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Dokumentenidentifikation DE4225204C2 14.07.1994
Titel Schieberegisterzelle einer Prüfschaltung zur Implementierung einer taktgesteuerten Schieberegisterprüfarchitektur(Boundary-Scan)
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Lehner, Ernst, 8000 München, DE;
Ritter, Hartmut, 8524 Neunkirchen, DE
DE-Anmeldedatum 30.07.1992
DE-Aktenzeichen 4225204
Offenlegungstag 05.01.1994
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 14.07.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.07.1994
IPC-Hauptklasse G01R 31/318

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Schieberegisterzelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Schieberegisterzelle ist aus der EP 0 358 376 A2 bekannt. Der hohe Komplexitätsgrad von integrierten Schaltungssystemen und die erreichte Miniaturisierung im Bereich der Verbindungs- und Aufbautechniken elektronischer Baugruppen lassen die als konventionelle Prüfverfahren bekannten Funktions- und "In-Circuit"-Tests immer häufiger nur mit unwirtschaftlichem Aufwand zum Einsatz kommen. Zunehmend an Bedeutung gewinnt deshalb eine andere Art von Prüfverfahren, das eine zusammen mit einer Schaltung auf einem elektronischen Baustein integrierte Prüfschaltung verwendet und als "Boundary-Scan- Verfahren" bekannt ist. Ein wesentliches Charakteristikum bei dieser Prüfschaltung ist ein zwischen den Bausteinanschlüssen und den Schaltungsanschlüssen eingefügtes Schieberegister, das die serielle Einstellung und Beobachtung aller Bausteinanschlüsse ermöglicht. Über eine normierte Schnittstelle kann dieses Schieberegister auf dem Baustein gesteuert und die Schieberegister mehrerer Bausteine können auf einer Baugruppe z. B. zu einer Ringstruktur miteinander verbunden werden. Damit lassen sich auf einer Baugruppe Testdaten ein- und ausschieben, wodurch sowohl eine die einzelnen Bausteine als auch deren Verbindungsleitungen betreffende Fehlerlokalisierung ermöglicht wird.

Über prüftechnikspezifische Bausteinanschlüsse kann die "Boundary-Scan-Prüfschaltung" eines Bausteins entsprechend dem "IEEE-Standard 1149.1" auf unterschiedliche Betriebsweisen eingestellt werden.

Grundlagenkenntnisse zum "Boundary-Scan-Verfahren" als auch zum Aufbau der bausteininternen Prüfschaltung und insbesondere zum Aufbau der zur Bildung des Schieberegisters dienenden Schieberegisterzellen sind z. B. aus der Zeitschrift Electronik 9, 28.04.1989, "Der JTAG-Boundary- Scan", J. Maierhofer und B. Müller oder aus "Selbsttest digitaler Schaltungen" 1990, Oldenbourg-Verlag München, ISBN 3-486-21765-8, M. Gerner, B. Müller, G. Sandweg zu beziehen.

Aufgrund des noch relativ wenig verbreiteten "Boundary- Scan-Prüfverfahrens" ist die Anzahl von Bausteintypen, die mit einer entsprechenden Prüfschaltung versehen sind, bisher noch gering. Im allgemeinen sind deshalb auf Baugruppen mit Bausteinen, die eine Boundary-Scan-Architektur aufweisen, derzeit auch noch konventionelle Bausteine ohne Boundary-Scan-Architektur angeordnet, so daß die gesamte Baugruppe nicht ausschließlich mit dem "Boundary-Scan- Prüfverfahren" geprüft werden kann und in der Regel noch ein konventionelles Prüfverfahren zusätzlich erforderlich ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine möglichst universell einsetzbare Schieberegisterzelle anzugeben, die die Voraussetzungen schafft um, von einem betreffenden elektronischen Baustein aus, eine Prüfung anderer, auf der gleichen Baugruppe befindlichen Bausteine, die keine Boundary-Scan-Prüfschaltung aufweisen, durchzuführen oder zumindest zu unterstützen.

Gelöst wird diese Aufgabe ausgehend von den Merkmalen des Oberbegriffs nach Patentanspruch 1 erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1.

Der zur Erfindung führende Gedanke beruht darauf, die in einer "Boundary-Scan-Prüfschaltung" nach dem Standard (IEEE Standard 1149.1) vorgesehenen Schieberegisterzellen durch Schaltelemente so zu ergänzen, daß die Schieberegisterzellen zusätzlich zu den im Standard vorgegebenen Betriebsmodi in einen weiteren Betriebsmodus geschaltet werden können, in dem eine Sequenz von Schieberegisterzellen ein rückgekoppeltes Schieberegister bilden, das sich zur Erzeugung von pseudozufälligen Bitmustern oder zur Auswertung von Testantworten (Signaturbildung) eignet.

