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集成电路可测性设计 – 部分扫描和扫描变化

可测性(DFT)设计:部分扫描和扫描变化

定义

部分扫描架构

历史背景

循环和非循环结构

通过循环中断进行局部扫描

S图和MFVS问题

测试生成和测试统计

部分扫描与完全扫描

部分扫描触发器

随机访问扫描(RAS)

扫描保持触发器(SHFF)

总结

 

部分扫描定义

触发器的一部分被扫描。

目标:

最小化面积额外成本和扫描序列长度,但达到所需的缺陷覆盖率

从扫描中排除选定的触发器:

提高性能

允许违反有限的扫描设计规则

允许自动化:

在扫描触发器选择中

在测试生成中

较短的扫描序列

 

部分扫描架构

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图1 部分扫描架构

 

部分扫描的历史

从Trischler等人的ITC-80的可测性方法中扫描触发器选择;不太成功。

组合ATPG的使用:

Agrawal等人,D&T,88年4月

用于初始缺陷覆盖的功能向量

扫描ATPG选择的触发器

Gupta等人,IEEETC,90年4月

平衡结构

有时需要较高的扫描百分比

时序ATPG的使用:

Cheng and Agrawal,IEEETC,90年4月;

Kunzmann和Wunderlich,JETTA,90年5月

创建无周期的结构以实现高效的ATPG

 

时序ATPG的困难点

可初始化性差。

状态变量的可控性/可观察性差。

门数,触发器数量和顺序深度不能解释问题。

循环是造成复杂性的主要原因。

 

ATPG实验

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图2 ATPG实验

 

对标电路

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图 3对标电路

 

无周期示例

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图 4 无周期示例

 

相关结果

定理8.1:无循环电路总是可初始化的。如果存在任何非触发器缺陷,也可以将其初始化。 定理8.2:无循环电路中的任何非触发器缺陷最多可以通过dseq + 1个矢量来检测。

ATPG的复杂性:为了确定缺陷在循环电路中不可测,使用九值逻辑的ATPG程序可能必须分析9的Nff次方个时间帧,其中Nff是电路中触发器的数量。

 

部分扫描方法 

选择最少的触发器进行扫描,以消除所有循环。

或者,为保持较低的额外成本,只有较长的循环可以消除。

在一些具有大量自循环的电路中,除自循环以外的所有循环都可以消除。

 

最小反馈顶点集问题 ( MFVS, Minimum Feedback Vertex Set )

对于有向图,找到基数最小的一组顶点,以使该顶点集的删除使图成为非循环的。

最小反馈顶点集(minimum feedback vertex set ,MFVS)问题是非确定性多项式完全问题 ( Non-deterministic Polynomial Complete, NP-complete) ;实际的解决方案使用启发式方法。 

最小化非循环图深度的第二个目标很有用。

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图 5 最小反馈顶点集问题

 

测试生成

扫描和非扫描触发器由单独的时钟输入端控制:

普通模式–两个时钟都处于活动状态

扫描模式–仅激活扫描时钟

 

时序 ATPG模型

扫描触发器被输入端和输出端取代

时序用于生成测试的ATPG程序

在扫描模式下应用长度为nsff + 4的扫描寄存器测试序列001100…

每个ATPG向量之前都有一个扫描输入序列以设置扫描触发器状态

在每个向量序列的末尾添加一个扫描序列

测试长度=(nATPG + 2)nsff + nATPG + 4个时钟

 

部分扫描示例

电路:TLC

355个逻辑门 

21个触发器

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图 6 部分扫描示例

 

测试长度统计

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图 7 测试长度统计

 

部分扫描与完全扫描:S5378

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图 8 部分扫描与完全扫描

 

触发器用于部分扫描

使用具有LSSD触发器多路复用器的普通扫描触发器(SFF)。

扫描触发器需要单独的时钟控制:

使用单独的时钟引脚

或为单个时钟引脚使用替代设计

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图 9 触发器用于部分扫描

 

随机访问扫描(Random-Access Scan,RAS)

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图10随机访问扫描

 

RAS 触发器 ( RAM 单元 )

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图11 RAS 触发器

 

RAS应用

逻辑测试:缩短测试时间。

延迟测试:易于生成单输入变化(SIC)延迟测试。

优点:RAS可能适用于某些架构,例如将内存实现为RAM块的架构。

缺点:不适用于随机逻辑架构 

高额外成本–门添加到SFF,地址解码器,地址寄存器,额外的引脚和布线

 

扫描保持触发器(Scan-Hold Flip-Flop,SHFF)

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图12 扫描保持触发器

 

控制输入HOLD使输出保持稳定在触发器的先前状态。

应用领域:

减少扫描过程中的功耗

在扫描测试中隔离异步器件部分

延迟测试

 

小结

部分扫描是一种广义的扫描方式; 扫描范围从0到100%。

消除长周期可以通过时序ATPG来提高可测性。

消除所有循环和自循环,可以组合使用ATPG。

部分扫描具有较低的额外成本(面积和延迟),并缩短了测试时间。

部分扫描允许有限地违反扫描设计规则,例如,一个关键路径上的触发器可能无法扫描到。

 

Posted in 数字集成电路

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