一款雷達(dá)芯片的基于掃描路徑法可測(cè)性設(shè)計(jì)

1 掃描鏈設(shè)計(jì)原理
數(shù)字電路由大量的組合元件和時(shí)序元件組成，時(shí)序元件具體體現(xiàn)為單個(gè)的觸發(fā)器(DFF)。數(shù)字電路基本組成如圖1所示。其中系統(tǒng)時(shí)鐘(CP)來(lái)控制各個(gè)觸發(fā)器的數(shù)據(jù)端口相應(yīng)數(shù)據(jù)的輸入輸出。

基于掃描路徑法的可測(cè)性設(shè)計(jì)就是將電路中的時(shí)序元件觸發(fā)器替換為相應(yīng)的可掃描的時(shí)序元件掃描觸發(fā)器(SDFF)；然后將上一級(jí)掃描觸發(fā)器的輸出端(Q)連接到下一級(jí)的數(shù)據(jù)輸入端(SDI)，從而形成一個(gè)從輸入到輸出的測(cè)試串行移位寄存器，即掃描鏈(ScanChain)；通過(guò)CP端時(shí)鐘的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)序元件和組合邏輯的測(cè)試。實(shí)現(xiàn)掃描鏈設(shè)計(jì)后的電路如圖2所示。
采用掃描設(shè)計(jì)技術(shù)后，在掃描控制端(SEN)和時(shí)鐘端的控制下，通過(guò)掃描數(shù)據(jù)輸入端，可以把需要的數(shù)據(jù)串行地移位到掃描寄存器單元中，串行地控制各個(gè)單元；同時(shí)也可以通過(guò)掃描輸出端(Scan_out)串行地觀測(cè)它們。這樣就增加了時(shí)序電路的可控制性和可觀測(cè)性。

2 掃描鏈策略設(shè)計(jì)
圖2中虛線部分為掃描觸發(fā)器，即掃描鏈的基本組成單元，其構(gòu)成原理如圖3所示。

掃描鏈設(shè)計(jì)前，電路中的觸發(fā)器都是通過(guò)系統(tǒng)時(shí)鐘端口控制數(shù)據(jù)的變化，因而在做掃描設(shè)計(jì)時(shí)可以通過(guò)系統(tǒng)時(shí)鐘復(fù)用檢測(cè)到更多的觸發(fā)器，以此達(dá)到控制掃描觸發(fā)器的目的。
同樣的道理，一些特殊電路中的觸發(fā)器也是采用手動(dòng)或者軟件的方法將它們串聯(lián)到掃描鏈中，以此增加可掃描的觸發(fā)器數(shù)，最終使故障覆蓋率得以提高。但需要注意的是，這些可測(cè)性設(shè)計(jì)策略應(yīng)用的前提是不能改變?cè)荚O(shè)計(jì)的功能。

3 設(shè)計(jì)中采用的策略
在進(jìn)行DFT設(shè)計(jì)并插入掃描鏈的時(shí)候，最為重要的一個(gè)問(wèn)題就是測(cè)試覆蓋率，而它的最終值是由觸發(fā)器的總數(shù)和最終能夠測(cè)試到的觸發(fā)器的數(shù)目的比值決定的，因此是否能夠盡可能多地測(cè)試到本雷達(dá)芯片電路中的觸發(fā)器，成為掃描路徑法設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。針對(duì)實(shí)際的設(shè)計(jì)電路提出了以下三種有效的設(shè)計(jì)策略，由最終測(cè)試結(jié)果可知，采用此設(shè)計(jì)策略后可大大提高測(cè)試覆蓋率，滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)需要。
3．1 時(shí)鐘復(fù)用技術(shù)
每個(gè)觸發(fā)器都受系統(tǒng)時(shí)鐘控制，系統(tǒng)時(shí)鐘能夠覆蓋本設(shè)計(jì)中大部分的觸發(fā)器元件，因而考慮使用時(shí)鐘復(fù)用技術(shù)，在插入掃描鏈進(jìn)行測(cè)試時(shí)，把測(cè)試時(shí)鐘引入到系統(tǒng)時(shí)鐘上，這樣測(cè)試時(shí)鐘就能覆蓋盡可能多的觸發(fā)器，并在插入掃描鏈后，替換成掃描觸發(fā)器。其實(shí)現(xiàn)原理如圖4所示。

從圖中可以看出，時(shí)鐘電路產(chǎn)生很多不同頻率的時(shí)鐘以滿足不同模塊的需求，在時(shí)鐘電路的輸出端口加入相應(yīng)的選擇器(MUX)控制時(shí)鐘的選擇；當(dāng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，MUX選擇正常的時(shí)鐘進(jìn)入相應(yīng)的模塊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能；當(dāng)處于掃描狀態(tài)時(shí)，這些MUX都是選擇同樣的掃描測(cè)試時(shí)鐘信號(hào)(Te cp)進(jìn)人到各個(gè)模塊進(jìn)行測(cè)試。這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于不僅滿足了測(cè)試選擇的需要，而且也盡可能地測(cè)試到所有觸發(fā)器，滿足測(cè)試覆蓋率的需要。
3．2 特殊時(shí)鐘電路處理
在本設(shè)計(jì)中存在很多特殊的電路，其中有一種時(shí)鐘發(fā)生電路是不能進(jìn)行掃描路徑法的可測(cè)性設(shè)計(jì)，具體的電路圖如圖5所示。

在這種結(jié)構(gòu)中，時(shí)鐘從第二個(gè)觸發(fā)器的Q端輸出，輸入到第三個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘(CP)端。由于掃描時(shí)鐘無(wú)法控制第三個(gè)以及后續(xù)的觸發(fā)器，設(shè)計(jì)的掃描鏈將不會(huì)覆蓋之后的電路，結(jié)果導(dǎo)致故障覆蓋率降低，測(cè)試覆蓋率也會(huì)下降。
改進(jìn)此種電路結(jié)構(gòu)的方法是手動(dòng)或者用軟件方式增加一個(gè)MUX選擇器，當(dāng)在掃描鏈插入時(shí)，正常的控制時(shí)鐘信號(hào)就會(huì)進(jìn)入第三個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘端。具體實(shí)現(xiàn)的電路結(jié)構(gòu)如圖6所示。

使用此策略，在插入掃描鏈后，當(dāng)MUX選擇器處在掃描狀態(tài)時(shí)，掃描時(shí)鐘就會(huì)連接到后續(xù)的觸發(fā)器，并將其連接到掃描鏈上，這樣就會(huì)大大提高故障覆蓋率，從而提高測(cè)試覆蓋率。