Die Erzeugung von Testmustern bzw. die Signaturbildung mit Hilfe von rückgekoppelten Schieberegistern ist für sich aus der bereits eingangs genannten Literaturstelle "Selbsttests digitaler Schaltungen" Seite 91-173 bekannt.

Eine erfindungsgemäß ausgebildete Schieberegisterzelle kann gleichermaßen als Ausgangszelle zur Verbindung eines Schaltungsausganges mit einem Bausteinanschluß oder als Eingangszelle zur Verbindung eines Bausteinanschlusses in Richtung auf einen Schaltungseingang verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß die Schieberegisterzelle, unabhängig von ihrem Einsatz als Ein- oder Ausgangszelle, umschaltbar zur Testmustererzeugung oder zur Signaturbildung dient.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Patentansprüche 2 bis 6 betreffen eine Schaltungsanordnung zur Realisierung einer nach der Erfindung ausgebildeten Schieberegisterzelle, deren Vorteile darin zu sehen sind, daß sich alle Schieberegisterzellen im Sinne einer strengen Modularität unabhängig von ihrer Position in einem rückgekoppelten Schieberegister in ihrem Schaltungsaufbau, d. h. in der Art der verwendeten Schaltelemente und deren Verdrahtung gleichen. Diese Schaltungsanordnung eignet sich deshalb besonders für Logikbausteine, bei denen die Position einer betreffenden Schieberegisterzelle in einem rückgekoppelten Schieberegister durch Programmierung festgelegt werden kann.

Die Patentansprüche 7 bis 11 betreffen eine schaltungstechnisch optimierte Anordnung zur Realisierung einer nach der Erfindung ausgebildeten Schieberegisterzelle, deren Vorteile in einem geringeren Schaltelementebedarf und einer damit erzielbaren kürzeren Signaldurchlaufzeit liegen.

Die Unteransprüche 12 und 13 beziehen sich auf eine Verwendung der Schieberegisterzelle als Eingangs- bzw. Ausgangszelle und den dabei jeweils einstellbaren Betriebsmodi.

Beide Betriebsmodi lassen sich mit einer nach der Erfindung ausgebildeten Schieberegisterzelle aufgrund der Umschaltbarkeit der Schieberegisterzelle problemlos realisieren.

Aufgrund der universellen Einsetzbarkeit, den eine nach der Erfindung ausgebildete Schieberegisterzelle aufweist, eignet sie sich auch als Schaltungszelle für eine Schaltungsbibliothek und insbesondere für programmierbare Logikbausteine, auf denen eine "Boundary-Scan-Prüfschaltung" bereits im unprogrammierten Zustand vorgesehen ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Dabei zeigen

Fig. 1 ein Schaltbild für eine nach dem Standard ausgebildete bekannte Schieberegisterzelle,

Fig. 2a eine Blockdarstellung eines elektronischen Bausteins mit einer Boundary-Scan-Prüfschaltung zum Bitmustertest interner Speicherelemente,

Fig. 2b eine Blockdarstellung eines elektronischen Bausteins mit einer Boundary-Scan-Prüfschaltung zum Bitmustertest externer Speicherelemente,

Fig. 3 ein rückgekoppeltes Schieberegister mit erfindungsgemäß ausgebildeten Schieberegisterzellen.

Fig. 4 ein rückgekoppeltes Schieberegister mit einem schaltungstechnisch optimierten Aufbau der Schieberegisterzellen,

Fig. 4a eine Wertetabelle für die Belegung der Steuersignale bei verschiedenen Betriebsweisen des rückgekoppelten Schieberegisters nach Fig. 4.

In Fig. 1 ist ein Schaltbild für eine bekannte Schieberegisterzelle BSC dargestellt. Die Schieberegisterzelle BSC kann gleichermaßen als Eingangszelle, d. h. zur Verbindung eines Bausteinanschlusses BA in Richtung auf einen Schaltungseingang SE oder als Ausgangszelle, d. h. zur Verbindung eines Schaltungsausganges SA in Richtung auf einen Bausteinanschluß BA verwendet werden. Zur Verbindung eines Schaltungseingangs/-ausgangs SE/SA mit einem Bausteinanschluß BA dient ein Signalpfad SIP, der über einen Eingangswähler MUX1 führt. Zur Verbindung mit benachbarten Schieberegisterzellen dient ein Schiebepfad SCP, der von einem Eingangswähler MUX2 mit nachgeschalteter taktgesteuerter Kippstufe FF1 gebildet wird. Beide Eingangswähler MUX1, MUX2 haben jeweils einen alternativen Eingang AE. Der Signalpfad SIP ist eingangsseitig an den alternativen Eingang AE des im Schiebepfad SCP befindlichen Eingangswählers MUX2 angeschlossen. Der den Ausgang TDO des Schiebepfades SCP bildende Ausgang der taktgesteuerten Kippstufe FF1 ist über eine weitere taktgesteuerte Kippstufe LD2 an den alternativen Eingang AE des im Signalpfad SIP befindlichen Eingangwählers MUX1 angeschlossen.

