一種改進(jìn)的基于掃描的電路設(shè)計(jì)

引言

　　近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展。單一芯片中所含的晶體管數(shù)目越來(lái)越多，其電路也越來(lái)越復(fù)雜。

　　為了確保芯片在制作完成后的正確性，有關(guān)電路測(cè)試的這個(gè)問(wèn)題越來(lái)越受重視。而且其測(cè)試的難度及成本也越來(lái)越高，于是如何有效地檢驗(yàn)電路的正確性，并大幅度地降低測(cè)試成本，成為我們現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)。通常我們?cè)谠O(shè)計(jì)芯片的同時(shí)，可以根據(jù)芯片本身的特征，額外地把可測(cè)性電路設(shè)計(jì)（Design For TESTability）在芯片里。談到可測(cè)性的電路設(shè)計(jì)，內(nèi)建自測(cè)試（BIST）和基于掃描Scan—Based）的電路設(shè)計(jì)是常被提及的。

　　基于掃描的電路設(shè)計(jì)是可測(cè)性設(shè)計(jì)中最常用的一種方法。它是屬于TEST—Per—Scan測(cè)試方法的電路。

　　目前的測(cè)試方法有兩種，一種是TEST—Per—Scan，另一種是TEST—Per—Clock，這兩種測(cè)試方法各有各的優(yōu)缺點(diǎn)。所謂TEST—Per—Scan的運(yùn)作方式，就是我們將一個(gè)電路里的全部或部分寄存器串聯(lián)起來(lái)，形成一條掃描鏈，然后將測(cè)試序列在每個(gè)周期移入一個(gè)值，直到測(cè)試向量填滿整個(gè)掃描路徑為止，再經(jīng)過(guò)一個(gè)周期后，我們將待測(cè)電路的測(cè)試結(jié)果傳到掃描鏈里。最后移出做壓縮分析。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是很容易運(yùn)用在任何商業(yè)性的設(shè)計(jì)流程中，而且其硬件架構(gòu)對(duì)系統(tǒng)功能的影響較小，控制硬件設(shè)計(jì)也較為簡(jiǎn)單：缺點(diǎn)是要*較多的時(shí)間來(lái)產(chǎn)生測(cè)試向量，測(cè)試速度慢。所謂TEST—Per一Clock，就是當(dāng)我們?cè)跍y(cè)試電路的時(shí)候，每一個(gè)周期都送進(jìn)一個(gè)新的測(cè)試向量進(jìn)入電路，同時(shí)在電路的輸出得到測(cè)試的結(jié)果，所以這種方式的電路測(cè)試時(shí)間較短，速度較快。

　　基于掃描的電路設(shè)計(jì)，主要是將待測(cè)電路內(nèi)的寄存器，全部或部分用掃描寄存器來(lái)代替，讓我們?cè)趯?duì)電路進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候可以輕易地控制其輸入及輸出，掃描寄存器最常用的結(jié)構(gòu)是多路掃描寄存器，它是在普通寄存器的輸入端口加上一個(gè)多路器， 如圖1所示。測(cè)試控制端即多路器的選擇端，數(shù)據(jù)輸入端為正常的功能輸入端。此外還有測(cè)試輸入端、時(shí)鐘輸入端和數(shù)據(jù)輸出端。當(dāng)測(cè)試輸入端為“0”時(shí)，寄存器為正常的功能輸入，電路處于正常模式；當(dāng)測(cè)試輸入端為“1”時(shí)，寄存器為掃描輸入。電路就轉(zhuǎn)換成掃描模式。很明顯?；趻呙璧碾娐吩O(shè)計(jì)可以增加待測(cè)電路的可控制性和可觀察性。這種設(shè)計(jì)方式。優(yōu)點(diǎn)是需要額外的硬件空間較少，而且測(cè)試的效果較好，缺點(diǎn)是測(cè)試時(shí)間太長(zhǎng)。造成測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)的原因有多個(gè)方面，我們可以通過(guò)分析基于掃描的電路設(shè)計(jì)來(lái)得到。這個(gè)缺點(diǎn)，正是我們想要改進(jìn)的部分。

　　2 基于掃描的電路的基本單元

　　2.1 線性反饋移位寄存器（LFSR）

　　最簡(jiǎn)單的測(cè)試向量產(chǎn)生器就是由線性反饋移位寄存器（Linear Feedback Shift Registers，LFSR）來(lái)組成的。因?yàn)楫?dāng)時(shí)鐘信號(hào)改變時(shí)，線性反饋移位寄存器內(nèi)D觸發(fā)器的值就會(huì)改變，此時(shí)我們就可以將這些會(huì)一直改變的值當(dāng)成測(cè)試向量，送給電路做測(cè)試。

　　一般的線性反饋移位寄存器可以分為兩類(lèi)，分別是Extemal XOR線性反饋移位寄存器和Internal XOR線性反饋移位寄存器，如圖2所示。這兩種線性反饋移位寄存器的主要差別在于External XOR線性反饋移位寄存器的modulo一2加法器是放在電路的反饋路徑上。而Internal XOR的線性反饋移位寄存器的加法器則是放在兩個(gè)寄存器之問(wèn)。這兩種不同結(jié)構(gòu)的線性反饋移位寄存器所產(chǎn)生出的測(cè)試向量也不一樣，ExternalXOR線性反饋移位寄存器所產(chǎn)生的測(cè)試向量有下列特性：每個(gè)向量與下個(gè)向量之問(wèn)的關(guān)系，是向量中的位分別往右移了一位。而Internal XOR的線性反饋移位寄存器由于modulo一2加法器是在寄存器之問(wèn)，所以產(chǎn)生的測(cè)試向量看起來(lái)比External XOR線性反饋移位寄存器有更隨機(jī)的特性，所以我們必須選擇InternalXOR LFSR作為測(cè)試向量產(chǎn)生器。