解決多總線系統(tǒng)級(jí)芯片測(cè)試問(wèn)題的多域方法

多總線IC設(shè)計(jì)的迅速涌現(xiàn)將使測(cè)試過(guò)程更為復(fù)雜，對(duì)于基于多時(shí)鐘域和高速總線的復(fù)雜IC設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的ATE方法缺乏必要的多域支持和足夠的性能以確保快速的 測(cè)試開(kāi)發(fā)和高效能。本文提出在測(cè)試復(fù)雜的多域IC過(guò)程中，可以使用單周期和多周期模式策略。通過(guò)將適用的模式策略與在這些平臺(tái)中有效使用的高級(jí)ATE工具 相結(jié)合，測(cè)試工程人員可為高性能IC(如北橋)設(shè)計(jì)更有效的測(cè)試解決方案。

隨著數(shù)據(jù)率的增加，自動(dòng)測(cè)試儀器(ATE)通常會(huì) 喪失時(shí)序靈活性。在不支持多時(shí)域的ATE系統(tǒng)中，必須進(jìn)行必要的折衷：要么運(yùn)行在較低的數(shù)據(jù)率上，要么通過(guò)改變仿真以使其中一個(gè)時(shí)鐘域工作在與現(xiàn)有時(shí)域相 同的數(shù)據(jù)率上。上述兩種情形中，器件將不能以與“原始模式(native mode)”激勵(lì)相同的數(shù)據(jù)率進(jìn)行測(cè)試。

為了測(cè)試 這些多時(shí)鐘域總線及更新的異步串行總線，工程人員需要盡可能接近待測(cè)器件的測(cè)試系統(tǒng)，因?yàn)闇y(cè)試系統(tǒng)將用于終端應(yīng)用，這被稱為“原始模式”測(cè)試。原始模式下 的測(cè)試可以改進(jìn)整體故障覆蓋率和故障診斷，因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員可以隨意改變?nèi)魏我粭l總線，而其余總線仍能在期望的速率下運(yùn)行。具有這項(xiàng)功能同樣也能改進(jìn)測(cè)試時(shí) 間，因?yàn)闊o(wú)需載入或改變?cè)O(shè)定的時(shí)間，而且測(cè)試模式/時(shí)序也更容易開(kāi)發(fā)。

現(xiàn)在，高級(jí)器件(如個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中使用的北橋和南橋芯片組設(shè)備)可以包含兩個(gè)以上時(shí)鐘域，而數(shù)據(jù)率高達(dá)400Mbps的高速串行總線則加重了系統(tǒng)復(fù)雜度。北橋和南橋是傳統(tǒng)個(gè)人計(jì)算機(jī)架構(gòu)中的兩個(gè)核心器件。 南橋處理系統(tǒng)的I/O功能，而北橋則負(fù)責(zé)系統(tǒng)處理器、圖像子系統(tǒng)、內(nèi)存和PCI夾層總線之間的高速通信。

與早期的器件不同，像北橋這樣的精密IC具有完全獨(dú)立的高速總線，這要求測(cè)試支持獨(dú)立的周期長(zhǎng)度及帶有獨(dú)立循環(huán)和配對(duì)循環(huán)的時(shí)間設(shè)定。例如，北橋部分具有4 個(gè)獨(dú)立的功能域，并且在不同的測(cè)試中，這些域也將形成不同的組合。某個(gè)測(cè)試可能具有運(yùn)行于400Mbps的DDR和AGP組合，而CPU總線和南橋鏈接則 運(yùn)行于533Mbps。幾毫秒之后，另一測(cè)試要求DDR總線工作于另一不同速率。那些只支持雙時(shí)域的測(cè)試器將無(wú)法滿足這樣的靈活性要求。在一種情形下， 3.0ns周期域?qū)?huì)導(dǎo)致問(wèn)題(如圖1所示)，因?yàn)樵撝芷谟蛳碌臅r(shí)序在時(shí)間設(shè)定交換中將強(qiáng)置為1.875 ns的時(shí)序周期；而在另一情形下，測(cè)試工程人員可將器件的測(cè)試模式拆分為兩組：3.0 ns域和1.875ns域，而且完全可以同時(shí)運(yùn)行這兩種模式，但兩種模式必須具有不同的時(shí)間基點(diǎn)。

