可测性设计_经典讲解

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1、9.可测性设计随着片上系统（SoC：SystemonChip）的集成度越来越高，其测试可行性、测试时间和测试功耗越来越受到人们的关注。本章介绍有关测试和可测性设计的一些基本概念。其中，可测性设计包括存储器的内建自测，扫描测试，处理器核的测试和边界扫描测试等，并且通过具体的应用让读者加深对可测性设计的理解。9.1.集成电路（IC：IntegratedCircuit）测试概述9.1.1.测试的概念和原理集成电路测试是IC产业链中的重要一环，而且是不可或缺的一环，它贯穿于从产品设计开始到完成加工的全过程。目前所指的测试通常是指芯片流片后的测试。其定义为对被测电路施加已知的测试矢量，观察其输出结

2、果，并于已知正确输出结果进行比较而判断芯片功能、性能、结构好坏的过程。下图说明了测试原理，就其概念而言，测试包含了三方面内容：已知的测试矢量、确定的电路结构和已知正确的输出结果。图9-1测试原理随着芯片集成度的越来越高，如今的IC测试面临着前所未有的挑战：l测试时间越来越长，百万门级的SoC测试可能需要几个月的时间甚至更长。l测试矢量的数目越来越多，覆盖率却难以提高，人们不知道究竟要用多少测试矢量才能覆盖到所有的器件。l测试设备的使用成本越来越高，直接影响的芯片的成本。9.1.2.测试以及测试矢量的分类根据测试的目的不同，可以把集成电路测试分为四种类型：（1）验证测试（Verificat

3、ionTesting，也称作DesignValidation）当一款新的芯片第一次被设计并生产出来，首先接受验证测试。在这一阶段，将会进行功能测试，以及全面的AC、DC参数的测试。通过验证测试，我们可以诊断和修改设计错误，为最终规范（产品手册）测量出芯片的各种电气参数，并开发出测试流程。（2）生产测试（ManufacturingTesting）当芯片的设计方案通过了验证测试，进入量产阶段之后，将利用前一阶段调试好的流程进行生产测试。在这一阶段，测试的目的就是明确做出被测芯片“是”或“否”通过测试的判决。由于每一颗芯片都要进行生产测试，所以测试成本是这一阶段的首要问题。从这一角度出发，生产

4、测试通常所采用的测试向量集不会包含过多的功能向量，但是必须有足够高的模型化故障的覆盖率。在下一节中将会重点介绍。（3）可靠性测试（reliabilitytesting）通过生产测试的每一颗芯片并不完全相同，最典型的例子就是同一型号产品的使用寿命却不尽相同。可靠性测试就是要保证产品的可靠性，通过调高供电电压、延长测试时间、提高温度等方式，将不合格的产品（如会很快失效的产品）淘汰出来。（4）接受测试（AcceptanceTesting）当芯片送到用户手中，用户将进行再一次的测试。如系统集成商在组装系统之前，会对买回的各个部件进行此项测试。根据测试方式的不同，测试矢量也可以分为三类：（1）穷举

5、测试矢量（ExhaustiveVector）所有可以可能的输入矢量。该测试矢量特点是覆盖率高，可以达到100%。但是其数目惊人，对于具有n个输入端口的芯片来说，需要2n个测试矢量来覆盖其所有的可能出现的状态。譬如如果要测试74181ALU，其有7个输入端口，就需要27=16,384个测试矢量，对于一个有38个输入端口的16位的ALU来说，以10Mhz的速度运行完所有的测试矢量需要7.64个小时。显然，这样的测试对于量产的芯片是不可取的。（2）功能测试矢量（FunctionalVector）主要应用于验证测试中，目的是验证各个器件的功能是否正确。其需要的矢量数目大大低于穷举测试，以上例74

6、181ALU而言，只需要448个测试矢量，但是目前没有算法去计算矢量是否覆盖了芯片的所有功能。（3）结构测试矢量（StructuralVector）这是一种基于故障模型得测试矢量，它的最大好处是可以利用电子设计自动化（EDA：ElectronicDesignAutomatic）工具自动对电路产生测试向量，并且能够有效地评估测试效果。对于74181ALU，其只需要47个测试矢量。这类测试矢量的缺点是有时候工具无法检测所有的故障类型。9.1.1.自动测试设备（ATE：AutomaticTestEquipment）与IC测试有关的另外一个重要概念就是自动测试设备。使用ATE可以自动完成测试矢量

7、的输入和核对输出的工作，大大提高了测试速度，但是目前其仍旧面临不小的挑战。该挑战主要来自于两方面，首先是不同芯片对于同种测试设备的需求。一般情况下，4至5个芯片需要用同一个测试设备进行测试，测试时间只有一批一批的安排。每种设计都由自己的测试矢量和测试环境，因此改变被测芯片时，需要重新设置测试设备和更新测试矢量。其次是巨大测试矢量对于测试设备本身性能的要求。目前，百万门级SoC的测试矢量规模非常大，可能达到数万个，把这些测试矢量读进测