本科vhdl与复杂数字系统设计第8章new

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1、第八章测试技术与物理仿真第八章测试技术与物理仿真8.1测试向量的生成8.2可测试性设计8.3物理仿真8.4测试技术的新发展复习思考题第八章测试技术与物理仿真8.1测试向量的生成8.1.1测试的基本概念在数字系统的设计、生产过程中，测试和功能验证是两个容易混淆的不同概念。测试是为了剔除生产过程中产生的废品，而功能验证的目的在于证明电路设计的正确性。理论上，功能验证应该包含成品测试。数字电路总能够采用穷尽其内部状态组合的办法彻底测试其正确性，但事实上，这种方法是不可行的。一方面合格的芯片并不一定是无故障的芯片；另一方面，用功能验证取代测试作为筛选成品的手段本

2、身就不可能实现。例如，一个普通的32位加法器，其输入共有65个(A、B各占32，另加一个C)，为了验证这个器件的加法功能对所有的in输入组合都是正确的，需要对265种输入激励进行测试。第八章测试技术与物理仿真假定对一种输入激励进行测试需要1ns时间，那么，完成整个芯片的测试则需要约1000年时间。这还是一个最简单的组合逻辑电路，它不包含任何内部状态。对于功能强大的复杂数字系统芯片，想通过测试设备全面彻底地进行功能验证是根本不可能的，目前芯片的功能验证需要在系统中期测试过程时逐步地发现问题。　测试与故障诊断也是不同概念。诊断不但要判断电路中是否存在故障，而

3、且要判断电路中的故障发生在什么位置，以便修改设计。芯片测试的主要目的是判断是否存在故障，这样做，在很大程度上简化了集成电路测试的难度。第八章测试技术与物理仿真1.故障所谓故障，指的是集成电路不能正常工作。使数字系统产生故障的原因有两类：一类是设计原因，如设计中存在竞争冒险，在某些情况下，电路可以正常工作，而在另一些条件下电路则不能正常工作；另一类是物理原因，如制造过程中局部缺陷造成的元件开路、短路、器件延时过大等。测试主要检测物理原因造成的故障，对测试目的来讲，重要的不是引起故障的物理原因，而是故障在数字系统中所表现出来的特征。　故障可以分为逻辑故障和参

4、数故障。所谓逻辑故障，就是导致一个电路单元或输入信号的逻辑函数变为某些其它函数的故障；而参数故障则是改变了电路参数值的大小，引起诸如电路速度、电流、电压等参数的变化。参数故障中，影响电路元件工作速度的故障称为延迟故障。一般来说，延迟故障只影响电路的定时操作，它可能引起冒险或竞争现象。第八章测试技术与物理仿真2.测试码与测试向量能够检测出电路中某个故障的输入激励，称作该故障的测试码。组合逻辑电路的测试码只是输入信号的一种赋值组合，时序逻辑电路的测试码是输入信号的若干种赋值组合的有序排列，有时称为测试序列或测试向量。第八章测试技术与物理仿真afhbxcgde

5、图8-1故障模型初始示例图第八章测试技术与物理仿真3.故障模型(1)固定故障。这是逻辑故障最常见的故障模型，它是指电路中某个信号线的逻辑电平固定不变。在图8-2所示固定故障示意图中，如果该电平为固定低电平，则称故障为固定0故障(Stuck-at-0，记为S-A-0)；如果该电平为固定高电平，则称故障为固定１故障(Stuck-at-1，记为S-A-1)。这种故障类型概括了一般的物理故障，如对电源或地短路、电源线开路、TTL门的输入端开路、输出管烧坏的故障等。若电路中有一处或多处存在固定型故障则称为多固定型故障，一个实用的测试码生成系统应能处理多固定型故障。

6、第八章测试技术与物理仿真afhS-A-0afhbbxS-A-1xStuck-at-0Stuck-at-1cgcgddee图8-2固定故障示意图第八章测试技术与物理仿真(2)桥接故障。当逻辑电路中的某两条信号线发生短路时，常会产生信号“线与”、“线或”的效果，从而改变器件的逻辑关系。桥接故障也可能使电路构成反馈回路，使组合电路变成时序电路，这就给分析带来了很大的困难，如图8-3所示的h和e短路情况。第八章测试技术与物理仿真afhbxcgde图8-3桥接故障示意图第八章测试技术与物理仿真(3)开路故障。开路故障指连线中某处发生如图8-4所示的断开现象。afh

7、bxcgde图8-4开路故障示意图第八章测试技术与物理仿真在类似如图8-5所示的CMOS电路中二输入或非门，当Q4管输入开路，x、y为“10”时，输出z呈高阻状态，并由于输出电容关系而保持前一个输出值。这时该电路成为一个动态的锁存器，这样的故障一般只能用开关级模型进行处理。　第八章测试技术与物理仿真VDDxQ1yQ2z开路故障Q3Q4VSS图8-5CMOSNOR电路第八章测试技术与物理仿真(4)交叉点故障。在可编程逻辑阵列中，每个交叉点上都固有一个器件(二极管或三极管)，即使不使用，它也是存在的。通过对每个器件的连接编程(栅极开路或连通)，来获得所希望的

8、逻辑功能。在一个PLA中，多连或少连一个器件都会引起交叉点故障。虽然其中的大部分