法、布尔差分等。 可测试性技术：在设计数字逻辑电路时就要考虑到系统测试的问题，预留与外电路连接的开关和引线，有意识的将数字电路划分为若干子电路，使得数字电路的测试变得可能和容易。 可测性定义：若对一数字电路产生和施加一组输入信号，在预定的测试时间和测试费用范围内达到预定的故障测试和故障定位的要求，则说明该电路是可测的。 通过可控性和可观察性体现。 可控性：指通过外部输入端信号设置电路内部的逻辑节点为逻辑“1”和逻辑“0“的控制能力。

11、可观察性：指通过输出端信号观察内部逻辑节点的响应的能力。第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 12 测试产生问题：指的是如何得到能够检测电路全部“恒0”、“恒1”故障的测试信号流的问题。即如何得到“最小完全故障检测测试集”。 采用的方法有：通路敏化法、D法、九值算法、布尔差分等。 可测试性技术：在设计数字逻辑电路时就要考虑到系统测试的问题，预留与外电路连接的开关和引线，有意识的将数字电路划分为若干子电路，使得数字电路的测试变得可能和容易。 可测性定义：若对一数字电路产生和施加一组输入信号，在预定的测试时间和测试费用范围内达到预定的故障测试和故障定位的要求，则说明该电路是可测的。 通过可控性和

12、可观察性体现。 可控性：指通过外部输入端信号设置电路内部的逻辑节点为逻辑“1”和逻辑“0“的控制能力。 可观察性：指通过输出端信号观察内部逻辑节点的响应的能力。第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 1311.3 11.3 数字信号发生器数字信号发生器 1 1、概述、概述定义：用来模拟数字系统测试（功能测试和参数测试）的输入激励信号源， 产生数据图形和图形宽度均可编程的并行和串行数据。同时也可产生 输出电平和数据速率可编程的任意波形，以及一个预先规定的数据流。用途：用于数字系统的功能测试和参数测试 功能测试：是找出被测器件在规定电平和正确定时激励下的输出，经 过功能测试可以知道被测系统的典型状

13、态； 参数测试：在被测系统状态没有变化的情况下，测出如电平、定时、 输入信号的转换时间等参数的可能变化范围。 数字信号发生器可模拟数字系统中的各种测试信号，提高工程测试处理的能力，加快产品的设计周期，缩短系统的集成时间，并改善了系统的质量。可见，数字信号发生器是现代电子系统开发和测试的重要工具。第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 142 2、数字信号发生器的结构、数字信号发生器的结构 由主机和多个模块组成第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 主机：包括机箱、中央处理单元、电源、信号处理单元和人机接口；模块：包括序列和数据产生部件，以及通道放大器。153 3、数据的产生、数据的产生 数字信

14、号发生器产生数据的核心部件是数据存储器。这个存储器在数字化期间，就为每个通道写入了数据。数据存储器的地址是用简单的计数器产生的。 第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 16数字信号发生器的主要技术指标如下。 1.1.通道数通道数一般每个模块有4至16个通道，可通过增加模块的方法来增加通道数。数字信号发生器的通道数愈多，同时进行测试的数据位数就愈多。通过扩展，通道数可大于100。第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 5 5、主要技术指标、主要技术指标172.2.最大数据速率最大数据速率 数字信号发生器的最大数据速率表示可产生数据的最高速率。 数字信号发生数据流的数据速率可在一定范围内变化，。

15、 通用的数字信号发生器的数据速率大都在100Mbps左右。 对于通信的高速要求，必须提供622Mbps或1.25Gbps的标准速率 第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 183.3.存储深度存储深度 表征数字信号发生器存储数据位的大小在大多数应用中，只需要数百至数千位的数据存储器深度。如果需要更大的存储深度，可以用多种方法来增加虚拟的存储深度。例如：对相同的数据模块，利用序列器的循环功能。第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 194.4.输出放大器输出放大器 高速数字信号发生器的每一个数据通道都具有一个50源阻抗的放大器。 因此，它适用于高速50环境。某些数字信号发生器还提供不同输出的放大

