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1、集成电路的可测试性设计,集成电路的复杂度要求 计算机技术的发展,一、集成电路的设计验证,1、功能验证技术,功能验证的目的是保证设计实现符合规格定义，保证RTL描述与规格定义的功能一致性。,输入 （激励）,设计 测试,输出 （响应）,测试平台,设计规范,输入 （激励）,设计 测试,输出 （响应）,设计规范,期望输出,比较,结果,自检查的TESTbench,2、时序分析技术（STA，Static Timing Analysis),时序分析技术根据电路网表的拓扑结构，检查电路中的所有路径的时序特性，测试路径的理论覆盖率可以达到100%。时序分析无法验证电路功能的正确性，这一点必须由RTL级的功能仿真
2、来保证。 一般时序分析技术包含以下三个步骤： A, 把设计分解为不同的时序路径集合 B，计算每条路径的延迟信息 C，检查所有路径的延迟，分析是否满足时序约束。,D,Q,D,Q,逻辑,逻辑,逻辑,逻辑,A,CLK,Z,路径1,路径2,路径3,路径4,保持时间的检查是为了确保数据在时钟的有效沿后能够稳定并保持足够长的时间使时钟能够正确的采样到数据。,B、对于有门控电路的时钟设计，时钟有两种状态，关断和使能。,clk,clken,gateclk,clk,clken,gateclk,Required gate,时钟不全,时钟毛刺,3、形式验证技术（formal verification),形式验证技术
3、是一种静态验证手段，根据电路结构，静态的判断两个设计在功能上是否等价。常用来判断一个设计在修改前和修改后其功能是否保持一致。,RTL设计,综合,优化,测试结构插入,I/O插入,布局,时钟树插入,布线,ECO,综合的结果是不是所设计。,后面的设计在功能上与原始设计相同吗。,二、集成电路测试介绍,测试：就是检测出生产过程中的缺陷，并挑出废品的过程。 测试的基本情况：封装前后都需要进行测试。 测试与验证的区别：目的、方法和条件 测试的难点：复杂度和约束。 可测性设计：有利于测试的设计。降低测试的复杂度和成本。,简单的测试例子,A=1,B=1 =Z=1 A=0,B=1=Z=0 A=1,B=0=Z=0
4、A=0,B=0=Z=0,可测性设计举例,可控性：,可观性：,基本概念1：故障和故障模型,故障：集成电路不能正常工作。 故障模型：物理缺陷的逻辑等效。,故障举例,物理缺陷,逻辑等效,逻辑门故障模型,固定值逻辑：所有缺陷都表现为逻辑门层次上线网的逻辑值被固定为0或者1。表示：s-a-1, s-a-0。 桥接 逻辑门故障模型的局限性,故障的等效和从属,故障等效,故障从属,故障类型与测试码,基本概念2：测试向量和测试图形,测试向量：加载到集成电路的输入信号称为测试向量（或测试矢量）。 测试图形：测试向量以及集成电路对这些输入信号的响应合在一起成为集成电路的测试图形。,测试仪,测试仪是测试集成电路的仪器
5、。它负责按照测试向量对集成电路加入激励，同时观测响应。目前，测试仪一般都是同步的，按照时钟节拍从存储器中调入测试向量。,测试仪参数,测试仪特点,同步时序 激励的波形有限 响应的测试时刻有限 支持clock burst,测试仪的规定波形举例,break,管脚信号图,测试仪的规定波形举例,测试码规定图1：,测试仪的规定波形举例,测试码规定图2：,测试向量的生成,人工法 程序自动生成 自测试,手工生成,故障建立 故障传播 决策及测试码生成,故障图,手工测试码,组合逻辑测试法1：差分法,差分法(Boolean difference method)是一种测试向量的生成方法。它不依赖路径传播等技巧，而是依
6、靠布尔代数的关系，通过运算来确定测试向量。,差分法,定义,如果,那么在xi上的固定逻辑值就可以被检测到，否则就不能。,差分法的性质,差分法,如果g(X)与xi无关，则可以简化为：,如果要检测s-a-0的故障，则使用：,如果要检测s-a-1的故障，则使用：,差分法的例子,对于x1的错误，推导如下：,测试法2：D算法,激活 传播 决策,D算法,故障例子,SoC测试中的几个常用技术,静态电源电流测试(Iddq) 扫描路径法 BIST Boundary Scan,Iddq,Iddq: 静态电流测试。测试时使电流越小越好。 一般设置： 没有三态。 内部RAM关闭。 上下拉电阻设置为合适电平。,扫描路径法
7、,扫描路径法是一种规则的可测试性设计方法，适用于时序电路。其设计思想是把电路中的关键节点连接到一个移位寄存器上，当作为扫描路径的移位寄存器处于串入/并出状态时，可以用来预置电路的状态。当作为扫描路径的移位寄存器处于并入/串出状态时，可以把内部节点的状态依次移出寄存器链。,扫描路径法,扫描路径法,测试扫描路径本身 移入测试序列，电路进入正常工作，测试与扫描路径相连的部分电路 移出扫描路径，检查状态的正确性,扫描路径法注意事项,尽量使得扫描路径像一个标准的扫描链。 Avoid gated clocks or make them predictable when in test mode Avoid
8、 latches or make them transparent when in test mode Controllable asynchronous set/reset during test mode Avoid tri-state logic if possible Configure ASIC bi-direct pins as output only during test mode (make all output enables active) Use externally generated clocks Avoid combinatorial feedback loops
9、,扫描路径的简单例子,BIST,内置式自测(BIST) 将一个激励电路和一个响应电路加在被测电路(CUT)中。激励电路会产生大量激励信号，并将其应用于CUT中，响应电路就用来对CUT的响应进行评测。 与ATE不同，BIST的性能不受负载板或测试头电气特性的限制。,RAMBIST,JTAG,目的：由于表面贴装技术以及高密度封装(BGA)的使用，使得PCB的密度越来越高，以往的针床测试法变得越来越不易使用。为了简化测试过程、统一测试方式，IEEE制订了边界扫描标准。 概念：利用四线接口扫描所有的管脚。,JTAG,JTAG,JTAG,JTAG,TAP,BSDL,一个例子,JAM,Altera对JTAG的编程语言。 一个例子 结果,实际的例子,JAM 结果,