Fig. 2a zeigt in einer schematischen Darstellung einen elektronischen Bausteines EB mit einer Boundary-Scan- Prüfschaltung und eine auf dem elektronischen Baustein EB befindliche digitalen Schaltung DS, die einen Speicherbereich RAM, EPROM,ROM etc. aufweist. Zur Prüfung der auf dem elektronischen Baustein EB befindlichen Speicher ist in einem Bitmusterprüfmodus der Boundary-Scan-Prüfschaltung vorgesehen, daß die Eingangszellen, die die Bausteinanschlüsse BA in Richtung auf Schaltungseingänge SE verbinden, zur Bildung eines rückgekoppelten Schieberegisters eingestellt werden. Dieses Schieberegister ist zur Testmustererzeugung z. B. als LFSR (linear-Feedback-Shift- Register) ausgebildet. Zur Testantwortauswertung sind die als Ausgangszellen verwendeten Schieberegisterzellen, d. h. die Schieberegisterzellen, die die Schaltungsausgänge SA in Richtung der Bausteinanschlüsse BA verbinden, zu einem rückgekoppelten Schieberegister verbunden, das zur Signaturbildung dient und z. B. als MISR (Multiple Input Signature Register) ausgebildet ist.

In Fig. 2b ist ebenfalls in schematischer Weise ein elektronischer Baustein EB mit einer Boundary-Scan-Prüfschaltung dargestellt, wobei bei dieser Darstellung ein zweiter Bitmusterprüfmodus der Boundary-Scan-Prüfschaltung verdeutlicht werden soll, der darin besteht, Ausgangszellen zur Bildung eines rückgekoppelten Schieberegisters zu konfigurieren, das zur Testmustergenerierung dient und die Testmuster über die Bausteinanschlüsse BA in Richtung zu anderen Bausteinen, z. B. externen Speichern zu übermitteln. Im Gegenzug werden die von bausteinexternen Schaltungen abgegebenen Bitmuster über die Bausteinanschlüsse BA einem aus Eingangszellen zur Signaturbildung ausgebildeten rückgekoppelten Schieberegister zugeleitet.

Da sich die vorliegende Erfindung im wesentlichen darauf beschränkt, eine Schieberegisterzelle anzugeben, die gleichermaßen für einen Betriebsmodus nach Fig. 2a und Fig. 2b zu verwenden ist, erscheint es im weiteren nicht erforderlich auf die zur Ansteuerung der einzelnen Schieberegisterzellen erforderlichen Maßnahmen in der Steuerung der Boundary-Scan-Prüfschaltung näher einzugehen. Für den Fall, daß sich der Fachmann ein Bild über die innerhalb der Prüfschaltungssteuerung erforderlichen Maßnahmen machen möchte, wird auf die Anmeldung mit dem Titel "Elektronischer Baustein mit einer taktgesteuerten Schieberegisterprüfarchitektur (Boundary-Scan)", mit demselben Zeitrang wie die vorliegende Anmeldung verwiesen.

In Fig. 3 ist ein Schaltbild mit vier nach der Erfindung weitergebildeten Schieberegisterzellen dargestellt. Zur Verdeutlichung der zu einer weitergebildeten Schieberegisterzelle ASC gehörenden Komponenten ist die an dritter Stelle in der Figur dargestellte weitergebildete Schieberegisterzelle ASC von einer gestrichelten Linie umrandet.

Im weiteren wird, sofern nicht ausdrücklich auf eine andere Bedeutung hingewiesen ist, diese weitergebildete Schieberegisterzelle ASC als Schieberegisterzelle bezeichnet.