16、器。第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 205.5.偏移和延迟能力偏移和延迟能力 偏移是相对数字信号放大器内部参考时钟，不同通道传输延迟的差异，也就是每个数据位经不同通道同时到达被测系统的程度。 可对每个通道调整了每个通道的延迟偏移，。第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 216.6.抖动抖动 “抖动”的定义是在一个时钟信号或数据流中，数据位边沿位置的不确定性。对于时钟信号，抖动是用一个时钟“周期”为单位来测量和规定的。 抖动是由于噪声和交叉耦合所造成的轻微时钟周期变化在电路中产生的一种信号。用正时钟沿触发示波器可以测量周期抖动，并显示同一信号的下一个正沿。 第十一章第十一章 数据域测试

17、数据域测试 高性能的系统可以具有小于10ps（均方值）的时钟抖动值，以及小于20ps（均方根值）的抖动。227.7.触发能力触发能力 某些数字信号发生器可提供附加的简单启动/停止功能，即所谓选通功能。 如果外部输入有效，数字信号发生器就输出可编程的数据流，而当外部输 入无效时，以便产生完全异步的数据流。 第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 238.8.外部时钟能力外部时钟能力 所有数字信号发生器都有一个外部时钟输入，但对于不同的系统将使用不同的输入方法。 外部时钟的一种输入方法是通过一个缓冲放大器将外部时钟直接送入时钟通道，如可用高质量的外部时钟来产生数据流。 因此，可以使用非常稳定和精确

18、的频率综合器作为外部时钟输入，从而产生高稳定的数据流。 外部时钟的第二种输入方法是将外部时钟送到锁相环(PLL)的参考输入端，PLL有能力控制内部时钟频率与外部时钟的关系，可以产生两倍，四倍或八倍于外部时钟的内部时钟。第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 249.9.用户接口用户接口 当数字信号发生器用于通道数非常多的情况，必须要有一个好的数据编辑器，这样才能处理大量的数据。因此，数据编辑器必须具有多种数据编辑功能，例如，在仪器中可自动产生重复的测试数据或计数器数据。同时，还应具有移动数据、拷贝数据块和处理大数据量的能力。 第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 2511.4 11.4 逻辑

19、分析仪逻辑分析仪 1 1、逻辑分析仪概述、逻辑分析仪概述 用于查找总线（或多线）相关性故障，是数据域测用于查找总线（或多线）相关性故障，是数据域测试中使用最广泛的一种仪器。试中使用最广泛的一种仪器。 逻辑分析仪的基本功能是逻辑分析仪的基本功能是采集、存储采集、存储并以多种方式并以多种方式显示数字系统中的数据流显示数字系统中的数据流，即在采集时钟有效沿瞬间的，即在采集时钟有效沿瞬间的被测电路节点的二进制状态值。被测电路节点的二进制状态值。第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 26与示波器相比，逻辑分析仪具有以下特点：与示波器相比，逻辑分析仪具有以下特点： （1 1）示波器也许能显示多达四路信号

20、的的时间波形，示波器也许能显示多达四路信号的的时间波形，而逻辑分析仪能同时检测而逻辑分析仪能同时检测3232、6464路甚至更多路信号，路甚至更多路信号，因而能同时检测因而能同时检测1616、3232位微机系统的地址、数据和位微机系统的地址、数据和控制总线。控制总线。 第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 （2 2）有多种显示方式）有多种显示方式。 采集进来的数据可以以表格的形式显示，可以反汇编采集进来的数据可以以表格的形式显示，可以反汇编成汇编语言源程序显示，也可以以各种数据图形显示，或成汇编语言源程序显示，也可以以各种数据图形显示，或用高低电平表示的定时图进行显示。用高低电平表示的定时图

21、进行显示。 27与示波器相比，逻辑分析仪具有以下特点：与示波器相比，逻辑分析仪具有以下特点： 第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 （4 4）普通示波器只能观察触发之后的信号波形，而在普通示波器只能观察触发之后的信号波形，而在逻辑分析仪中由于利用存储器存储信息，因而能观察触逻辑分析仪中由于利用存储器存储信息，因而能观察触发信号前的状态信息。发信号前的状态信息。 28逻辑分析仪可分为两大类：逻辑分析仪可分为两大类：逻辑状态分析仪（逻辑状态分析仪（Logic State AnalyzerLogic State Analyzer，简称，简称LSALSA）逻辑定时分析仪（逻辑定时分析仪（Logic