圖2中的示例只是測(cè)試中需要支持的各種總線－速率關(guān)系中的一種。這些總線可根據(jù)不同的測(cè)試改變速率關(guān)系：在一些測(cè)試中，一條總線的速率可以唯一確定；而在其他測(cè)試中，一些總線或許將出現(xiàn)問(wèn)題，從而使新總線進(jìn)入多時(shí)域模式。

盡管早期的ATE架構(gòu)通常只支持單個(gè)高速時(shí)序發(fā)生器，而其他的測(cè)試系統(tǒng)(如Credence公司推出的測(cè)試系統(tǒng))則早在十幾年前就開(kāi)始支持4個(gè)或更多的時(shí) 域。通過(guò)采用現(xiàn)代先進(jìn)的多時(shí)域測(cè)試系統(tǒng)(如Octet)中的工具和特性，測(cè)試工程人員可設(shè)計(jì)具有成本效益的測(cè)試過(guò)程，這些過(guò)程可以滿足先進(jìn)多時(shí)域IC不斷 增加的測(cè)試需求。

測(cè)試開(kāi)發(fā)

為了處理具有這種復(fù)雜度的器件，測(cè)試開(kāi)發(fā)必須廣泛了解待測(cè)設(shè)備(DUT)的基本信息。通常，復(fù)雜器件往往未獲取充分的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)就送達(dá)測(cè)試部門(mén)，因此測(cè)試工程人員不得不利用“逆向工程”獲取所需的數(shù)據(jù)。

以前，測(cè)試工程人員只需知道電源和接地的位置、I/O配置就能路由至任意引腳。隨著更快總線器件的涌現(xiàn)，工程人員意識(shí)到現(xiàn)在他們必須將專門(mén)管理這些高速總線 的測(cè)試器資源作為下一步研究對(duì)象。在不久的將來(lái)，PCI快速總線和其他資源同步總線(SSB)將能被專用的測(cè)試器信道資源使用，從而支持傳統(tǒng)的數(shù)字測(cè)試功 能及新的SSB測(cè)試功能，如抖動(dòng)插入/檢測(cè)、偽隨機(jī)比特流(PRBS)生成與捕獲以及時(shí)鐘恢復(fù)功能。

隨著器件速率和復(fù)雜度的增加，測(cè)試工程人員將需要更詳細(xì)的DUT數(shù)據(jù)，以構(gòu)建適當(dāng)?shù)臏y(cè)試器件和過(guò)程。如果這些設(shè)備的數(shù)據(jù)率超過(guò)幾百兆bps，那么測(cè)試設(shè)置就變得尤為重要，因此需要重點(diǎn)關(guān)注器件設(shè)計(jì)。工程人員必須確保差分對(duì)布線在長(zhǎng)度和阻抗上匹配，并采用高質(zhì)量器件。

過(guò)去，在器件開(kāi)發(fā)中可以吸收DUT開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)?，F(xiàn)在，對(duì)DUT的理解已遠(yuǎn)比開(kāi)發(fā)重要。通過(guò)將提供的數(shù)據(jù)同公布的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，測(cè)試工程人員可以在總體上更好地理解DUT操作及特定的時(shí)鐘域。獲得了上述信息，測(cè)試工程組可以確定如下關(guān)鍵特性：

獨(dú)立域數(shù)目

每個(gè)域的最大頻率

每個(gè)域的引腳數(shù)目

最小電壓波動(dòng)

差分信號(hào)

