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数字集成电路时序逻辑自动测试模式生成 _2

时序电路ATPG 2

基于仿真的时序电路ATPG方法

使用缺陷模拟进行测试生成

比赛

定向搜索

成本功能

起源算法

光谱方法

总结

 

动机

时序帧方法的难点

初始化序列长

无法使用三值逻辑进行初始化(第5.3.4节)

电路建模的局限性

时序问题–测试可能会引起抢位/危害

高复杂度

对异步电路不充分

基于仿真的方法的优点

先进的缺陷仿真技术

存在准确的仿真模型供验证

多种类的测试–功能性,启发式,随机

自1960年代初开始使用

引发抢位的测试

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测试是一拥有两个向量的序列:X0,11

10、11是一个很好的测试; 无缺陷电路中无状态抢位 (Gate State Race)

00、11在无缺陷电路中导致状态抢位

 

图 1 引发抢位的测试

 

使用缺陷仿真模拟器

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图 2 缺陷仿真器

 

背景

Seshu和Freeman,1962年,异步电路,并行缺陷模拟器,单输入变化向量。

布鲁克(Breuer),1971年,随机序列,时序电路

Agrawal和Agrawal,1972年,随机向量后跟D-算法,组合电路。

Shuler等,1975,并发缺陷模拟器,随机向量,时序电路。

Parker,1976年,自适应随机向量,组合电路。

Agrawal,Cheng和Agrawal,1989,使用成本函数的定向搜索,并发缺陷模拟器,时序电路。 Srinivas和Patnaik,1993,起源算法;萨伯(Saab)等人,1996; Corno et al,1996; J.Am.Chem.Soc,1996, Rudnick et al,1997。 Hsiao等,1997。

 

比赛 

并发测试发生器,用于时序电路测试(比赛)

 

搜索测试以成本函数为指导。

三阶段测试生成:

初始化–无缺陷目标;由真值模拟器计算的成本函数。

并发阶段–针对所有缺陷;并发缺陷模拟器计算的成本函数。

单一缺陷阶段–一次针对一个缺陷;通过真实值模拟和动态可测试性分析计算出的成本函数。

参考:Agrawal等,IEEE-TCAD,1989年。

 

定向搜索

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图 3 定向搜索

 

成本函数

定义用于所需的目标(初始化或缺陷检测)。

对向量进行数字分级以使其适合于达到目标。

对于完全符合目标的任何矢量,成本函数= 0。

根据真值或缺陷模拟计算输入向量。

第一阶段:初始化

使用任意,随机或给定的向量或向量序列初始化测试序列。

将所有触发器设置为未知(X)状态。

成本函数:

Cost=未知状态下的触发器数量

根据试验向量的真值模拟计算出的成本

试用向量:从测试序列中的先前向量启发式生成的向量集;例如,距离最后一个向量的汉明 Hamming距离为单位的所有向量都可以形成试验向量集。

向量选择:将最低成本的试验向量添加到测试序列中。重复试验向量的产生和向量的选择,直到成本变为零或降至某个给定值以下。

 

第二阶段:并发缺陷检测

最初的测试序列包含第一阶段的向量。

模拟所有缺陷并丢弃检测到的缺陷。

计算试验向量的距离成本函数:

模拟所有未检测到的缺陷,作为试验矢量。

对于每种缺陷,找出其缺陷影响和输出之间的最短缺陷距离(以门数为单位)。

成本函数是所有未检测到的缺陷的缺陷距离之和。

试用向量:使用汉明 Hamming 距离单位或任何其他启发式方法生成试用向量。

矢量选择:

将具有最小距离代价函数的试验向量添加到测试序列中。

从缺陷列表中清除缺陷距离为零的缺陷。

重复试验向量的产生和向量的选择,直到缺陷列表减小到给定的大小为止。

 

距离成本函数

 

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图 4 距离成本函数

 

并发测试生成

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图 5 并发测试

 

