可测性设计，作为现代电子技术领域的关键概念，在集成电路的开发和生产中扮演着至关重要的角色。其目的是提高电子设备的可测试性能，以更有效地检测和排除故障。本文将深入探讨可测性设计的重要性以及不同应用场景中的方法，包括边界扫描设计、内建自测试、IEEE 1149.1结构和JTAG、存储器内建自测试（MBIST）以及逻辑内建自测试（LBIST）。
可测性设计的背景
在现代电子技术领域，集成电路已经成为各种电子设备的核心组成部分，从智能手机到计算机和汽车控制系统。这些集成电路的复杂性和密度不断增加，使得测试和排除故障变得更加具有挑战性。可测性设计的概念应运而生，旨在使电子设备更容易测试和维修。
可测性设计的目标是提高电子设备的可测试性能，以确保在生产和维修过程中能够快速、准确地检测和排除故障。这有助于降低制造成本、提高产品质量，并减少维修时间。不同的应用场景需要不同的可测性设计方法，我们将逐一探讨这些方法以及它们的工作原理。
边界扫描设计
边界扫描设计是一种可测性设计方法，主要用于测试印刷电路板的互连线路。在边界扫描设计中，设计者将专门的扫描链路添加到电路中，以允许测试设备轻松地访问每个互连点。这些扫描链路包括移位寄存器，可以控制和监视电路中的信号。
边界扫描设计的工作原理是通过将测试模式数据串行移位到扫描链路，然后观察输出数据来检测故障。这种方法非常适用于检测互连线路中的短路、断路和其他互连故障。边界扫描设计已经成为了印刷电路板制造的标准方法之一，因为它可以高效地检测和排除互连问题。
IEEE 1149.1结构和JTAG
IEEE 1149.1是一种电子测试标准，定义了一种测试架构，其中包括了测试访问端口（TAP）控制器和寄存器组。这一标准也被称为JTAG（Joint Test Action Group），已经成为可测性设计的关键组成部分。
TAP控制器负责管理测试访问端口，其中包括测试时钟（TCK）、测试模式选择（TMS）、测试数据输入（TDI）、测试数据输出（TDO）和测试复位（TRST）。这些端口允许测试设备与电路通信，以执行测试操作。
IEEE 1149.1结构和JTAG的使用可以大大简化测试过程，提高测试效率。它们允许测试设备通过扫描链路轻松地访问电路中的各个部分，执行自动化测试，并生成测试报告。这种方法在复杂电路的测试中特别有用。
存储器内建自测试（MBIST）
存储器内建自测试（MBIST）是一种可测性设计方法，专门用于测试存储器单元，如RAM和ROM。存储器内建自测试的结构包括测试模式生成器和比较器，以及故障检测逻辑。
MBIST的工作原理是使用伪随机激励生成器生成测试矢量，将其加载到存储器单元中，然后将实际输出与期望输出进行比较。通过比较过程，可以检测出各种不同类型的存储器故障，包括固定故障、翻转故障和耦合故障。
MBIST方法具有高效、自动化和可重复的特点，适用于大规模存储器的测试。它可以提高测试速度和可靠性，同时减少了对自动测试设备的依赖。
逻辑内建自测试（LBIST）
逻辑内建自测试（LBIST）是一种可测性设计方法，主要用于测试数字逻辑电路。LBIST的结构包括伪随机激励生成器和比较器，以及故障检测逻辑。LBIST方法使用伪随机激励生成器生成测试矢量，将其加载到逻辑电路中，然后将实际输出与期望输出进行比较。
LBIST的优势在于它减少了对自动测试设备的依赖，同时提高了测试速度和可靠性。它适用于各种数字逻辑电路的测试，从微处理器到通信设备。
可测性设计的小结
可测性设计是现代电子技术领域的一个关键概念，它在电子设备的开发和生产中发挥着重要作用。不同应用场景需要不同的可测性设计方法，包括边界扫描设计、内建自测试、IEEE 1149.1结构和JTAG、存储器内建自测试（MBIST）以及逻辑内建自测试（LBIST）。
这些方法都有助于提高电子设备的可测试性能，从而降低制造成本、提高产品质量，并减少维修时间。随着技术的不断发展，我们可以期待可测性设计在电子技术领域发挥越来越重要的作用，为电子设备的可靠性和性能提供更好的支持。