Die Schieberegisterzelle ASC weist eine in der Figur durch einen mit BSC bezeichneten Block symbolisierte Schaltungsanordnung auf, die der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung weitestgehend entspricht. Lediglich die in dem Schiebepfad SCP angeordnete taktgesteuerte Kippstufe FF1 ist als rücksetzbare Kippstufe ausgebildet, um im rückgekoppelten Schieberegister einen reproduzierbaren Ausgangszustand einstellen zu können. Die weitere taktgesteuerte Kippstufe LD2 hat die Funktionsweise eines Latch. Wie im Zusammenhang mit Fig. 1 bereits erläutert, wird ein Schaltungsausgang SA mit einem Bausteinanschluß BA oder ein Bausteinanschluß BA mit einem Schaltungseingang SE über einen Signalpfad SIP miteinander verbunden. An den Schiebepfadeingang TDI der mit BSC bezeichneten Schaltungsanordnung ist ein Eingangswähler MUX3 vorgeschaltet. Dieser Eingangswähler MUX3 weist einen Standardeingang auf, der mit dem Schiebepfadausgang TDO der in Schieberichtung vorhergehenden Schieberegisterzelle verbunden ist. An einem alternativen Eingang AE des Eingangswählers MUX3 ist der Ausgang eines ersten Exklusiv-Oder- Gatters EX1 angeschlossen, das im Falle einer auf die Schieberegisterzelle ASC gerichteten Rückkopplung an einem Eingang mit einem Rückkopplungspfad FB und am anderen Eingang mit dem Ausgang eines weiteren Eingangswählers MUX4 verbunden ist. Für den Fall, daß auf die betreffende Schieberegisterzelle ASC keine Rückkopplung gerichtet ist, kann das erste Exklusiv-Oder-Gatter EX1 entfallen oder der für die Einspeisung des Rückkopplungspfads FB vorgesehene Eingang kann mit einem digitalen "Null-Pegel" verbunden werden.

Der weitere Eingangswähler MUX4 ist an seinem Standardeingang mit dem Schiebepfadausgang TDO der in Schieberichtung vorhergehenden Schieberegisterzelle verbunden. An seinem alternativen Eingang AE ist der Ausgang eines zweiten Exklusiv-Oder-Gatters EX2 angeschlossen, das eingangsseitig mit einem Anschluß an den Eingang des Signalpfades SIP der betreffenden Schieberegisterzelle ASC und mit dem anderen Anschluß an den Schiebepfadausgang TDO der in Schieberichtung vorhergehenden Schieberegisterzelle angeschlossen ist.

Der Eingangswähler MUX3 verbindet in Abhängigkeit des an seinem Schalteingang G1 anliegenden Umschaltesignales FBR den Standardeingang oder den alternativen Eingang AE mit seinem Ausgang. Ebenso ist bei dem Eingangswähler MUX4 in Abhängigkeit des Umschaltesignales SIGR der Standardeingang oder der alternative Eingang AE mit dem Ausgang des Eingangswählers MUX4 verbunden.

Für den Fall, daß das Schaltsignal FBR bei dem Eingangswähler MUX3 die Verbindung des Standardeingangs mit dem Ausgang einstellt, entspricht die Schieberegisterzelle ASC in ihrer Funktion der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung. Soll jedoch die Schieberegisterzelle ASC zusammen mit benachbarten Schieberegisterzellen ein rückgekoppeltes Schieberegister bilden, das zur Testmustererzeugung oder Signaturbildung verwendet werden kann, so läßt sich dies durch Umschalten des Eingangswählers MUX3 auf den alternativen Eingang AE erzielen. Unter der Annahme, daß der weitere Eingangswähler MUX4 auf seinen Standardeingang geschaltet ist, wird ein linear rückgekoppeltes Schieberegister (LFSR) gebildet, in dem der Schiebepfadausgang TDO der an letzter Stelle im rückgekoppelten Schieberegister angeordneten Schieberegisterzelle als Rückkopplungspfad FB über das erste Exklusiv-Oder-Gatter EX1 in den Schiebepfad SCP einer Schieberegisterzelle eingekoppelt sein kann. Auf welche Schieberegisterzellen ASC im rückgekoppelten Schieberegister die Rückkopplung gerichtet sein soll, hängt von dem Polynom ab, nach dem das rückgekoppelte Schieberegister strukturiert sein soll. In der Regel wird dies bei Erstellung der Schaltung bereits festgelegt.

Durch die in der Fig. dargestellte Rückkopplung wird, wie bereits erwähnt, ein linear rückgekoppeltes Schieberegister gebildet, das zur Testmustererzeugung dient. Im übrigen kann durch geringe schaltungstechnische Weiterbildung auch ein nichtlinear rückgekoppeltes Schieberegister (NFSR) erstellt werden. Je nach dem, ob die Schieberegisterzellen als Eingangs- oder Ausgangszellen im elektronischen Baustein vorgesehen sind, werden die Testmuster in den Baustein hinein, wie im Zusammenhang mit Fig. 2a erläutert, oder aus dem Baustein heraus, wie im Zusammenhang mit Fig. 2b erläutert, abgegeben.

