JTAG-Testintegrität
Den Signalen auf der Spur
Schlechte Verbindungen können bei automatisierten Testverfahren zu unzuverlässigen Testresultaten führen. Wer bei der Gestaltung von DUT und ATE jedoch einige Grundregeln befolgt, kann die Teststabilität deutlich verbessern. Erläutert werden diese Regeln anhand von JTAG-TAP-Signalen.
Bei Testaufbauten wird dem Signal meistens viel mehr Beachtung geschenkt als dem Rückstrompfad über die Masse. Letztere ist meist irgendwo vorhanden, ihr Verbesserungspotenzial sollte öfters genutzt werden.
Bei niedrigen Frequenzen hin zu Gleichstromsignalen kann das Routing von Signal- und Rückstrompfad unkritisch durchgeführt werden und zeigt keine sichtbaren Nebeneffekte. Je höher jedoch die Frequenzanteile eines Signals sind, desto mehr muss das Routing des Signals und des Rückstrompfades beachtet werden. Dies kann bis zum Abgleich der Leitungsimpedanzen auf der Signalleitung und dem Rückstrompfad führen. Für TAP-Signale sind solche Regeln oft unnötig. Als Faustregel sollte jedoch gelten, dass die Schlaufenflächen immer so klein wie möglich sind.
Zunächst ist der Schlüssel zur Identifizierung des Loop-Bereichs zu bestimmen:
- Der Weg des Stroms eines Signals von Quelle bis Ziel. Dieser ist oft einfach zu beziffern, weil er mit der Leiterbahnlänge und/oder Kabellänge übereinstimmt
- Der Weg des Rückstrompfades über die zugehörige Masse eines Signals vom Ziel zurück an die Quelle. Diese Berechnung kann sich etwas schwieriger gestalten. Es kann jedoch davon ausgegangen werden, dass der Rückstrom seinen Weg so nahe wie möglich entlang der Signalleitung wählt
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Diese Regeln gelten nicht nur bei Kabeln zwischen Leiterplatten, sondern auch auf dem Board selbst, also innerhalb einer Massefläche. Um die Schleifenfläche zu minimieren sollten der physikalische Bereich des Signals und dessen Rückstrompfade minimiert werden. Idealerweise liegen Signal und sein Rückstrompfad direkt nebeneinander, analog zum Flachbandkabel (Bild 1a) oder einem Twisted-Pair-Kabel (Bild 1b). Beide Anordnungen haben kleine Schleifenflächen und helfen so, die Signalqualität zu verbessern. Sobald der Rückweg für den Massestrom einen anderen Weg geht als das Signal selbst, wird eine sehr viel größere Schleifenfläche gebildet, welche folgende Probleme verursacht:
- Das Signal wird viel anfälliger für elektromagnetische Störungen (EMI) – die Leitung oder das Kabel werden zur Antenne, welche empfänglich für Störsignale ist
- Zusätzliche elektrische Störsignale entstehen durch Abstrahlung der Übertragungsleitung, die mit anderen Signalen interferieren können
- Es gibt eine Änderung in der charakteristischen Impedanz über die Strecke, auf der sich das Signal ausbreitet. Dies verschlechtert die Qualität des Signals. Bild 1c zeigt einen offensichtlichen Fall mit einer großen Schleifenfläche und veranschaulicht, wenn das Signal und dessen Rückstrompfad nicht beieinander gehalten werden.
- Den Signalen auf der Spur
- Minimierung der Schleifenfläche I
- Minimierung der Schleifenfläche II
- Fragerunde mit Stephen Love - JTAG-Basics
- Fragerunde mit Stephen Love - JTAG-Testdesign
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