Boundary-Scan: Gute Elektronik ist testbar

Wenn die Fehlersuche zur Herausforderung wird

Eine neue elektronische Baugruppe ist entwickelt, die Leiterplatte gefertigt und bestückt. Doch bei der Inbetriebnahme zeigt sich ein Fehler: Eine elektrische Verbindung funktioniert nicht wie vorgesehen.

Liegt es an einer fehlerhaften Lötstelle, einer unterbrochenen Leiterbahn oder einem Kurzschluss?

Die Fehlersuche kann aufwendig werden. Besonders bei hochintegrierten Baugruppen sind viele elektrische Verbindungen für eine direkte Prüfung kaum noch zugänglich.

Wie wichtig eine gezielte Prüfung sein kann, zeigen Erfahrungen aus der Praxis: Bei einer elektronischen Baugruppe wurde während der Prototypenphase mithilfe von Boundary-Scan ein Kontaktierungsfehler an einem Bauteil erkannt. Der Fehler konnte schnell behoben werden. Ohne die Prüfung hätte er zu einer aufwendigen Fehlersuche und zu Verzögerungen bei der Inbetriebnahme führen können.

Dabei lässt sich bereits während der Entwicklung dafür sorgen, dass solche Fehler später gezielt erkannt werden können. Entscheidend ist, die Prüfbarkeit einer Baugruppe nicht erst nach ihrer Fertigung zu betrachten.

Boundary-Scan: Prüfen ohne direkten Messzugang

Boundary-Scan nach IEEE 1149.1 ermöglicht es, elektrische Verbindungen auf einer Leiterplatte zu prüfen, ohne jeden einzelnen Anschluss direkt kontaktieren zu müssen.

Voraussetzung sind geeignete Bausteine, die diesen Standard unterstützen. Dazu zählen beispielsweise FPGAs, DSPs und Mikrocontroller.

Das Verfahren nutzt spezielle Testzellen an der Grenze zwischen dem internen Logikkern eines Bausteins und seinen äußeren Anschlüssen. Während des klassischen Boundary-Scan-Tests wird der Baustein nicht in seiner normalen Funktion betrieben. Stattdessen werden über die Testzellen definierte Signalzustände an Anschlüssen angelegt und abgefragt.

Auf diese Weise lassen sich bestimmte Verbindungsfehler erkennen, ohne dass Kenntnisse über die Programmierung des jeweiligen Bausteins erforderlich sind.

Die spätere Testbarkeit beginnt bei der Hardwareentwicklung

Welche Möglichkeiten Boundary-Scan später bietet, wird schon in der Entwicklungsphase einer elektronischen Baugruppe festgelegt.

Bereits bei der Auswahl der Bausteine und dem Schaltungsdesign müssen bestimmte Voraussetzungen für die spätere Prüfung berücksichtigt werden.

Dazu gehört die Auswahl geeigneter Bausteine mit zugehörigen BSDL-Dateien, zugängliche JTAG-Schnittstellen sowie die Einhaltung der erforderlichen Compliance Patterns. Diese legen Bedingungen fest, unter denen ein Baustein in den Boundary-Scan-Testzustand versetzt werden kann.

Werden solche Anforderungen erst nach der Fertigung berücksichtigt, können Änderungen an Schaltung und Layout notwendig werden.

Deshalb ist es sinnvoll, den Boundary-Scan-Testplan bereits parallel zur Hardwareentwicklung zu erstellen.

Mit geeigneter Testsoftware, beispielsweise von Corelis, können fehlende Compliance Patterns frühzeitig erkannt werden. So besteht die Möglichkeit, notwendige Anpassungen vorzunehmen, bevor eine Leiterplatte hergestellt wird.

Testabdeckung: Erkennen, was geprüft werden kann – und was nicht

Ein wichtiger Bestandteil der Testplanung ist die Ermittlung der erreichbaren Testabdeckung.