Durch Umschalten des weiteren Eingangswählers MUX4 auf seinen alternativen Eingang AE wird aus dem zur Bitmustererzeugung dienenden rückgekoppelten Schieberegister ein rückgekoppeltes Schieberegister zur Signaturbildung (MISR = Multiple Input Signature Register). In Abhängigkeit davon, ob die Schieberegisterzellen ASC als Eingangs- oder Ausgangszellen in einem elektronischen Baustein verwendet sind, dient das rückgekoppelte Schieberegister entweder zur Signaturbildung aus Bitmustern (Testantworten), die von außerhalb des elektronischen Bausteins zugeführt werden, wie im Zusammenhang mit Fig. 2b erläutert, oder die aus einer Schaltung auf dem elektronischen Baustein zugeführt werden, wie im Zusammenhang mit Fig. 2a erläutert. Ist die Schieberegisterzelle ASC also als Eingangszelle verwendet, so kann sie in Abhängigkeit des Schaltsignals SIGR für den weiteren Eingangswähler MUX4 zur Testmustererzeugung für bausteininterne Schaltungen oder zur Signaturbildung aus bausteinextern zugeführten Bitmustern verwendet werden. Entsprechendes gilt sinngemäß für eine als Ausgangszelle verwendete Schieberegisterzelle ASC, d. h. daß sie dann in Abhängigkeit des Schaltsignals SIGR zur Testmustererzeugung für bausteinexterne Schaltungen oder zur Signaturbildung aus bausteinintern zugeführten Bitmustern verwendet wird.

In Fig. 4 ist ein Schaltbild mit vier nach der Erfindung ausgebildeten Schieberegisterzellen (ASC1, . . . ASC4) dargestellt, die bezüglich ihres schaltungstechnischen Aufbaus gegenüber den im Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebenen Schieberegisterzellen optimiert sind. Um die Schaltbilder nach Fig. 3 und Fig. 4 hinsichtlich der schaltungstechnischen Realisierung der Schieberegisterzellen möglichst einfach vergleichen zu können, wurde eine weitestgehende Übereinstimmung der Darstellungsweise und der verwendeten Bezugszeichen angestrebt.

Jede der Schieberegisterzellen - zur gegenseitigen Abgrenzung sind die einzelnen Schieberegisterzellen in der Figur mit einer gestrichelten Linie umrandet - weist eine mit BSC symbolisierte Schaltungsanordnung auf, die der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung weitestgehend entspricht und, wie im Zusammenhang mit Fig. 3 bereits erläutert, eine rücksetzbar ausgebildete Kippstufe FF1 im Schiebepfad SCP aufweist. Über einen durch BSC hindurchführenden Signalpfad SIP ist ein Schaltungsausgang SA mit einem Bausteinanschluß BA oder ein Bausteinanschluß BA mit einem Schaltungseingang SE verbunden.

Bei der an erster Stelle in Schieberichtung angeordneten Schieberegisterzelle ASC1 ist dem Schiebepfadeingang TDI der mit BSC bezeichneten Schaltungsanordnung eine logische Verknüpfungsanordnung EXOR bestehend aus einem Exclusiv-Nicht-Oder-Gatter EXNOR mit nachfolgendem Eingangswähler MUX3 vorgeschaltet. Der Eingangswähler MUX3 weist einen Standardeingang auf, der mit dem Schiebepfadausgang der in Schieberichtung vorhergehenden Schieberegisterzelle (nicht dargestellt) verbunden ist und für die erste Schieberegisterzelle ASC1 als Schiebepfadeingang TDI dient. An einem alternativen Eingang AE des Eingangswählers MUX3 ist der Ausgang des Exclusiv-Nicht- Oder-Gatters EXNOR angeschlossen, das an einem Eingang mit einem abschaltbaren Rückkopplungspfad FBS verbunden ist. Mit dem anderen Eingang des Exclusiv-Nicht-Oder- Gatters EXNOR ist der Ausgang eines als Und-Gatter ausgebildeten schieberegisterindividuellen zweiten Torelementes TR2 verbunden. Das zweite Torelement TR2 weist im Falle der ersten Schieberegisterzelle ASC1 einen invertierenden Eingang auf, der mit dem eingangsseitigen Signalpfad SIP verbunden ist. Mit einem zur Torsteuerung dienenden Eingang ist das zweite Torelement TR2 mit einer Umschalteleitung SIGR verbunden.

Die der an erster Stelle im rückgekoppelten Schieberegister angeordneten ersten Schieberegisterzelle ASC1 nachfolgenden Schieberegisterzellen ASC2, ASC3, ASC4 weisen jeweils eine im Schiebepfad SCP, vor dem Schiebepfadeingang TDI der mit BSC bezeichneten Schaltungsanordnung eingefügte logische Verknüpfungsanordnung EXOR in Form von zwei hintereinander geschalteten Exclusiv-Oder-Gattern EX2, EX1 auf. Das bei der Hintereinanderschaltung an hinterer Stelle angeordnete Exclusiv-Oder-Gatter EX1 ist mit seinem Ausgang an den Schiebepfadeingang TDI der mit BSC bezeichneten Schaltungsanordnung angeschlossen. Eingangsseitig ist dieses Exclusiv-Oder-Gatter EX1 mit dem Schiebepfadausgang TDO der in Schieberichtung vorhergehenden Schieberegisterzelle verbunden. Das bei der Hintereinanderschaltung an erster Stelle befindliche Exclusiv-Oder-Gatter EX2 ist mit einem Eingang an den Ausgang eines als Und- Gatter ausgebildeten schieberegisterindividuellen zweiten Torelementes TR2 angeschlossen. Der andere Eingang des Exclusiv-Oder-Gatters EX2 ist entweder mit dem abschaltbaren Rückkopplungspfad FBS oder mit einem digitalen Nullpegel verbunden, abhängig davon, ob auf die betreffende Schieberegisterzelle eine Rückkopplung gerichtet ist.