終止

多域測(cè)試方法

如圖2所示，北橋部分具有多路總線，但只需要有限個(gè)獨(dú)立的時(shí)鐘域用于測(cè)試。這些總線通過(guò)內(nèi)部PLL進(jìn)行計(jì)時(shí)，該P(yáng)PL的參考時(shí)鐘通常工作在很低的頻率上。前 端總線(FSB)時(shí)鐘的頻率為133MHz，而數(shù)據(jù)的頻率則是其四倍。在AGP時(shí)鐘頻率為66MHz的情形中，內(nèi)部PLL可以將該頻率提升8倍，達(dá)到 533MHz。術(shù)語(yǔ)“4倍頻”則能以另一種方式指示數(shù)據(jù)由頻率是主時(shí)鐘數(shù)倍的內(nèi)部時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)時(shí)。

盡管眾多不同的時(shí)鐘處于北橋 的一個(gè)域中，但DCLKIN引腳(內(nèi)存時(shí)鐘)并不同支持其余時(shí)鐘的測(cè)試器周期完全對(duì)齊。為了處理這種非對(duì)齊波形，帶有時(shí)間設(shè)定支持的測(cè)試器可在連續(xù)的方向 上提供不同的邊緣器件。例如，測(cè)試模式生成軟件可生成具有8項(xiàng)時(shí)間設(shè)置的重復(fù)模式，這些時(shí)間設(shè)置可在測(cè)試器上重復(fù)生成。

總體而言，測(cè)試工程人員可采用以下兩種常用解決方案(單時(shí)域或多時(shí)域)中的一種解決時(shí)鐘域問(wèn)題：

單時(shí)域：測(cè)試模式采用時(shí)間設(shè)置重生成域關(guān)系，該方法可能用盡目標(biāo)ATE上的時(shí)間設(shè)置/邊緣設(shè)置內(nèi)存。

多時(shí)域：仿真數(shù)據(jù)將拆分為具有獨(dú)立時(shí)序的多個(gè)ATE模式，該方法依賴于器件設(shè)計(jì)。

當(dāng)啟動(dòng)首個(gè)多域項(xiàng)目時(shí)，如果ATE系統(tǒng)支持，那么理想的方法是在特定的模式上實(shí)現(xiàn)這兩種方法。這種方法可以使測(cè)試工程人員在調(diào)試期間獲取更多的靈活性。

將模式轉(zhuǎn)換為特定測(cè)試器周期邊界的過(guò)程稱為“周期化”。典型的測(cè)試向量生成工具默認(rèn)狀態(tài)下將嘗試生成單時(shí)域模式，但許多早期的ATE平臺(tái)具有受限的時(shí)間設(shè)置 資源，而且一些模式完全不適合或者需要在較低的頻率上運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)多個(gè)測(cè)試器周期則更為困難，但測(cè)試工程人員可在不同的速率條件下為實(shí)現(xiàn)“周期化”以進(jìn)行 I/O子集處理。測(cè)試中，載入不同的模式集并在ATE上作為獨(dú)立實(shí)體運(yùn)行。如果混淆了引腳順序，那么將很難區(qū)分屬于不同時(shí)鐘域的引腳。這時(shí)，腳本就是對(duì)現(xiàn) 有專用于檢查的模式文檔中的總線進(jìn)行分組的最有效工具。不同的ATE對(duì)于所能支持的域數(shù)目及每組中引腳的數(shù)目具有不同的限制。因此，測(cè)試工程人員在設(shè)計(jì)測(cè) 試架構(gòu)之前，充分了解域的需求至關(guān)重要。

小結(jié)

除了DUT特性，測(cè)試工程人員還必 須充分了解目標(biāo)測(cè)試器的性能，以有效地采用多域測(cè)試方法。除了支持的時(shí)域數(shù)目，工程人員還需要了解支持的時(shí)間設(shè)置數(shù)目和任何高速率限制。這時(shí)物理學(xué)原理也 同樣適用，而且許多工程人員還試圖理解任何平臺(tái)上I/O頻率超過(guò)150MHz條件下的聚焦標(biāo)準(zhǔn)和往返時(shí)延。