JTAG Boundary Scan oder Funktionstest Die Mischung machts

Eines der gravierendsten Probleme im Bereich des Testens ist der ­kontinuierlich sinkende physische Zugriff. Boundary Scan hat sich hier einen guten Namen erarbeitet, aber auch dieses Verfahren kann nicht alle Probleme lösen. Wie kann die Kombination mit dem ­Funktionstest helfen?

Egal welche der bekannten Teststrategien man sich anschaut, alle lassen sich in zwei grundlegende Kategorien einordnen: Strukturtest und Funktionstest. Beide verfolgen völlig unterschiedliche Prinzipien, um Fehler zu stimulieren und zu diagnostizieren (Tabelle 1). Während der Strukturtest versucht, das Design durch Zugriff auf Elementarebene zu testen, zielt der Funktionstest auf die Prüfung zusammenhängender Schaltungsteile ab.

TestkategorieGrundlegendes WirkprinzipTypisches Equipment
Strukturtest
  • Test der strukturellen Integrität einzelner oder mehrerer unabhängiger Verbindungen bzw. Signalpfade
  • Messung einzeln isolierter Komponenten
  • Fehlerdiagnose durch Auswertung dedizierter Vektoren bzw. Messungen
  • Manufacturing Defect Analyzer
  • Flying Prober
  • In-Circuit Tester
  • JTAG Boundary Scan
Funktionstest
  • Test der Gesamtschaltung oder einer Teilschaltung (Cluster) mit einer Folge von Vektoren bzw. analogen Waveforms
  • Fehlerdiagnose durch Auswertung der Response-Vektoren bzw. Waveforms
  • Funktionstester
  • Clustertester
  • Emulationstester
  • Muttermaschinen-Tester

 

Tabelle 1. Charakterisierung grundlegender Testprinzipien

Allerdings bedingt der Strukturtest für seinen Erfolg auch die Absicherung des notwendigen Elementar-Zugriffs und hier können Techniken wie ICT (In-Circuit Test), MDA (Manufacturing Defect Analysis) oder FPT (Flying Probe Test) immer weniger punkten. Der Funktionstest dagegen benutzt typischerweise die nativen Anschlüsse einer Unit Under Test (UUT) als Zugriffsbasis und umgeht somit diese Problematik.

Daher ist es auch kein Wunder, dass diese Technik wieder verstärkt im Fokus der Anwender steht. Eine Untergruppe des Funktionstests ist der sogenannte Clustertest. Clustertests sind im Grunde genommen das Resultat mangelnden Zugriffs, denn sie beinhalten den Test einer Teilschaltung über die am Rand der Partition zur Verfügung stehenden Testpunkte. Schwindender Testzugriff führt daher in der logischen Konsequenz zu immer größeren Clustern bis hin zum vollständigen Verlust sinnvoller Clusterbildungen.

Ein immer wieder heiß diskutiertes Thema ist auch die Frage, ob der Strukturtest nun den Funktionstest überflüssig macht oder umgekehrt. Dahinter versteckt sich vor allem der Wunsch, möglichst wenig zu testen, denn das kostet Geld. Und wenn es denn unvermeidlich ist, sollte man sich vorteilhafterweise wenigstens auf eine primäre Methode festlegen.

Um diese Frage zu beantworten, spielen einige grundsätzliche Faktoren eine Rolle, welche nachfolgend diskutiert werden.

Ein Strukturtest kann auf elektrisch-physikalischer Ebene das Vorhandensein der Integrität einer Schaltung nachweisen. Die Tests sind typischerweise überwiegend statischer Natur, teilweise at-speed. Er kann in diesem Rahmen auch präzise Fehlerdiagnosen liefern. Er prüft jedoch keine Funktion, kann also ein Fehlverhalten der Schaltung im Betriebsmodus nicht erkennen. Das limitiert die Fehlerabdeckung, gemessen am Gesamtspektrum möglicher Fehler. Damit eignen sich Strukturtests hervorragend als indirekte Prozesssensoren, sie ersetzen jedoch mitnichten den Funktionstest.

Der Funktionstest wiederum bietet prinzipiell eine hohe Fehlerabdeckung und er kann auch Anomalien im Betriebsmodus erkennen, vorausgesetzt er wird mit der entsprechenden Dynamik durchgeführt. Das hängt aber auch sehr stark von den eingesetzten Testmustern ab, denn Fehler müssen zur Erkennung auch stimuliert werden. Sofern sich strukturelle Fehler auch auf die Funktion auswirken, kann er diese auch erkennen, allerdings sind die Fehlerdiagnosen sehr verwaschen. Werden strukturell vorhandene Fehler nicht funktional stimuliert, entsteht generell ein Fehlerschlupf, welcher später schwerwiegende Konsequenzen haben kann. Davon betroffen sind auch parametrische Fehler an diskreten Bauelementen, offene Pins mit floatendem Signalpegel, fehlende Pull-Widerstände oder nicht korrekt montierte Stützkondensatoren, um nur einige Probleme zu nennen. Damit sind Funktionstests in der Produktion prädestiniert für einen grundlegenden Nachweis der Erfüllung ausgewählter Betriebsmodi, wie sie zum Beispiel im End-of-Line-Test erfolgen; sie sind aber mitnichten ein Ersatz für den Strukturtest.

Eine tendenzielle Darstellung grundlegender Faktoren, wie sie in Bild 1 enthalten ist, macht die Stärken und Schwächen der beiden Strategien plastisch. Dabei wird anschaulich, dass der Strukturtest und der Funktionstest eine hervorragende Synergie besitzen und keinesfalls alternativ betrachtet werden sollten. Der richtige Weg, das volle Potenzial dieses Duos zu erschließen, liegt vielmehr in der Kombination.