Das als Und-Gatter ausgebildete zweite Torelement TR2 weist im Gegensatz zu dem in der ersten Schieberegisterzelle ASC1 befindlichen zweiten Torelement TR2 einen nichtinvertierenden Eingang auf, der mit dem eingangsseitigen Signalpfad SIP verbunden ist. Ein weiterer Eingang des zweiten Torelements TR2 dient als Torsteuereingang und ist an die Umschalteleitung SIGR angeschlossen.

Die logische Verknüpfungsanordnung EXOR kann auch als ein einziges Exclusiv-Oder-Gatter mit drei Eingängen ausgebildet sein oder im Falle einer nicht auf die betreffende Schieberegisterzelle gerichteten Rückkopplung lediglich durch ein einziges Exclusiv-Oder-Gatter mit zwei Eingängen gebildet sein, von denen der eine mit dem Schiebepfadausgang TDO der vorhergehenden Schieberegisterzelle und der andere mit dem Ausgang des zweiten Torelementes TR2 der betreffenden Schieberegisterzelle verbunden ist.

Der als Rückkopplungspfad FB dienende Schiebepfadausgang TDO der an letzter Stelle im rückgekoppelten Schieberegister angeordneten Schieberegisterzelle ASC4 ist über ein Exclusiv-Oder-Gatter EX3 einem Eingang eines als Und-Gatter ausgebildeten ersten Torelementes TR1 zugeführt. Der Ausgang des ersten Torelementes TR1 ist als abschaltbarer Rückkopplungspfad FBS wenigstens mit der logischen Verknüpfungsanordnung EXOR der ersten Schieberegisterzelle ASC1 verbunden.

Das erste Torelement TR1 kann zugunsten einer modularen Ausgestaltung der Schieberegisterzellen auch als jeweils ein schieberegisterzellenindividuelles Torelement ausgebildet sein.

Zur Torsteuerung ist das erste Torelement TR1 an einem Eingang mit einer Freigabeleitung FBR verbunden, die auch auf den Umschalteeingang des Eingangswählers MUX3 in der an erster Stelle im rückgekoppelten Schieberegister angeordneten Schieberegisterzelle ASC1 geführt ist.

Die Schiebepfadausgänge TDO der in Schieberichtung vor der letzten Schieberegisterzelle ASC4 des rückgekoppelten Schieberegisters befindlichen Schieberregisterzellen ASC1, ASC2, ASC3 sind an die Eingänge eines als NOR-Gatter ausgebildeten Mehrfachverknüpfungselementes NOR angeschlossen, dessen Ausgang dem im Rückkopplungspfad FB angeordneten Exclusiv-Oder-Gatter EX3 zugeführt ist. An einem Eingang des logischen Mehrfachverknüpfungselementes NOR ist eine weitere Umschalteleitung LFS angeschlossen, die zum Abschalten des Ausgangssignales FBM des logischen Mehrfachverknüpfungselementes NOR vorgesehen ist.

Ein Vergleich mit der in Fig. 3 dargestellten Schaltungsanordnung zeigt, daß der in Fig. 3 eingangsseitig im Schiebepfad SCP angeordneten Eingangswählers MUX3 durch ein einziges Und-Gatter (erstes Torelement TR1) ersetzt ist. Für die Umschaltung des rückgekoppelten Schieberegisters als Testmustergenerator oder Testantwortauswerter ist in jeder Schieberegisterzelle ASC1 . . . ASC4 ein Torelement TR2 zum ausmaskieren der Testantworten vorgesehen. Das Exclusiv- Nicht-Oder-Gatter EXNOR in der an erster Stelle im rückgekoppelten Schieberegister befindlichen Schieberegisterzelle ASC1 bewirkt, daß das zum Zwecke eines Testmustergenerators als LFSR (Linear Feedback Shift Register) ausgebildete rückgekoppelte Schieberegister aus dem Nullzustand nicht in einen trivialen Zyklus der Länge l, sondern in einen maximalperiodischen Zyklus übergeht. Damit die bei dem Exclusiv-Nicht-Oder-Gatter EXNOR vorgenommene Invertierung beim Betreiben des rückgekoppelten Schieberegisters als Testantwortauswerter (MISR = Multiple Input Signature Register) nicht in die Berechnungen der Signatur eingeht, werden die der an erster Stelle im rückgekoppelten Schieberegister angeordneten Schieberegisterzelle ASC1 zugeführten Testantworten am Eingang des als Und-Gatters ausgebildeten zweiten Torelementes TR2 invertiert. Die Berechnung einer " Gutsignatur" kann somit genau wie bei einem als Testanwortauswerter (MISR) betriebenen rückgekoppelten Schieberegister mit gleichen Rückkopplungspolynom erfolgen. Die Invertierung am Eingang des als Und-Gatter ausgebildeten zweiten Torelementes TR2 kann aber auch weggelassen werden, wenn dies bei der Berechnung der "Gutsignatur" berücksichtigt wird.

