专用集成电路设计基础教程（来新泉 西电版）第7课时 专用集成电路测试.ppt

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1、7.1测试的重要性7.2故障模型与模拟7.3可测性设计7.4自动测试模板生成第7章专用集成电路测试与可测性设计7.1测试的重要性在生产阶段完成之后，在硅圆片(wafer)上形成了排成阵列的管芯。每个管芯都可能是一个工作正常的电路，但由于在生产过程中出现的各种问题及随机变化的影响，并不是每个电路都能像原来所设计的那样正常工作，因而对IC产品进行测试是设计制造环节中的重要一步。其过程是按照给定的测试程序，在设计好的测试电路条件下，用所选的测试模板对芯片加激励信号，并将实际输出信号与期望输出矢量比较，从而判断芯片的好坏。这样就可以在划片前或封装后将不合格芯

2、片筛选出来。随着LSI、VLSI以及ULSI的飞速发展，电路日趋复杂，测试问题就更加突出了，因为IC的可测试性往往与电路的复杂程度成反比。对于100门左右的MSI电路来说，利用人工测试与自动测试仪可以比较容易地完成各种功能测试，但对于更大规模的IC来讲，要进行全功能的测试几乎是不可能的，因为测试时间太长、成本太高。例如，一个有n输入的组合逻辑电路，为了详尽地测试该电路，需要外加2n次输入或测试矢量，进行2n次观察。若此组合电路再加上m个存储用的锁存器而成为时序电路，则电路的状态取决于当前的输入和前一时刻各单元电路的状态。要彻底测试这个电路需要外加2n

3、+m个测试矢量。如果n=25，m=50，则对这样一个网络就需要2n+m＝275个测试图案(约为3.8×1022)。假设每个测试矢量以1μs的速度加到这个网络上，那么对所有测试图案都测试一遍的时间将超过10亿年，显然这是无法实现的。因此必须减少测试次数，同时又要保证测试质量。全球半导体业发展到今天，测试已经成为其产业链中独立的、不可缺少的一环。同时，计算机技术的飞速发展也为IC测试提供了强有力的技术支持和不断更新的解决方案。IC的集成度越来越高，实现的功能也越来越多，功耗越来越低，IC的测试成本在其生产过程中占有的比重也越来越大。如图7-1所示，测试成

4、本随着电路的复杂度而呈指数增长。故尽可能地降低IC测试费用并保证电路质量，是IC产品具有竞争力的一个重要方面。图7-1芯片测试成本在进行ASIC设计之初就必须充分考虑测试问题，在电路上作一个小的修正就有可能避免大的错误，这种方法称为面向测试的设计(DesignForTest，DFT)。DFT是设计过程中一个重要的部分，在整个设计流程中越早考虑越好。DFT的方法可包含两方面：(1)提供必要的电路使测试程序迅速而全面地进行。(2)在测试过程中提供必要的测试模版(激励矢量)。由于成本的原因，在最大程度包含可能出现的错误的同时，测试序列越短越好。制造业的测试

5、依据目的的不同可分为以下几类：·诊断测试：在芯片或电路板调试中使用，尽量达到给出失效元件以及确定和定位故障的目的。·功能测试(也称为合格—不合格测试)：决定了生产出来的元件是否能正常工作。这个问题比故障测试简单，因为答案只有“是”或“不是”。由于每个生产出来的芯片都必须经过这种测试而且对成本有直接影响，因此要求其尽可能地简单、快速。·参数测试：检查在多种工作环境下(如温度、电源电压)的一些非离散参数，如噪声容限、传输延迟、最大时钟频率等。与功能测试仅涉及0和1信号不同，参数测试需要不同的设置。参数测试大体可分为静态(dc)测试和动态(ac)测试。　

6、　一个典型的测试过程如下：将预先定义的测试模板加载到测试设备中，它给被测元件(DeviceUnderTest，DUT)提供激励和收集相应的响应；需要一个探针板或DUT板将测试设备的输入、输出与管芯或封装后芯片的相应管脚连接起来。测试模板指的是施加的波形、电压电平、时钟频率和预期响应在测试程序中的定义。新的元件被自动装入测试设备，测试设备执行测试程序，将输入模板序列应用于DUT，比较得到的和预期的响应。如果观察到不同，则标记元件出错(例如用墨水点)，之后探针自动移到晶圆上的下一个管芯处。其后在将晶圆分成独立管芯的工艺中，标记的元件将被自动剔除。对于一个

7、封装好的元件，根据测试结果，被测元件从测试板上被移入分别装有好的或有缺陷的元件容器中。每个元件的测试过程在几秒内完成，使得一台测试设备每小时处理几千个元件成为可能。自动测试设备非常昂贵，当今高速IC要求其不断提高性能的需要加重了这种状态，使得测试设备的成本飞涨。减少每个芯片花费在测试设备上的时间是降低测试成本的一个最有效的方法。但随着IC复杂程度的增加，出现了相反的趋势，因此就非常需要减少测试成本的设计方法。7.2故障模型与模拟7.2.1故障模型一个逻辑元件、电路和系统，由于某种原因导致其不能完成应有的逻辑功能，则称其已经失效。而故障是指一个元件

8、、电路和系统的物理缺陷，它可以使这个元件、电路和系统失效，也可能不失效。也就是说，存在有一定故障的元件、电