数字电路板自动测试技术浅析
摘 要 本文在介绍简单数字电路板主要测试方法的基础上，详细描述了用LASAR仿真软件进行含复杂可编程逻辑器件数字电路板的自动测试程序开发方法。实验证明该技术能够开发大部分数字电路板的测试程序，并产生较高的故障覆盖率、隔离率。对电路板维修来讲，具有重要的意义。
关键词 软件仿真；LASAR；VITAL；FPGA
微电子技术的飞速发展，使数字电路系统功能不断强大、集成度不断提高，也给电路板的维修提出更高的要求，因此，研究有效的数字电路板自动测试方法有着重要的意义和实际应用价值。
1目前主要的数字电路板的测试方法
最早的专用自动测试设备（ATE）由信号发生器、示波器、逻辑分析仪等各种测试仪器的组合而成，模块化仪器的出现使其实现了自动测试。当前主流的自动测试与诊断技术采用的测试设备是在此基础上发展起来的，能够通过强大的测试软件来完成信号的采集和处理，自动完成电路板的性能检测、器件参数的分析和调整，最终实现电路故障的定位。
1.1 利用实板仿真开发测试程序
利用实板仿真技术开发测试程序的ATE采用VXI/PXI总线，系统对功能完好的电路板加载人工编写的测试激励，并录取正确响应。通过探笔系统采集相应的电路节点正确信息，并把这些信息存入测试比对数据库中，供以后测试诊断和测试故障定位时使用。然而，这种测试方法只具有对数字电路的静态测试能力，并且对开发人员要求高，开发周期长，测试程序的性能（故障检测率和故障隔离率）无法得到确保，同时也缺少对已开发测试程序的验证和评估手段，大大影响了测试程序的开发效率和质量。
通过软件仿真开发测试程序只需电路网络表，仿真软件就可以自动生成测试向量，辅助引导TPS（Test Program Set）编程。这种方法能够自动生成测试结果、故障字典和故障检测率报告；采用探笔探测与故障字典诊断结果相结合的方法进行故障诊断；输出数据文件符合国际标准IEEE-STD-1445数字交换格式DTIF（Digital Test Interchange Format）。
软件仿真的优点是测试向量生成速度快，故障覆盖率高。例如目前广泛使用的LASAR（Logic Automatic Simulate and Response，逻辑自动激励和响应）软件。
2 LASAR仿真软件介绍
2.1 LASAR仿真软件概述
LASAR是美国泰瑞达公司开发的一种仿真软件，用来做数字电路的仿真和测试程序开发，能够帮助技术人员开发出优质的测试激励，并对测试激励做出评估，以辅助技术人员进一步优化测试激励。它支持动态和静态的功能测试设备，仿真结果通过后处理，生成ATE能够识别的格式，由ATE加载对电路板进行测试。
2.2 LASAR仿真软件特点
LASAR之所以成为数字测试程序开发的美国国防工业标准，源于其强大的故障仿真、辅助分析、环境建模能力和客观的激励评价能力。其标准的数据交换格式能够在各种ATE测试设备之间移植，具有很好的兼容性。
测试人员要利用LASAR软件进行仿真，首先需要分析被测电路板的原理，在此基础上，开发相应的测试激励，结合网表文件，就能自动生成正确响应，同时给出测试激励能够达到的故障覆盖率、隔离率等评判测试激励质量的指标，以期得到更加完善的测试激励。LASAR在解决逻辑关系复杂、功能分析困难和含有复杂数字逻辑器件的电路板自动测试程序开发方面具有很大的优势，因此已被全球国防电子与航空工程普遍采用。
应用LASAR软件仿真技术生成电路板自动测试代码，必须具备电路板网络表和电路板上所有数字逻辑器件的模型。含有FPGA器件的电路板，应用LASAR软件，难点是构造器件模型，特别是对FPGA等复杂可编程逻辑器件的建模。而IEEE1076.4的VITAL标准与LASAR仿真软件的结合，能够方便地解决这个问题，后面的章节将会详细介绍。
2.3 LASAR仿真软件工作原理
