JTAG 如何用于 PCB 测试和调试

JTAG 的工作原理是允许您在不直接接触电路板的情况下对其进行测试和修复。即使在布局紧凑的电路板上，JTAG 也能帮助您快速找到问题所在。它仅使用少量引脚，且不会中断设备的正常运行，因此测试既简单又不会对设备造成干扰。您可以享受快速调试和固件更新带来的便利。随着技术的进步，JTAG 将不断更新，帮助您适应新的设备和法规，使您的工作更加轻松可靠。

关键精华

• JTAG 允许您在不接触电路板的情况下对其进行测试和修复。这使得测试变得简单，并且不会妨碍实际操作。

• 使用 JTAG 进行边界扫描测试可以发现复杂 PCB 上的焊接问题和断线问题。

• 您可以使用 JTAG 直接在电路板上对设备进行编程和固件更新。这可以节省时间并有助于避免错误。

• JTAG 适用于具有多个核心的系统。它允许您同时测试和修复多个核心。

• 使用 JTAG 可以帮助您发现更多问题，通常超过 90%。这使得 JTAG 成为当今测试电子设备的一种良好且值得信赖的方法。

什么是JTAG？

JTAG接口基础知识

您可以使用 JTAG 接口将测试设备连接到电路板。这种连接方式允许您直接与电路板上的芯片通信，无需使用探针或针头接触电路板。JTAG 接口通过几个专用引脚发送信号来工作。您可以控制和观察设备的内部运行情况。这种方法有助于您快速安全地查找问题。

JTAG 在测试和调试 PCB 时为您提供了几个重要的功能：

• 边界扫描测试可以帮助您发现焊接问题、短路或断路连接。

• 您可以通过与处理器或内存交互来调试嵌入式系统。

• 在线编程允许您将固件或软件上传到芯片中。

• 您可以观察寄存器和内存来监控设备健康状况。

• 故障检测功能可帮助您发现短路和开路等制造缺陷。

提示：即使无法触及所有引脚或线路，您也可以使用 JTAG 测试电路板。这使其非常适合现代复杂的 PCB 板。

标准引脚排列和协议

JTAG接口采用简单的引脚排列。通常可以看到五个主要引脚：

引脚名称	功能
TDI	测试数据
时差	测试数据输出
TPC	测试时钟
TMS	测试模式选择
TRST	测试重置（可选）

您将测试工具的这些引脚连接到设备。JTAG 协议以串行方式发送数据。您将测试数据输入设备，然后读取结果。此过程无需额外硬件即可检查连接、对芯片进行编程和调试系统。

JTAG 让您的工作更轻松。它能帮您节省时间、减少错误并提高可靠性。您可以信赖 JTAG，它将全程协助您进行测试和调试。

JTAG 如何用于 PCB 测试

边界扫描法

边界扫描法允许您在不接触每个引脚的情况下测试 PCB。JTAG 在每个输入和输出引脚处放置特殊的移位寄存器单元，这些单元称为边界扫描单元。测试数据每次通过器件一位。测试访问端口和边界扫描寄存器可帮助您控制此过程。此设置允许您检查连接并对密集的电路板运行测试。

边界扫描测试可以帮助您：

• 无需探针即可测试芯片连接。

• 找出每个引脚上的短路和断路故障。

• 在正常模式和测试模式之间切换，而不会损坏设备。

• 在其他系统无法触及的地方，对封装好的 PCB 进行测试。

使用 JTAG 的方法是将测试图案移动到边界扫描单元中。这些单元会向引脚发送信号并接收响应。这有助于您查找缺失的上拉电阻或短路故障。您无需额外的硬件，因此工作更快捷、更轻松。

数字互连测试

JTAG 测试可以帮助您检查各个部件之间的数字连接。您可以使用它来确保每个信号路径都能正常工作。JTAG 通过扫描链发送测试数据并读取返回的结果。如果返回结果错误，则说明连接存在问题。

您将获得诸多好处：

• 您可以发现短路、焊点短路和零件缺失等问题。

• 您可以检查是否存在导致问题的错误或装反的部件。

• 您可以使用测试系统来检查包含许多芯片的复杂电路板。

• 您可以涵盖超过 95% 的常见故障。

故障类型	描述
焊锡短裤	当焊锡过多导致引脚或线路接触时就会发生这种情况。
打开连接	当焊料不足、焊点断裂或线路断裂时，就会发生这种情况，导致信号无法通过。
棘手的故障	当网始终处于高位或低位时就会发生这种情况，通常是由于对电源或地线短路造成的。
缺少组件	在设备的所有引脚上显示为开路连接。
组件错误或装反了。	可能导致互连测试期间出现异常行为。

JTAG 测试可以检测多种类型的故障。它适用于传统测试方法无法处理的电路板。您无需使用针床式夹具或飞针式测试仪。JTAG 非常适合现代高密度 PCB。

故障检测与覆盖

您需要尽可能多地发现故障。JTAG 可以检测引脚级问题，例如短路、桥接和元件错误。故障覆盖率是指测试能够发现的故障百分比。如果电路板设计时考虑到了测试，使用 JTAG 通常可以获得超过 90% 的故障覆盖率。

• JTAG 可以检测短路、开路和卡死故障。

• 您可以使用更少的测试图案，节省 20-50% 的成本，而且测试点只需要很小的区域。

• 您可以使用以下方式快速轻松地运行测试： 测试系统.

