基于架構(gòu)與基于流程的DFT測試方法之比較

ASIC設(shè)計的平均門數(shù)不斷增加，這迫使設(shè)計團(tuán)隊將20%到50%的開發(fā)工作花費(fèi)在與測試相關(guān)的問題上，以達(dá)到良好的測試覆蓋率。盡管遵循可測試設(shè)計(DFT)規(guī)則被認(rèn)為是好做法，但對嵌入式RAM、多時鐘域、復(fù)位線和嵌入式IP的測試處理將顯著影響設(shè)計進(jìn)度。即使解決了上述所有問題，開發(fā)者也幾乎不可能達(dá)到100%的粘著性故障(stuck-at fault)覆蓋率。其結(jié)果是，ASIC設(shè)計常常在故障覆蓋率低于90%的情況下就投入生產(chǎn)，從而造成不必要的器件缺陷率和板級故障。

基于流程的方法

為了在一個設(shè)計中插入掃描測試結(jié)構(gòu)，第一個要做的步驟是用掃描觸發(fā)器替換所有的觸發(fā)器。有時候，這可以當(dāng)成綜合過程的一部分來做，盡管它以往是在設(shè)計流程的后期完成。插入掃描觸發(fā)器允許更高程度地控制設(shè)計中的各個節(jié)點(diǎn)，從而提高故障覆蓋率。不過，傳統(tǒng)的掃描技術(shù)不能完全控制或觀測設(shè)計中的所有用戶網(wǎng)絡(luò)，因而會留下許多未測試的結(jié)構(gòu)。

最常見一類的掃描觸發(fā)器在數(shù)據(jù)輸入端的前面包含一個多路復(fù)用器。在測試模式中，這使得數(shù)據(jù)可以被移進(jìn)觸發(fā)器；在用戶模式中，這允許一個正常的邏輯信號被存儲。

傳統(tǒng)的ASIC掃描測試通常需要以下步驟：

1、準(zhǔn)備一個測試時鐘，而且測試電路必須允許該時鐘施加到所有掃描觸發(fā)器上。

2、在測試期間，所有觸發(fā)器均處于測試模式。

3、在用戶模式操作期間，所有觸發(fā)器均處于正常工作模式。

值得注意的是，當(dāng)采用基于多工器的掃描觸發(fā)器時，多路復(fù)用器通常被插在用戶時鐘的主路徑上，以便在測試模式下測試時鐘可以被傳遞給所有觸發(fā)器。所有觸發(fā)器將同時被設(shè)置為測試模式。

為達(dá)到足夠的故障覆蓋率和可接受的器件缺陷率，傳統(tǒng)的測試技術(shù)需要許多DFT規(guī)則。不遵循DFT規(guī)則的后果是，許多故障無法采用傳統(tǒng)掃描方法進(jìn)行測試，從而使總的故障覆蓋率受損。

為了獲得合理的粘著性故障覆蓋率，一個設(shè)計通常必須是全同步的。因此，這成為第一個DFT規(guī)則。不幸的是，許多設(shè)計、特別是網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域的設(shè)計需要多個異步時鐘，這就不可能不違反這條規(guī)則。而且，為了追求速度，綜合過程經(jīng)常會產(chǎn)生重收斂的冗余邏輯結(jié)構(gòu)，這又是違反規(guī)則的。

公認(rèn)的DFT規(guī)則包括：

1、設(shè)計必須以一個公共時鐘為準(zhǔn)，保持完全同步。

2、在測試期間，存儲單元的異步輸入必須由一個外部引腳去使能。

3、只能使用專為支持自動測試模式生成(ATPG)而設(shè)計的連續(xù)庫單元。有時要禁止使用下降沿觸發(fā)的觸發(fā)器。

4、不允許有門控時鐘。它們在測試期間必須旁路掉。

5、不應(yīng)使用內(nèi)部三態(tài)總線；首選是多路復(fù)用器。

6、不允許有組合邏輯環(huán)路；不允許有重收斂的冗余邏輯。

7、在測試期間，外部總線必須禁止使能。

8、包含不同測試方法的各個IP模塊之間的接口必須是完全可測試的。

自動測試

實(shí)現(xiàn)自動測試的前提是：如果所有與測試相關(guān)的電路都嵌入在基礎(chǔ)陣列中，那么與測試相關(guān)的事情就可以從ASIC開發(fā)過程中去除。嵌入的自動測試電路不僅獨(dú)立于用戶設(shè)計，而且是在獲知用戶設(shè)計之前構(gòu)建的。

因為自動測試電路嵌入在ASIC的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中，所以它的工作方式與傳統(tǒng)的掃描測試非常不同。

用于傳統(tǒng)ASIC的掃描測試方法要求設(shè)計中的所有掃描觸發(fā)器在同一時間內(nèi)處于測試模式，而自動測試的順序操作方式允許在任何特定的測試周期內(nèi)，一些模塊處于測試模式，而其它模塊仍處于正常模式。在自動測試ASIC內(nèi)的功能模塊具有“控制”和“觀測”能力。

通過隔離單獨(dú)的模塊和網(wǎng)絡(luò)，這使得開發(fā)者可以對制造過程進(jìn)行測試，以完全驗證硅片的完整性，而無需考慮用戶設(shè)計和DFT規(guī)則。

為達(dá)到這個目的，開發(fā)者還需要一種新類型的模塊。這種模塊內(nèi)獨(dú)特的Q_Cell包含“控制”和“觀測”能力，并且能夠被配置成組合邏輯、觸發(fā)器或RAM。這意味著所有網(wǎng)絡(luò)都能夠被控制，而不論它們是代表時鐘還是置位/復(fù)位，也不論它們是否是冗余結(jié)構(gòu)或組合邏輯環(huán)路的一部分。

一種四輸入多工型單元(P_Cell)可以用來實(shí)現(xiàn)大多數(shù)組合功能，或者與Q_Cell組合在一起，以實(shí)現(xiàn)像全加器這樣的復(fù)雜功能。

自動測試不僅能同時捕獲器件內(nèi)所有信號的狀態(tài)，而且還能恢復(fù)那些狀態(tài)，因此操作可以從任何指定的初始條件下開始。存儲器和觸發(fā)器可以被預(yù)置，以仿真故障或異常的功耗偏差。這個功能對于現(xiàn)場診斷問題很有用。

自動測試是一種軟硬件結(jié)合的測試方法，它取消了所有的DFT規(guī)則，并且總能提供100%的粘著性故障覆蓋率。隨著質(zhì)量要求和器件復(fù)雜度的增高，這種覆蓋率變得越來越重要。自動測試已經(jīng)成功地用于100多個結(jié)構(gòu)化ASIC設(shè)計中，但它也可以應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)單元ASIC設(shè)計。