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ASIC設計的平均門數(shù)不斷增加,這迫使設計團隊將20%到50%的開發(fā)工作花費在與測試相關的問題上,以達到良好的測試覆蓋率。盡管遵循可測試設計(DFT)規(guī)則被認為是好做法,但對嵌入式RAM、多時鐘域、復位線和嵌入式IP的測試處理將顯著影響設計進度。即使解決了上述所有問題,開發(fā)者也幾乎不可能達到100%的粘著性故障(stuck-at fault)覆蓋率。其結果是,ASIC設計常常在故障覆蓋率低于90%的情況下就投入生產(chǎn),從而造成不必要的器件缺陷率和板級故障。
基于流程的方法
為了在一個設計中插入掃描測試結構,第一個要做的步驟是用掃描觸發(fā)器替換所有的觸發(fā)器。有時候,這可以當成綜合過程的一部分來做,盡管它以往是在設計流程的后期完成。插入掃描觸發(fā)器允許更高程度地控制設計中的各個節(jié)點,從而提高故障覆蓋率。不過,傳統(tǒng)的掃描技術不能完全控制或觀測設計中的所有用戶網(wǎng)絡,因而會留下許多未測試的結構。
最常見一類的掃描觸發(fā)器在數(shù)據(jù)輸入端的前面包含一個多路復用器。在測試模式中,這使得數(shù)據(jù)可以被移進觸發(fā)器；在用戶模式中,這允許一個正常的邏輯信號被存儲。
傳統(tǒng)的ASIC掃描測試通常需要以下步驟:
1、準備一個測試時鐘,而且測試電路必須允許該時鐘施加到所有掃描觸發(fā)器上。
2、在測試期間,所有觸發(fā)器均處于測試模式。
3、在用戶模式操作期間,所有觸發(fā)器均處于正常工作模式。
值得注意的是,當采用基于多工器的掃描觸發(fā)器時,多路復用器通常被插在用戶時鐘的主路徑上,以便在測試模式下測試時鐘可以被傳遞給所有觸發(fā)器。所有觸發(fā)器將同時被設置為測試模式。
為達到足夠的故障覆蓋率和可接受的器件缺陷率,傳統(tǒng)的測試技術需要許多DFT規(guī)則。不遵循DFT規(guī)則的后果是,許多故障無法采用傳統(tǒng)掃描方法進行測試,從而使總的故障覆蓋率受損。
為了獲得合理的粘著性故障覆蓋率,一個設計通常必須是全同步的。因此,這成為第一個DFT規(guī)則。不幸的是,許多設計、特別是網(wǎng)絡和通信領域的設計需要多個異步時鐘,這就不可能不違反這條規(guī)則。而且,為了追求速度,綜合過程經(jīng)常會產(chǎn)生重收斂的冗余邏輯結構,這又是違反規(guī)則的。
公認的DFT規(guī)則包括:
1、設計必須以一個公共時鐘為準,保持完全同步。
2、在測試期間,存儲單元的異步輸入必須由一個外部引腳去使能。
3、只能使用專為支持自動測試模式生成(ATPG)而設計的連續(xù)庫單元。有時要禁止使用下降沿觸發(fā)的觸發(fā)器。
4、不允許有門控時鐘。它們在測試期間必須旁路掉。
5、不應使用內(nèi)部三態(tài)總線；首選是多路復用器。
6、不允許有組合邏輯環(huán)路；不允許有重收斂的冗余邏輯。
7、在測試期間,外部總線必須禁止使能。
8、包含不同測試方法的各個IP模塊之間的接口必須是完全可測試的。
自動測試
實現(xiàn)自動測試的前提是:如果所有與測試相關的電路都嵌入在基礎陣列中,那么與測試相關的事情就可以從ASIC開發(fā)過程中去除。嵌入的自動測試電路不僅獨立于用戶設計,而且是在獲知用戶設計之前構建的。
因為自動測試電路嵌入在ASIC的基礎結構中,所以它的工作方式與傳統(tǒng)的掃描測試非常不同。
用于傳統(tǒng)ASIC的掃描測試方法要求設計中的所有掃描觸發(fā)器在同一時間內(nèi)處于測試模式,而自動測試的順序操作方式允許在任何特定的測試周期內(nèi),一些模塊處于測試模式,而其它模塊仍處于正常模式。在自動測試ASIC內(nèi)的功能模塊具有“控制”和“觀測”能力。
通過隔離單獨的模塊和網(wǎng)絡,這使得開發(fā)者可以對制造過程進行測試,以完全驗證硅片的完整性,而無需考慮用戶設計和DFT規(guī)則。
為達到這個目的,開發(fā)者還需要一種新類型的模塊。這種模塊內(nèi)獨特的Q_Cell包含“控制”和“觀測”能力,并且能夠被配置成組合邏輯、觸發(fā)器或RAM。這意味著所有網(wǎng)絡都能夠被控制,而不論它們是代表時鐘還是置位/復位,也不論它們是否是冗余結構或組合邏輯環(huán)路的一部分。
一種四輸入多工型單元(P_Cell)可以用來實現(xiàn)大多數(shù)組合功能,或者與Q_Cell組合在一起,以實現(xiàn)像全加器這樣的復雜功能。
自動測試不僅能同時捕獲器件內(nèi)所有信號的狀態(tài),而且還能恢復那些狀態(tài),因此操作可以從任何指定的初始條件下開始。存儲器和觸發(fā)器可以被預置,以仿真故障或異常的功耗偏差。這個功能對于現(xiàn)場診斷問題很有用。
自動測試是一種軟硬件結合的測試方法,它取消了所有的DFT規(guī)則,并且總能提供100%的粘著性故障覆蓋率。隨著質量要求和器件復雜度的增高,這種覆蓋率變得越來越重要。自動測試已經(jīng)成功地用于100多個結構化ASIC設計中,但它也可以應用于標準單元ASIC設計。
作者:Eric West
架構總監(jiān)
Lightspeed半導體公司
