一種改進(jìn)的基于掃描的電路設(shè)計

引言

　　近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展。單一芯片中所含的晶體管數(shù)目越來越多，其電路也越來越復(fù)雜。

　　為了確保芯片在制作完成后的正確性，有關(guān)電路測試的這個問題越來越受重視。而且其測試的難度及成本也越來越高，于是如何有效地檢驗電路的正確性，并大幅度地降低測試成本，成為我們現(xiàn)在研究的熱點。通常我們在設(shè)計芯片的同時，可以根據(jù)芯片本身的特征，額外地把可測性電路設(shè)計（Design For TESTability）在芯片里。談到可測性的電路設(shè)計，內(nèi)建自測試（BIST）和基于掃描Scan—Based）的電路設(shè)計是常被提及的。

　　基于掃描的電路設(shè)計是可測性設(shè)計中最常用的一種方法。它是屬于TEST—Per—Scan測試方法的電路。

　　目前的測試方法有兩種，一種是TEST—Per—Scan，另一種是TEST—Per—Clock，這兩種測試方法各有各的優(yōu)缺點。所謂TEST—Per—Scan的運作方式，就是我們將一個電路里的全部或部分寄存器串聯(lián)起來，形成一條掃描鏈，然后將測試序列在每個周期移入一個值，直到測試向量填滿整個掃描路徑為止，再經(jīng)過一個周期后，我們將待測電路的測試結(jié)果傳到掃描鏈里。最后移出做壓縮分析。這種方法的優(yōu)點是很容易運用在任何商業(yè)性的設(shè)計流程中，而且其硬件架構(gòu)對系統(tǒng)功能的影響較小，控制硬件設(shè)計也較為簡單：缺點是要*較多的時間來產(chǎn)生測試向量，測試速度慢。所謂TEST—Per一Clock，就是當(dāng)我們在測試電路的時候，每一個周期都送進(jìn)一個新的測試向量進(jìn)入電路，同時在電路的輸出得到測試的結(jié)果，所以這種方式的電路測試時間較短，速度較快。

　　基于掃描的電路設(shè)計，主要是將待測電路內(nèi)的寄存器，全部或部分用掃描寄存器來代替，讓我們在對電路進(jìn)行測試的時候可以輕易地控制其輸入及輸出，掃描寄存器最常用的結(jié)構(gòu)是多路掃描寄存器，它是在普通寄存器的輸入端口加上一個多路器， 如圖1所示。測試控制端即多路器的選擇端，數(shù)據(jù)輸入端為正常的功能輸入端。此外還有測試輸入端、時鐘輸入端和數(shù)據(jù)輸出端。當(dāng)測試輸入端為“0”時，寄存器為正常的功能輸入，電路處于正常模式；當(dāng)測試輸入端為“1”時，寄存器為掃描輸入。電路就轉(zhuǎn)換成掃描模式。很明顯?；趻呙璧碾娐吩O(shè)計可以增加待測電路的可控制性和可觀察性。這種設(shè)計方式。優(yōu)點是需要額外的硬件空間較少，而且測試的效果較好，缺點是測試時間太長。造成測試時間長的原因有多個方面，我們可以通過分析基于掃描的電路設(shè)計來得到。這個缺點，正是我們想要改進(jìn)的部分。

　　2 基于掃描的電路的基本單元

　　2.1 線性反饋移位寄存器（LFSR）

　　最簡單的測試向量產(chǎn)生器就是由線性反饋移位寄存器（Linear Feedback Shift Registers，LFSR）來組成的。因為當(dāng)時鐘信號改變時，線性反饋移位寄存器內(nèi)D觸發(fā)器的值就會改變，此時我們就可以將這些會一直改變的值當(dāng)成測試向量，送給電路做測試。

　　一般的線性反饋移位寄存器可以分為兩類，分別是Extemal XOR線性反饋移位寄存器和Internal XOR線性反饋移位寄存器，如圖2所示。這兩種線性反饋移位寄存器的主要差別在于External XOR線性反饋移位寄存器的modulo一2加法器是放在電路的反饋路徑上。而Internal XOR的線性反饋移位寄存器的加法器則是放在兩個寄存器之問。這兩種不同結(jié)構(gòu)的線性反饋移位寄存器所產(chǎn)生出的測試向量也不一樣，ExternalXOR線性反饋移位寄存器所產(chǎn)生的測試向量有下列特性：每個向量與下個向量之問的關(guān)系，是向量中的位分別往右移了一位。而Internal XOR的線性反饋移位寄存器由于modulo一2加法器是在寄存器之問，所以產(chǎn)生的測試向量看起來比External XOR線性反饋移位寄存器有更隨機的特性，所以我們必須選擇InternalXOR LFSR作為測試向量產(chǎn)生器。