板子焊得漂漂亮亮，我却连门都找不到——聊聊测试性设计
板子回来了。六层，绿油油，焊得挺漂亮，BGA 排得整整齐齐。我拿着原理图和飞针程序在实验室坐了一下午，收工时把探针放回盒子里，承认一件事：这块板子，我测不了。
不是不想测。是没地方下针。
0402 的小电容全挤在 BGA 边上，过孔塞了油，关键的复位、时钟、电源好这几路信号藏在两颗芯片中间的走线上，外面一层接地铜皮盖得死死的。想测？先拆。拆完再焊回去，那块板子还是不是原来那块，谁心里都没底。
那次之后我落下个毛病——画原理图的时候会突然停下来，问自己一句：这个信号要是坏了，我怎么知道？
测试性设计，说到底就管两件事
能把一个节点拉高或者拉低，这叫可控性。能把一个节点上的电平读出来，这叫可观测性。听着简单吧？可绝大多数测不动的板子，问题都出在这两条上。
所有测试手段——飞针、针床、边界扫描、片上自测试，甚至你拿万用表去戳——拆开看，都是在做这两件事的组合。给输入，看输出。中间那个黑盒子，你只能靠这两根绳子把它拽出来。
搞装修的人懂这个道理。水管埋墙里最好看，可一旦漏了，你得砸墙。所以靠谱的水电师傅会留检修口，会在弯头那儿多留一段，会在图纸上标清楚哪根管子通哪儿。他大概没听过测试性设计这个词，可干的活一模一样。
电路板飞针测试探针接触焊盘实拍
为什么现在的板子越来越测不动
不是我们退步了。是球越做越小，脚越做越多，信号越跑越快。
针床要接触焊盘，就得在焊盘上留出位置，还得扛住探针压下来的机械力。可当你把 0201 的元件贴到 0.4 毫米间距的焊球旁边，位置从哪来？更别说高速差分对——你往上加一个测试点，等于在传输线上挂了个小电容，回波损耗立刻变脸。测得准和信号好，这两件事在物理上就在打架。
芯片那边更极端。一颗 SoC 里面几百万个触发器，外面露出来的引脚就几百根。你怎么用几百根引脚去看几百万个点的状态？
答案是：不看。让它自己走。
这就是扫描链的思路。测试模式下，把电路里那些触发器串起来，串成一条长长的移位寄存器。数据从一根引脚灌进去，每个时钟往前挪一格，绕一大圈再从另一根引脚出来。芯片内部那些平时看不见的节点，被一根一根推到了引脚上。用时间换空间。慢。但真的看得见。
板级层面是另一套玩法：边界扫描，也叫 JTAG。每颗支持它的芯片都在引脚上装了一圈小开关，几颗芯片手拉手串成一条链，几根线就能把板上几百个网络的连通性、短路、虚焊过一遍。以前得做一台针床才能干的事，现在一根排线加一台调试器就包了大半。
JTAG边界扫描菊花链拓扑连接示意图
一个真实的坑
一个真实的坑
有个产品，上下电时序上出了鬼。复位释放和某一路电源建立的先后关系没留观测点，出问题的时候只能在 0.4 毫米间距的焊球缝里盲扎探针，扎了两天半，眼睛都快瞎了，还是只能猜。
后来改版，我把那几个中间状态引到一个空闲 GPIO 上，一根走线，一个引脚。出问题的时候读一下电平，二十分钟定位到具体是哪一级跳变晚了。
别误会，我不是来吹这个改动的。我是想说，救命的那个设计，成本大概是一根走线加一个引脚。而它的代价，是两天半的通宵和一批报废的板子。
内建自测试：把考官请进考场
内建自测试：把考官请进考场
存储器 BIST 是最常见的一类。片上自己生成测试图形，自己写进去，自己读出来比对，只吐一个答案：通过，或者不通过。你不需要把几万个存储单元的状态搬出来，你要的只是那个结论。
逻辑 BIST 类似，只不过它对付的是随机逻辑，图形生成、响应压缩，背后一堆算法。模拟电路就麻烦了。模拟量是连续的，噪声、失配、寄生电容都在说话，你很难把坏字说清楚。所以模拟部分到今天还是靠留观测引脚、靠系统级功能测试兜底。这块地方一时半会儿看不到统一解。
厂商为什么愿意花面积、花功耗去做这些？因为钱。晶体管的成本在降，测试的成本不降。这两条线一交叉，测试就从工艺问题变成了经济问题。
还有现场可编程的门阵列，上电自己跑一遍自检，板子还没干活先自己报个平安。这种做法在通信设备里已经很常见了。
几个流传很广的误解
几个流传很广的误解
一个是把它当成测试部门的事。可测试性是在原理图和版图阶段定下来的，测试工程师拿到板子的时候能改的东西已经很少。他只能告诉你哪里测不了，改不了。
另一个是觉得测试点越多越好。不是。测试点本身是寄生，是阻抗不连续。有些位置加了，反而把信号完整性搞垮，测试全过，产品到客户手里出问题。这笔账不好算。
还有覆盖率崇拜。故障覆盖率是个必要但不充分的东西。卡在某个数字上很舒服，可剩下那一点没覆盖的，往往就是真要命的那个。而且覆盖率越高，测试向量越长，台机时间越长——那是实打实烧掉的钱。
边界也得说清楚。测试性设计让问题暴露得更快，它不解决设计本身的隐患。间歇性失效、温度漂移、长期老化，这些它管不了。测试逻辑自己也会失效；扫描链会把时序路径重新拼一遍，可能带出新的时序问题；测试模式下的翻转率还特别高，功耗能到功能模式的好几倍，散热没跟上，测着测着片子就烫了。
所以它不是银弹。它更像给房子装的烟感——不能防火，但至少能让火在烧穿楼板之前响一声。
什么算够用？我的土办法是：关键状态能被读出来，关键输入能被强行置住，两条都满足，剩下的靠功能测试兜。不追满分，追够用。
画原理图的时候，多问一句：这个信号要是死了，我从哪儿知道？
问得多了，你会发现要改的地方其实不多。一两根走线，一两个空闲引脚，一个能读出状态的寄存器位。成本小得让你不好意思。
可它换回来的，可能是又一个没关空调的梅雨夜。