Das logische Mehrfachverknüpfungselement NOR und das zur Einspeisung in den Rückkopplungspfad FB vorgesehene Exclusiv-Oder-Gatter EX3 dienen zur Erstellung eines nichtlinearen rückgekoppelten Schieberegisters (NFSR = Non Linear Feedback Shift Register) als Testmustergenerator. Mit Hilfe der an das logische Mehrfachverknüpfungselement NOR geführten weiteren Umschalteleitung LFS läßt sich ein als Testmustergenerator betriebenes rückgekoppeltes Schieberegister wahlweise zu einem linear rückgekoppelten Schieberegister (LFSR) oder in einem nichtlinear-rückgekoppelten Schieberegister (NFSR) konfigurieren.

In Fig. 4a ist eine Wertetabelle zur Belegung der Umschalteleitungen FBR, SICR, LFS in Abhängigkeit zur beabsichtigten Betriebsart eines rückgekoppelten Schieberegisters nach Fig. 4 dargestellt.


Anspruch[de]
  1. 1. Schieberegisterzelle (BSC) einer mit einer digitalen Schaltung (DS) auf einem elektronischen Baustein (EB) befindlichen Prüfschaltung zur Implementierung einer taktgesteuerten Schieberegisterprüfarchitektur (Boundary-Scan), mit einem Signalpfad (SIP) zur Verbindung eines Schaltungseingangs/-ausgangs (SE/SA) der digitalen Schaltung (DS) mit einem Bausteinanschluß (BA) und mit einem Schiebepfad (SCP) zur Verbindung mit benachbarten Schieberegisterzellen, wobei im Signal- und im Schiebepfad (SIP, SCP) je ein Eingangswähler (MUX1, MUX2) mit einem alternativen Eingang (AE) angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, daß erste Schaltmittel (MUX3) zur Verbindung der Schieberegisterzelle mit benachbarten Schieberegisterzellen im Sinne eines rückgekoppelten Schieberegisters vorgesehen sind und daß zweite Schaltmittel (MUX4) zum alternativ umschaltbaren Betreiben des rückgekoppelten Schieberegisters als Testmustergenerator oder Testantwortauswerter vorgesehen sind.
  2. 2. Schieberegisterzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Schaltmittel (MUX3) zum Einschleifen einer Schaltstrecke in den Schiebepfad (SCP) vor dem Eingangswähler (MUX2) ausgebildet sind, wobei im Falle einer auf die Schieberegisterzelle gerichteten Rückkopplung in der Schaltstrecke ein eingangsseitig zum Anschluß eines Rückkopplungspfades (FB) dienendes erstes logisches Element (EX1) angeordnet ist und daß die zweiten Schaltmittel (MUX4) zum Einschleifen eines, einer logischen Verknüpfung mit dem eingangsseitigen Signalpfad (SIP) dienenden, zweiten logischen Elementes (EX2) in die Schaltstrecke ausgebildet sind.
  3. 3. Schieberegisterzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten logischen Elemente als Exclusiv- Oder-Gatter (EX1, EX2) ausgebildet sind.
  4. 4. Schieberegisterzelle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer rückkopplungsfreien Schieberegisterzelle das erste als Exclusiv-Oder-Gatter (EX1) ausgebildete logische Element an seinem zum Anschluß eines Rückkopplungspfades (FB) vorgesehenen Eingang mit einem digitalen "Null-Pegel" verbunden ist.
  5. 5. Schieberegisterzelle nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Schaltmittel jeweils als Eingangswähler mit je einem alternativen Eingang (AE) ausgebildet sind, wobei der Ausgang des zweiten logischen Elementes (EX2) an den alternativen Eingang (AE) des zur Bildung des zweiten Schaltmittels dienenden Eingangswählers (MUX4) angeschlossen ist, dessen Ausgang bei Vorhandensein eines ersten logischen Elementes (EX1) an diesen und bei fehlendem ersten logischen Element (EX1) an den alternativen Eingang AE des zur Bildung des ersten Schaltmittels dienenden Eingangswählers (MUX3) angeschlossen ist.
  6. 6. Schieberegisterzelle nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der in Schieberichtung an erster Stelle in einem rückgekoppelten Schieberegister angeordneten Schieberegisterzelle die Schaltstrecke eingangs unterbrochen ist und an einen digitalen "1-Pegel" angeschlossen ist und das zweite logische Element (EX2) an seinem Schaltstreckeneingang mit einem digitalen "Null-Pegel" verbunden ist.