JTAG 测试比传统方法更胜一筹。传统的针床测试仪和飞针测试仪需要逐个接触每个节点，这对新电路板来说非常不利。JTAG 可以将设备串联起来，因此可以同时测试多个芯片。这样既节省时间，又能提高测试的可靠性。

注意：JTAG 并非万能，尤其是在模拟电路或非 JTAG 器件中。为了获得最佳测试结果，通常需要将 JTAG 与其他测试系统（例如在线测试或自动光学检测）配合使用。

许多公司利用 JTAG 技术改进了测试流程。例如，IMSAR 可以在几分钟内（而非几小时）找到故障部件。光纤设备专家也通过 JTAG 技术缩短了测试时间。这些实际案例表明，JTAG 如何帮助提高电子产品制造的速度和可靠性。

JTAG在调试和编程中的应用

嵌入式系统调试

JTAG 大大简化了嵌入式系统的调试。借助支持 JTAG 的设备，您可以实时观察和控制处理器的运行。您可以随时启动和停止代码，还可以逐行执行代码，从而快速发现错误。您可以设置断点来暂停代码，还可以查看代码如何修改内存或寄存器。

下表展示了 JTAG 在嵌入式系统调试方面可以发挥的作用：

应用类型	描述
硬件测试	可用于检查设备、电路板和系统是否存在问题。
软件调试	允许您在指令级别或源代码级别调试代码。
编程设备	允许您在开发过程中加载固件并设置引导加载程序。
在线调试	使您能够访问微控制器、FPGA 和 SoC，以进行实时调试。
边界扫描测试	检查PCB连接，找出电路板制造过程中出现的问题。
非侵入式监控	无需拆卸主板即可查看 CPU 和内存使用情况。

您可以通过 JTAG 直接访问设备的内部调试部分。这意味着您可以调试多种处理器和系统。您还可以使用 JTAG 进行在线调试。这有助于您在设备仍在运行时修复问题。

提示：使用 JTAG，无需拆卸芯片或使用额外的探针即可测试或调试嵌入式系统。

设备编程

JTAG 使设备编程变得简单可靠。您可以使用 JTAG 为支持 JTAG 的设备加载固件、设置引导加载程序和更新软件。JTAG 使用边界扫描，因此您可以在芯片焊接到电路板后对其进行编程。这节省了时间，并有助于避免测试过程中的错误。

许多公司使用 JTAG 进行设备编程，因为它兼容多种工具和框架。市面上也有很多价格低廉的 JTAG 调试工具。这使得在学校和实验室学习设备编程变得非常容易。支持 JTAG 的设备允许您在不拆卸电路板的情况下更新代码和修复错误。

• 你可以对闪存和微控制器进行编程。

• 您可以更新FPGA和SoC的固件。

• 设备制造完成后，可以对其进行重新编程。

多核系统支持

JTAG 可帮助您测试和调试具有多个内核的系统。您可以连接多个支持 JTAG 的设备，并逐一进行控制。这使您可以测试各个内核的协同工作情况。您还可以单独调试每个内核，或同时调试所有内核。

您可以使用 JTAG 来：

• 测试各核心之间的连接。

• 调试运行在不同核心上的软件。

• 给每个核心编写新的代码。

JTAG 为您提供了一种强大的方法来管理复杂的系统。您可以查找故障、更新软件并确保每个部件都能正常工作。这使得测试和调试更加快捷、全面。

JTAG架构

测试接入端口（TAP）

测试接入端口 (TAP) 是 JTAG 工作的主要入口。TAP 将您的测试工具连接到设备内部，允许您发送和接收数据以进行测试和故障排除。TAP 仅使用少量引脚，因此无需太多线缆，使您的设置既简单又可靠。

下表显示了 TAP 在 JTAG 中的作用：

特性	描述
接口	TAP 将外部测试工具与内部测试逻辑连接起来。
控制机制	TAP 使用状态机来传输数据和控制操作。
国家管理	TAP 控制器与 16 状态机配合使用来处理任务。
数据路径分离	TAP 为指令和数据设置了不同的路径，因此您可以选择要测试的内容。

TAP 允许您控制数据的进出方式。它将指令路径和数据路径分开，因此您可以运行特殊测试。

TAP 控制器

TAP 控制器就像 JTAG 系统的大脑，它负责运行所有 JTAG 任务。TAP 控制器是一个数字元件，它读取来自 TMS 和 TCK 引脚的信号，并通过一个 16 状态机来决定下一步的操作。