LASAR仿真软件的工作原理是系统对功能完好的电路板加载人工编写的测试激励，从输入端施加测试激励，通过探笔系统采集相应的电路节点正确信息，并把这些信息存入测试比对数据库中，供以后测试诊断和测试故障定位时使用。对故障电路板，给其施加与同样的测试激励，将其输出的响应与测试对比数据库中的正确结果进行比较。如果结果相同，则被测电路板工作正常；反之，则被测电路板存在故障。如果想具体定位故障节点，需要进一步利用故障字典进行故障诊断，直至定位故
障点。
LASAR仿真软件测试简单的数字电路非常有优势，但是，随着芯片设计的规模越来越大，结构越来越复杂，器件建模相应增加了难度，完全依靠LASAR仿真软件无法完成复杂逻辑器件的测试问题。
3 器件建模
3.1 基于LASAR的复杂逻辑器件建模
LASAR仿真软件建模思想是通过将器件的描述文件编译为器件模型并加入数据库来创建器件的软件模型。
为了实现电路板的仿真和故障诊断，电路板上的每一个元器件都必须能在器件库里找到其模型。该器件模型可能是泰瑞达公司在LASAR软件包中的器件库里提供了的，也可能需要用户自己建立，再加入LASAR器件库以备仿真时使用。
在LASAR环境下，用户可以通过三种方式来建立器件模型：
1）直接利用用系统自带的编辑器创建器件的结构模型，以逻辑门为基础来描述电路，前提是技术人员要对器件内部门级结构十分清楚。
2）对于没有可靠的结构描述信息的复杂器件，如果其逻辑功能明确，可以利用LASAR提供的行为模型语言LABEL（LASAR Software Behavioral Language）对器件进行功能行为级的描述。 3）对复杂可编程逻辑器件，可以利用VITAL（VHDL Initiative Toward ASIC Language）建模的方法，将此类器件开发软件的设计输出，再转化为LASAR能够识别的器件模型。
上述三种建模方法，最终都要将自建的器件模型存入器件库（local library）中，电路模型编译才能
通过。
3.2 基于VITAL语言的FPGA功能建模
复杂逻辑器件的开发形式灵活多样，可以用图形化编辑输入、硬件描述语言输入、波形输入等多种形式，但所构建器件功能的描述难以应用到仿真软件或移植到ATE上去。通过VITAL模型方法，能够将这些设计方式综合到一起，构建能够被仿真软件识别并应用的器件模型，从而将复杂逻辑器件的功能描述输入到仿真软件中。
VITAL标准的应用，使设计者能够用自己熟悉的方法描述FPGA等复杂可编程逻辑器件的功能，然后将描述文件以VITAL标准导入到LASAR中，构建复杂器件的LASAR仿真模型，对含有这个器件的电路板进行故障仿真，仿真结果经过后处理，应用到ATE上，从而实现对这类含有复杂逻辑器件电路板的测试诊断。
4 含FPGA的数字电路板测试方案
要采用VITAL建模方法实现含复杂逻辑器件电路板的功能测试，首先要在Muxplus开发环境中生成VITAL模型，将模型导入LASAR，此时可以将其作为LASAR库里的普通逻辑器件进行编译，然后进行电路板的好板仿真和故障仿真，生成后缀为tap的后处理文件，即生成了测试向量。此时ATE调用此向量即可完成电路板的功能测试。被测电路故障覆盖率可以达到100%。该方法利用现有成熟的测试资源，能够实现含复杂可编程逻辑器件电路板的测试与故障诊断。
解决了FPGA器件建模问题，就能将其融合到整个电路中，实现电路的完整功能测试和故障诊断。对一些设计功能不明确的FPGA器件，可以根据其在电路中的用途来重新构造功能进行建模，最终完成测试。
5结论
本文对数字电路板常用的测试方法进行深入研究的基础上，根据测试诊断工作中的需求，从工程应用的角度，综合应用ATE技术、VITAL标准和LASAR仿真技术，提出一种通用的含复杂逻辑器件数字电路板的自动测试思路，能够达到较高的故障覆盖率和测试效率。该方法能够提高故障覆盖率和测试效率，不仅能够实现快速故障定位与维修，还能节省维修成本，缩短维修周期，极大地提高部队战斗力。
参考文献
[3]王成刚，刘越，蔡士闯.基于功能建模的含FPGA电路板测试方法研究[J].宇航计测技术，2011，01：30-34.