第1期复旦学报(自然科学版)

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1、第44卷　第1期复旦学报(自然科学版)Vo1.44,No.12005年2月JournalofFudanUniversity(NaturalScience)Feb.,2005　　文章编号:042727104(2005)0120095206XCMOS组合电路开路故障的BIST探讨谢　波,黄维康,唐璞山(复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室,上海200433)摘　要:对CMOS组合电路开路故障的测试方法进行了探讨.一种方法通过对电路输出的跳变次数进行计数,然后与无故障电路输出的跳变次数的期望值进行比较,可以检测到所有的开路故障,对于有n个输入端的电路n完成测试需要6

2、×2个测试向量.另一种方法基于种子存储的自适应BIST方法,该方法充分利用开路故障的特n征,实例验证表明能够在3×2+1个时钟周期内完成对CMOS组合电路开路故障的测试,它在不用修改被测电路网络的前提下可对多开路故障达到完全的测试.关键词:半导体技术;集成电路测试;开路故障;内建自测试中图分类号:TN407文献标识码:A伴随着集成电路进入系统集成的时代,芯片的集成规模急剧增大,由此导致的测试成本的增加和测试难度的加大使得SOC(System2On2a2Chip)开发过程中测试的问题变得愈加尖锐.采用可测性设计手段,即在集成电路的设计阶段就考虑到测试的需要而插入一些

3、可测性设计的结构,已然成为解决SOC测试问题的必然途径.使用内建自测试(built2inself2test,BIST)是SOC测试的重要途径,合理选择BIST技术能够很大程度上缓解对测试设备越来越高的要求而导致的测试成本的急剧攀升,从而使总的成本最小化.在集成电路电路的测试中,通常考虑的故障模型是固定型(s2a20和s2a21)故障模型.但是并非所有的故障都可以通过这种故障模型来进行等效.桥接故障(bridgefaults)和开路故障(stuck2openfaults)等面向缺陷的常见故障就难以用固定型故障模型来进行等效.随着集成电路工艺技术进入超深亚微米阶段,特

4、征尺寸的显著减少使得面向缺陷的故障得到了越来越多的重视,要想提高芯片的故障覆盖率,对这些故障的测试就显得尤为重要,开路故障是仅有的能把组合电路变成时序电路的故障模型,因而它的测试方法得到广泛的研究.对于CMOS组合电路的开路故障的测试,以前的很大部分工作都集中在测试序列的产生上1面.研究发现,基于单位改变输入对(即2个相邻的测试向量间汉明距离为1)的测试向量集对CMOS组n合电路开路故障的测试非常有效.对于有n个输入端的电路,存在n×2个单位改变输入对.在文献2n中提出了用2n×2个测试时钟周期产生所有单位改变输入对的测试图形生成方法;文献3,4中的方法nn又分别

5、将测试时钟减少到(n+1)×2和(n+0.5)×2.在这些方法中的测试图形产生都比较复杂,并且只能检测单开路故障或无方向的多开路故障(即开路故障不同时出现在NMOS网络和PMOS网络),对于电路中PMOS网络和NMOS网络同时出现的开路故障则无法检测.本文提出了两种针对CMOS组合电路开路故障的BIST方案,能用较少的测试向量和面积开销完成对开路故障的测试.1　开路故障的特征及电路结构的修改首先提出CMOS组合电路开路故障的2个重要特性,它们影响着测试的方法.n性质一:对于任意一个n输入CMOS组合电路,如果存在开路故障,则在所有的2个输入向量中必定存在一个或多个

6、测试向量,使得电路在这些测试向量的激励下输出端处于浮空状态,即此时电路输出端到X收稿日期:2004204212基金项目:国家自然科学基金资助项目(90207002,60073032)作者简介:谢　波(1981—),男,硕士研究生.96复旦学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　　　第44卷电源和地之间都不存在通路.性质二:对于一个存在开路故障的CMOS组合电路,在某些测试向量的激励下,如果表现为浮空的状态,则电路的输出由于没有与电源及地形成通路,因此电路的输出值将不会发生改变,即电路的输出值在开路故障被激活时将跟随上一次电路的输出值.性质一说明了对于一个存在

7、开路故障的电路,在某些测试向量的激励下电路输出端将处于浮空状态(并非任何测试向量都能使输出处于浮空状态),而这种输出端浮空的状态在正常的电路中是不允许出现n的,因此对开路故障进行测试的问题就可以转化为探测电路在所有的2个(对于有n输入被测电路)测试向量的激励下是否会出现这样的浮空状态.而要探测到浮空状态的存在,就必须把浮空状态和电路的正常状态的不同特征表现出来,并且能够把这种差异反映到输出端.但是根据性质二,如果电路在某一测试向量下体现为浮空状态,其输出状态并不一定和正常状态不同.因为电路处于浮空状态只是导致电路的输出端电位跟随上一个测试向量下的输出值;如果上一个

8、测试向量下