Sie zeigt, welche Teile der vorgesehenen Schaltung durch die geplanten Tests erfasst werden und wo Lücken verbleiben.

Dabei ist nicht erforderlich, dass sämtliche Bausteine einer Baugruppe Boundary-Scan unterstützen. Bereits ein einzelner geeigneter Baustein kann bestimmte Prüfungen ermöglichen. Die erreichbare Testabdeckung hängt jedoch von den eingesetzten Komponenten und ihrer Verschaltung ab.

Werden nicht ausreichend prüfbare Bereiche frühzeitig erkannt, lassen sich zusätzliche Testmöglichkeiten vorsehen.

Dazu gehören beispielsweise Cluster-Tests oder Script-Tests mit entsprechender Corelis-Software. Darüber hinaus können ergänzende Prüfverfahren wie Nadelbettadapter oder eine Kombination mit In-Circuit-Tests sinnvoll sein.

Die frühzeitige Analyse schafft damit eine wichtige Entscheidungsgrundlage: Welche Verbindungen können geprüft werden, welche bleiben außerhalb der Testabdeckung und welche zusätzlichen Maßnahmen sind erforderlich?

Testplanung und Fehleranalyse: Weniger Programmieraufwand

Ein weiterer Vorteil von Boundary-Scan liegt in der Erstellung der Tests und der anschließenden Fehleranalyse. Für geeignete Verbindungsprüfungen lässt sich ein Boundary-Scan-Testplan wesentlich einfacher erstellen, als einen entsprechenden Funktionstest zu programmieren.

Auch die Fehleranalyse ist bei Boundary-Scan bereits gezielt angelegt. Bei einem Funktionstest müssen vergleichbare Diagnosemöglichkeiten dagegen eigens programmiert werden.

Entwicklung und Testplanung gemeinsam betrachten

Die Testbarkeit einer elektronischen Baugruppe ist nicht allein eine Frage der später eingesetzten Prüftechnik. Sie hängt wesentlich davon ab, welche Voraussetzungen bereits während der Entwicklung geschaffen werden.

Wer Hardwareentwicklung und Testplanung frühzeitig miteinander verbindet, kann mögliche Einschränkungen erkennen, bevor die Leiterplatte gefertigt wird.

Das eröffnet die Möglichkeit, die Testabdeckung gezielt zu verbessern und ergänzende Prüfverfahren rechtzeitig einzuplanen.

Die Entwicklung einer funktionierenden elektronischen Baugruppe bleibt das zentrale Ziel. Ihre spätere Prüfbarkeit sollte jedoch von Anfang an eingeplant werden.

DSP Systeme GmbH: Prüfbarkeit frühzeitig berücksichtigen

Die DSP Systeme GmbH verfügt über Erfahrung in der Entwicklung elektronischer Systeme und beschäftigt sich mit Boundary-Scan-Testlösungen von Corelis.

Die Verbindung dieser Kompetenzfelder bietet einen Ansatz, die spätere Prüfbarkeit elektronischer Baugruppen bereits während ihrer Entwicklung zu berücksichtigen.

Dazu können die frühzeitige Betrachtung der technischen Testvoraussetzungen, die Erstellung geeigneter Testpläne und die Bewertung der erreichbaren Testabdeckung gehören.

Auf dieser Grundlage lässt sich gemeinsam mit dem Kunden untersuchen, welche Prüfungen möglich sind und wo ergänzende Testverfahren berücksichtigt werden sollten.

Weitere Informationen zu JTAG-Emulatoren und Boundary-Scan finden Sie bei der DSP Systeme GmbH.

Sie planen die Entwicklung einer neuen elektronischen Baugruppe?

Sprechen Sie mit uns über die Anforderungen an Funktion und Prüfbarkeit. Gemeinsam können wir frühzeitig betrachten, welche Möglichkeiten Boundary-Scan bietet und wie sich die Voraussetzungen für spätere Tests bereits während der Entwicklung schaffen lassen.