TAP 控制器是一个状态机。TMS 信号控制着它在各个状态之间的转换。每个状态都有两条输出路径，因此在使用 TCK 时，TMS 可以指导每一次状态的改变。

您可以使用 TAP 控制器在指令模式和数据模式之间切换。它允许您输入新指令或在设备中传输测试数据。TAP 控制器还可以帮助您使用不同的寄存器进行测试和编程。

寄存器和指令译码器

每个 JTAG 设备内部都包含一些重要的寄存器。指令寄存器 (IR) 保存设备当前使用的指令。数据寄存器 (DR) 保存测试数据、边界扫描信息或设备 ID。指令解码器读取 IR 并选择要使用的寄存器。

您可以通过向红外接收器 (IR) 写入新的指令来改变设备的功能。指令解码器会根据您的需求选择正确的数据寄存器。这样，您只需几个简单的步骤即可测试、编程或修复设备。

• 您可以控制数据和指令的传输方式。

• 你可以选择参加一些特殊测试或编程工作。

• 您可以快速便捷地打开设备内部。

JTAG 设置为您提供了一种强大的方法来处理复杂的测试和修复工作。您可以信赖它，它能帮助您更快地工作并轻松找到问题所在。

JTAG 与相关标准

IJTAG概述

在进行高级PCB测试时，您可能会遇到IJTAG。IJTAG是Internal JTAG的缩写，它基于原始的JTAG标准。IJTAG可以帮助您测试芯片、电路板，甚至整个系统。您可以使用IJTAG连接芯片内部的多个IP模块，从而简化即插即用测试。IJTAG使用测试访问端口（TAP）来连接嵌入式仪器，让您能够更好地控制测试功能并更快地访问它们。此外，IJTAG采用标准化的方法，因此您可以以相同的方式测试不同的设备。

下表显示了 JTAG 和 IJTAG 的比较：

特性	JTAG	国际技术咨询小组
IP模块的集成	有限	增强了即插即用功能
获取嵌入式仪器	基本访问	通过TAP更便捷地访问
方法标准化	不标准化	标准化，实现统一访问
测试能力	主要面向董事会成员	芯片、电路板和系统测试
采用	建立	迅速获得关注

CJTAG概述

您可能还听说过 CJTAG。CJTAG 是 Compact JTAG 的缩写，它是 JTAG 标准的精简版。CJTAG 使用的引脚更少，功耗更低。您可以将 CJTAG 用于小型芯片和低功耗设备。CJTAG 非常适合移动设备和可穿戴设备。它仍然具备强大的测试功能，同时节省了空间和能源。CJTAG 可以帮助您测试那些无法使用完整 JTAG 设置的设备。

独特功能

使用 JTAG 进行测试和调试时，您将获得一些特殊功能：

• 您可以使用边界扫描来测试连接，而无需接触引脚。

• 您可以测试球网格阵列包，这些包很难通过视觉检查。

• JTAG 操作只需要一个四针测试接入端口。其他标准可能需要更多引脚或额外的硬件。

提示：您可以使用 JTAG 测试和调试多种类型的电路板和芯片。您无需大型测试设备或专用探针。

您可以根据项目需求选择合适的标准。JTAG、IJTAG 和 CJTAG 都提供了强大的测试选项，让您的工作更快捷、更可靠。

使用 JTAG 是因为它可以简化 PCB 的测试和维修。JTAG 允许您直接在电路板上测试、调试和编程设备，无需将其拆卸下来。

Functionality	描述
电子设备测试	检查产品制造完成后是否能正常工作。
嵌入式系统调试	帮助您查找并修复硬件或软件问题。
系统内编程	允许您在设备仍连接在主板上的情况下更新固件。
边界扫描测试	能够发现难以察觉的问题，例如开路和短路。

JTAG 为您提供了一种简便的方式来访问硬件和软件。您可以在多种不同的设备上使用 JTAG，这不仅节省时间，还能帮助您减少错误。诸如 JTAG ProVision 之类的新工具，让测试变得更加简单。它们有助于应对小型化和机器人应用等新趋势。JTAG 始终与现代设计和工厂的需求保持同步，值得信赖。

常见问题

JTAG是什么的缩写？

JTAG是联合测试行动组（Joint Test Action Group）的缩写。它是一种用于测试和调试电子电路的标准方法。

JTAG 可以在任何 PCB 上使用吗？

只有当电路板及其芯片支持 JTAG 时，才能使用 JTAG。大多数现代数字设备都支持 JTAG，但一些较旧的或模拟设备则不支持。

为什么应该选择 JTAG 而不是传统测试方法？

节省时间，无需额外硬件。JTAG 允许您无需接触每个引脚即可进行测试、编程和调试。在复杂的电路板上，您可以获得更好的故障覆盖率。

JTAG对您的设备安全吗？

是的！JTAG 工作时不会干扰设备的正常运行。您在测试或编程过程中不会损坏电路板。