22、Timer AnalyzerLogic Timer Analyzer）。）。 这两类分析仪的基本结构是相同的，但显示方式和定这两类分析仪的基本结构是相同的，但显示方式和定时方式不同。时方式不同。逻辑状态分析仪用状态表、汇编语言源程序或逻辑状态分析仪用状态表、汇编语言源程序或映射图等形式显示数据流，而逻辑定时分析仪用定时图方式映射图等形式显示数据流，而逻辑定时分析仪用定时图方式显示状态信息，如下图所示。显示状态信息，如下图所示。 第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 29逻辑状态分析仪的数据采集时钟由被测系统提供。逻辑状态分析仪的数据采集时钟由被测系统提供。 因此，因此，LSALSA的数据采集

23、与被测系统的工作是同步的，的数据采集与被测系统的工作是同步的，主要用于软件开发主要用于软件开发。 逻辑定时分析仪的采集时钟由仪器内部提供，它与被测逻辑定时分析仪的采集时钟由仪器内部提供，它与被测系统的工作是异步的，主要用于硬件开发。系统的工作是异步的，主要用于硬件开发。逻辑分析仪大都同时具有状态分析和定时分析的功能逻辑分析仪大都同时具有状态分析和定时分析的功能 第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 30逻辑分析仪具有如下主要技术指标 1.测试速率:逻辑分析仪的测试速率应大于被测系统的工作速率，以便可靠地捕捉被测系统的数据。在逻辑分析仪的技术指标中分别给出定时分析速率和状态分析速率。 目前，逻

24、辑分析仪的定时分析速率一般在100500MHZ之间；状态分析速率一般在35100MHZ之间。 第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 31 2.数据通道：为了同时观测数字系统的多路信息（数据），逻辑分析仪应具有足够多的数据通道。 例如，为了对16为微机系统的数据总线（16条）、地址总线（20条）和控制总线同时进行相关测试，则要求逻辑分析仪至少有40个通道以上。目前，逻辑分析仪的数据通道一般在64102之间。 3.触发方式：逻辑分析仪具有多种灵活而准确的触发能力，可在任意长的数据流中，对欲观察分析的部分数据做出准确的定位，从而捕捉有效的数据。在硬件分析中，它可以有效地检测和显示系统的运行状态；在

25、软件分析中，它可跟踪系统运行的任意一段程序。一般逻辑分析仪都具有近10种触发方式。 第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 32 4.存储深度：所有逻辑分析仪都有高速存储器，能快速地将采集到的数据进行存储。存储器的存储速度往往就决定了逻辑分析仪的定时分析速度；而存储器的存储深度（容量）就决定了采集数据的多少，存储深度愈大，采集的数据就愈多，有利于软、硬件工作的分析。逻辑分析仪的存储深度一般在4Kb1Mb之间。 第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 33 当前较高级的逻辑分析仪还能对系统的性能进行分析，从功能和性能两方面对被测系统的质量进行评价。 在软件性能分析方面，从存储器空间利用率和程序执

26、行时间两方面来评价软件的质量，对性能差的软件还应指出问题的关键所在，以便进行改进。 在硬件性能分析方面，测量程序执行某一功能时硬件的响应时间，据此可改进相应慢的硬件设计。对系统性能分析常采用直方图显示方式。第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 34 逻辑分析仪的工作过程就是数据采集、存储、触发及显示的过程，由于它采用了数字存储技术，可将数据采集工作和显示工作分开进行，也可以同时进行。必要时，对存储的数据可以反复进行显示，以利于对问题的分析和研究。 逻辑分析仪可广泛的应用于数字系统的测试中，如：数字集成电路测试、印制板系统测试、微处理器系统测试等。 第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 35

27、11.5 11.5 数字测试系统数字测试系统 利用上面介绍的数字信号发生器和逻辑分析仪可方便地组成数字测试系统。一个被测的数字系统可以用它的输入和输出特性即时序关系来描述，数字信号发生器产生的多通道时序信号作为它的输入激励，而它的输出特性可用逻辑分析仪来测试，获得对应通道的时序响应，从而得到被测数字系统的特性。如果需要测试被测系统信号的时域参数，如数字信号（脉冲）的上升时间、下降时间、信号电平等，则可在被测系统的输出端接上一台数字存储示波器，这样即可测试数字系统的时序特性，又可测试系统的时域参数。第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 3612-512-5可测性设计技术可测性设计技术1 1、可测性设计的概念、可测性设计的概念 对于数字系统的测试，通常是在数字系统研制出来以后，利用适当的测试方法，并利用适当的测试仪器来完成测试。第十一章第十一章 数据域测试数据域测试 为了减少测试的困难，人们普遍接受的