第七章 可测试性设计.pdf

第七章 测试技术和可测试性设计 任何集成电路不论在设计过程中经过了怎样的仿真和检查 在制作完成 后都必须通过测试来最后验证设计和制作的正确性 所以 测试的问题在设 计的初始就必须加以考虑 7.1 VLSI 可测试性的重要性 在设计VLSI 时 从一开始就必须考虑测试的问题 测试的意义在于可以 直观地检查设计的具体电路是否能象设计者要求的那样正确的工作 测试的 另一个目的是希望通过测试确定电路失效的原因以及失效所发生的具体部 位 以便改进设计和修正错误 为实现对芯片中的错误和缺陷定位 从测试 技术的角度而言就是要解决测试的可控制性和可观察性 但是 因为集成电 路的可测试性往往与电路的复杂程度成反比 由于VLSI 电路本身是一个复杂 的系统 因此 VLSI 的测试问题变的日趋严重 对于一个包含了数万个内部 节点的 VLSI 系统 我们很难直接从电路的输入/输出端来控制或观察这些内 部节点的电学行为 但从测试的目的来讲 我们希望内部节点都是 透明的 只有这样才能通过测试判定电路失效的症结所在 为了实现这一目的 可测 试性设计成为VLSI 设计中的一个重要部分 可测试性的三个重要方面是测试生成 测试验证和测试设计 测试生成 是指产生验证电路的一组测试码 又称为测试矢量 测试验证是指一个给定 测试集合的有效性测度 这通常是通过故障模拟来估算的 测试设计的目的 是为了提高前两种工作的效率 也就是说 通过在逻辑和电路设计阶段考虑 测试效率问题 加入适当的附加逻辑或电路以提高将来芯片的测试效率 集成电路芯片的测试分为两种基本形式 完全测试和功能测试 顾名思 义 完全测试就是对芯片进行全部状态和功能的测试 要考虑集成电路所有 的可能状态和功能 即使在将来的实际使用中有些并不会出现 功能测试就 是只对在集成电路设计之初所要求的运算功能或逻辑功能是否正确进行测 试 显然 完全测试是完备测试 功能测试是局部测试 在集成电路研制阶 段 为分析电路可能存在的缺陷和隐含的问题进行分析 应对样品进行完全 测试 在集成电路产品的生产阶段 则通常采用功能测试以提高测试效率降 低测试成本 对于完全测试 所谓的全部可能状态是什么含义呢 如果一个逻辑有 N 个输入端子 从输入的信号组合角度而言 它有2N 个状态 但它却并不一定 是逻辑的全部可能状态 对纯组合逻辑 在静态情况下电路的状态仅与当前 的信号有关 因此 对静态的组合逻辑测试只要2N 个顺序测试矢量就可完成 全部测试 但对动态特性的测试 则还应考虑状态转换时的延迟配合问题 那么 仅仅顺序测试是不够的 更为严重的是对于时序逻辑的测试 由于记 忆单元的存在 电路的状态不但与当前的输入有关 还与上一时刻的信号有 关 因此 对于有N 个输入端子的逻辑 它的测试矢量不仅仅是枚举的问题 而是一个数学上的排列问题 在最坏的情况下 它是2N 个输入的全排列 可 以想象 一个有几十个输入端子的逻辑 它的测试矢量数目将是一个天文数 字 要完成这样的测试是不现实的 为解决测试问题 人们设计了多种的测试方案和测试结构 在逻辑设计 之初就考虑测试的问题 将测试问题作为逻辑设计的一部分加以设计和优化 其基本原理是 转变测试思想 将输入信号的枚举与排列的测试方法 转变 为对电路内各个节点的测试 即直接对电路硬件组成单元进行测试 降低测 试的复杂性即将复杂的逻辑分块 使模块易于测试 采用附加逻辑和电路使 测试生成容易 改进其可控制性和可观察性 覆盖全部的硬件节点 添加自 检测模块 使测试具有智能化和自动化 这些技术和方法的应用就是系统的 可测试性设计 7.2 测试基础 7.2.1 内部节点测试方法的测试思想 直接对电路内部的各节点测试可以大大地降低测试的工作量 提高测试 效率 但是 因为电路制作完成后 各个内部节点将不可直接探测 因此 只能通过对系统输入一定的测试矢量 在系统的输出端观察到所测节点的状 态 这时的测试矢量的作用是控制被测试节点的状态 并且将该节点的状态 效应传送到输出观察点 对节点的测试思想就是假设在待测试节点存在一个故障状态 然后反映 和传送这个故障到输出观察点 在实测中如果在输出观察点测到该故障效应 则说明该节点确实存在假设的故障 如果不是故障效应则说明该节点不存在 假设的故障 造成电路失效的原因很多 既有微观的缺陷 如半导体材料中存在的缺 陷 又有工艺加工中引入的器件不可靠或错误 如工艺工程中的带电粒子沾 污 接触区接触不良 金属线不良连接或开路 等等 当然 还有设计不恰 当所引入的