第三阶段的需求

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图 6 第三阶段的需求

 

第三阶段:单一缺陷目标

成本(缺陷,输入向量)= K x AC + PC

激活成本(AC)是缺陷路径的动态可控性。

传输成本(PC)是缺陷路径的最小动态观测性(到输出的所有路径上)。

K是一个很大的加权因子,例如K = 100。

动态可测试性措施(可控制性和可观察性)特定于电路中的当前信号值。

从真值模拟结果中计算出缺陷的矢量成本。

Cost= 0表示检测到了缺陷。

试验向量的产生和向量的选择与其他阶段相似。

 

动态测试措施

为实现目标而需要改变的投入数量:

DC0,DC1 –将线设置为0、1的成本

AC = 钳滞在 1(或钳滞在0)缺陷点处的DC0(或DC1)

PC –观测线成本

示例:成本为非零的向量。 费用(钳滞在0,10)= 100 x 2 +1 = 201 (DC0,DC1)=(1,0)

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图 7 成本为非零的向量

 

动态测试措施 

示例:零成本的向量(测试)

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图 8 零成本的向量

 

其它功能

有关动态可测试性措施的更多信息

未知状态–信号可以具有三种状态。

触发器–输出DC是输入DC,加上一个大常数(例如100),以计入时间范围。

扇出–干 的PC最少是分支PC。

 

电路类型:针对可模拟的任何电路生成测试:

组合- 无时钟; 单一向量测试。

异步–无时钟; 模拟器分析危害和振荡,三态,测试时序。

同步–指定的时钟,触发器被视为黑盒子,三态,隐式时钟测试序列。

比赛结果:s5378

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图 9 比赛结果

 

算法起源(Genetic Algorithms GAs)

自然选择的进化理论(达尔文,1809-82年)。

C R达尔文(R.Darwin),《自然选择带来的物种起源》,伦敦:约翰·默里(John Murray),1859年。

J. H. Holland,《自然和人工系统的适应》,安阿伯:密歇根大学出版社,1975年。

D. E. Goldberg,《搜索,优化和机器学习中的起源算法》,马萨诸塞州雷丁:Addison-Wesley,1989年。

P. Mazumder和E.M. Rudnick,《用于VLSI设计,布局和测试自动化的起源算法》,新泽西州上萨德尔河,Prentice Hall PTR,1999年。

 

基本思想:人口每代人都在增加。

人口数量

健康标准

再生规则

 

用于测试生成的GA

人口: 一组输入向量或向量序列。

健康功能:在完成初始化和缺陷检测等任务后成功完成的总体数量度量(为成本函数的倒数)。

再生规则(启发式):选择具有较高适应度函数值的成员,以通过突变和交叉等转换产生新成员。

 

战略成果

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图10 比较

 

光谱方法

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图 11光谱方法

 

光谱信息

随机输入类似噪声,缺陷覆盖率低。

时序电路测试不是随机的:

一些输入是关联的。

一些输出是周期性的。

相关性和周期性可以通过频谱成分来表示,例如Hadamard系数。

向量压缩在不减少缺陷覆盖率的情况下去除了不必要的向量:

组合电路的反向仿真(示例5.5)

时序电路的矢量恢复。

压缩类似于噪声消除(滤波),并增强了频谱特性。

 

光谱法:s5378

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A. Giani,S。Sheng,M。S. Hiao和V. D. Agrawal,“高效光谱 时序式ATPG技术”,Proc。 欧洲IEEE设计与测试大会,2001年3月

 

图 12光谱法

概括 

缺陷仿真是用于时序电路ATPG的有效工具。

可以为任何可以仿真的电路生成测试。 出于时序考虑,可以处理异步电路。

基于仿真的方法可以产生更好的测试,但产生更多的向量,可以通过压缩来减少向量。

基于仿真的方法无法识别无法测试的缺陷。

光谱方法具有潜力。

 

 

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