  7. 7. Schieberegisterzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Schaltmittel als erstes Torelement (TR1) zum Abschalten eines im Falle einer auf die Schieberegisterzelle (ASC) gerichteten Rückkopplung an ein im Schiebepfad (SCP) vor dem Eingangswähler (MUX2) angeordnete logische Verknüpfungsanordnung (EXOR) geführten Rückkopplungspfades (SB) ausgebildet sind und daß die zweiten Schaltmittel als zweites Torelement (TR2) zum Abschalten einer Verbindung zwischen dem eingangsseitigen Signalpfad (SIP) und der logischen Verknüpfungsanordnung (EXOR) ausgebildet sind.
  8. 8. Schieberegisterzelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Verknüpfungsanordnung (EXOR) im Falle einer in Schieberichtung an erster Stelle befindlichen Schieberegisterzelle (ASC1) des rückgekoppelten Schieberegisters als ein im Schiebepfad (SCP) angeordneter Eingangswähler (MUX3) mit vorgeschaltetem Exclusiv-Nicht- Oder-Gatter (EXNOR) ausgebildet ist, wobei dieses an seinen Eingängen mit den Ausgängen des ersten und zweiten Torelementes (TR1, TR2) und an seinem Ausgang mit dem alternativen Eingang (AE) des Eingangswählers (MUX3) verbunden ist und daß die logische Verknüpfungsanordnung (EXOR) bei den, in Schieberichtung der an erster Stelle befindlichen Schieberegisterzelle (ASC1) nachfolgenden Schieberegisterzellen (ASC2, ASC3, ASC4) jeweils als Exclusiv-Oder-Verknüpfung ausgebildet ist.
  9. 9. Schieberegisterzelle nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schaltmittel als ein für alle Schieberegisterzellen des rückgekoppelten Schieberegisters gemeinsam den Rückkopplungspfad (FB) abschaltendes erstes Torelement (TR1) ausgebildet ist.
  10. 10. Schieberegisterzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines nichtlinear-rückgekoppelten Schieberegisters die Schiebepfadausgänge (TDO) aller in Schieberichtung vor der letzten Schieberegisterzelle (ASC4) angeordneten Schieberegisterzellen (ASC1, ASC2, ASC3) einem logischen Mehrfachverknüpfungselement (NOR) zugeführt sind, dessen Ausgangssignal (FBM) über ein Exclusiv-Oder- Gatter (EX3) in den Rückkopplungspfad (FB) einspeisbar ist.
  11. 11. Schieberegisterzelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das logische Mehrfachverknüpfungselement (NOR) ein Nicht-Oder-Gatter (NOR) ist, dem zum Abschalten seines Ausgangssignales (FBM) an einem Eingang eine Umschalteleitung (LFS) zugeführt ist.
  12. 12. Schieberegisterzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11 als Ausgangszelle zur Verbindung eines Schaltungsausganges in Richtung auf einen Bausteinanschluß, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit den Schieberegisterzellen gebildetes rückgekoppeltes Schieberegister in einem ersten Betriebsmodus als Testmustergenerator zur Erzeugung von an die Bausteinanschlüsse (BA) zugeführten Bitmustern dient und in einem zweiten Betriebsmodus zur Signaturbildung aus an den Schaltungsausgängen (SA) auftretenden Bitmustern.
  13. 13. Schieberegisterzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11 als Eingangszelle zur Verbindung von Bausteinanschlüssen in Richtung auf Schaltungseingänge, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit den Schieberegisterzellen gebildetes rückgekoppeltes Schieberegister in einem ersten Betriebsmodus zur Signaturbildung aus an den Bausteinanschlüssen auftretenden Bitmustern dient und in einem zweiten Betriebsmodus als Testmustergenerator zur Erzeugung von an die Schaltungseingänge zugeführten Bitmustern dient.
  14. 14. Verwendung von Schieberegisterzellen nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als Ein- oder Ausgangsstufe für elektronische Bausteine, bei denen eine digitale Schaltung mittels programmierbarer Verdrahtung bereits vorhandener Schaltelemente erstellbar ist.






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