提高系統(tǒng)級芯片測試效率的方法

高度復(fù)雜的SoC設(shè)計正面臨著高可靠性、高質(zhì)量、低成本以及更短的產(chǎn)品上市周期等日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)?？蓽y性設(shè)計通過提高電路的可測試性，從而保證芯片的高質(zhì)量生產(chǎn)和制造。借助于EDA技術(shù)，可以實現(xiàn)可測試性設(shè)計的自動化，提高電路開發(fā)工作效率，并獲得高質(zhì)量的測試向量，從而提高測試質(zhì)量、低測試成本。

半導(dǎo)體工藝的進步以摩爾定率的速度推動著集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。隨著芯片的工藝尺寸越來越細(xì)，集成度越來越高，半導(dǎo)體工藝加工中可能引入越來越多的各種失效。傳統(tǒng)的利用功能仿真向量進行生產(chǎn)制造芯片的后期測試，雖然有的工程師認(rèn)為由于充分測試過電路的功能，所以功能測試向量應(yīng)該可以滿足市場對產(chǎn)品質(zhì)量的需求，然而實際上功能測試向量還很不完備，亞微米、深亞微米制造工藝條件下，功能測試向量所能達(dá)到的測試覆蓋率只有50％到60％左右，測試的質(zhì)量得不到充分保證；另外功能測試向量的產(chǎn)生和運行都十分昂貴；與此同時功能測試向量還不便于失效器件的故障診斷。

可測試性設(shè)計的內(nèi)容與EDA技術(shù)

半導(dǎo)體工藝中可能引入各種失效，材料的缺陷以及工藝偏差都可能導(dǎo)致芯片中電路連接的短路、斷路以及器件結(jié)間穿通等問題。而這樣的物理失效必然導(dǎo)致電路功能或者性能方面的故障，對這些電學(xué)故障進行邏輯行為抽象就稱為故障模型。例如，最常用的一種類型的電學(xué)故障可以抽象為單元中的信號狀態(tài)被鎖定在邏輯“0”或者邏輯“1”上(SA0或者SA1)，這種類型物理失效的抽象模式被稱為“Stuck-at”的故障模型；對于深亞微米制造工藝的芯片，其高性能的測試中還必須結(jié)合多種實速(at-speed)故障模型，包括躍遷故障模型、路徑延時故障模型和IDDQ故障模型等。

Stuck-at故障模型示例如圖1所示，其測試向量及測試結(jié)果的判斷如該真值表所示。通常情況下，多數(shù)工藝失效問題都可以通過利用stuck-at故障模型測試到。

躍遷故障模型包括慢上升(Slow-to-Rise)和慢下降(Slow-to-Fall)兩種類型。我們以慢上升故障模型為例來說明躍遷故障模型的測試。如圖2所示，觀測窗口是電路正常工作所允許的最大躍遷延遲時間，測試時如果在觀測窗口時間段內(nèi)撲獲不到期望的輸出，則認(rèn)為被測試節(jié)點存在躍遷故障。

路徑延時故障模型與躍遷故障模型類似，不同的是利用路徑延時故障模型測試的電路的某一路徑的集中延時情況。如圖3所示，路徑延時故障模型測試的對象是一條時序路徑，通過對路徑的輸入端賦值進行觸發(fā)，然后在特定的觀測時間窗口內(nèi)、在路徑輸出端捕獲期望輸出。

IDDQ故障模型利用在電路穩(wěn)態(tài)情況下觀測電源的靜態(tài)漏電流的變化情況達(dá)到測試電路失效故障的目的。如圖4所示，如果電路的B節(jié)點存在SA1故障，晶體管N1處于常開啟狀態(tài)，測試時會發(fā)現(xiàn)改變B節(jié)點的輸入激勵，電源的靜態(tài)漏電流的變化不大。

可測性設(shè)計(DFT)就是確保設(shè)計的電路具備更高的可測試性并且自動產(chǎn)生高質(zhì)量的測試向量集；其目的就是為了確保ASIC/SOC芯片在生產(chǎn)制造之后，通過測試的產(chǎn)品都能夠正確無誤地工作?？蓽y性設(shè)計的內(nèi)容主要包括：1. 測試綜合：芯片設(shè)計過程中DFT在設(shè)計中自動插入測試結(jié)構(gòu)，確保生產(chǎn)加工后的芯片易于測試。2. ATPG：利用EDA工具自動產(chǎn)生可以在ATE上運行的測試向量，利用EDA工具自動診斷導(dǎo)致元器件失效的故障產(chǎn)生的原因。3. BIST：利用EDA工具自動生成被測電路的測試用IP，完成測試序列生成和輸出響應(yīng)分析兩個任務(wù)，通過分析被測電路的響應(yīng)輸出，判斷被測電路是否有故障。

如圖5所示是DFT解決方案：對全掃描邏輯電路的測試，設(shè)計者可以選用Fastscan，對部分掃描邏輯電路的測試，設(shè)計者可以選用Flextest，對IP或宏模塊的內(nèi)建自測試，設(shè)計者也可以選用LBISTArchitect。對Memory的測試，設(shè)計者可以選用MBISTArchitect，也可以選用fastscan的子模塊功能Macrotest。采用邊界掃描電路的設(shè)計，設(shè)計者可以選用BSDArchitect。

測試綜合完成自動插入全掃描或部分掃描的測試邏輯，大大增強了IC和ASIC設(shè)計的可測試性。它在設(shè)計過程的早期階段進行可測性分析，在測試向量生成和掃描自動綜合之前發(fā)現(xiàn)并修改違反測試設(shè)計規(guī)則的問題，盡可能提高ATPG的效率并縮短測試開發(fā)的周期。

測試綜合工具DFTAdvisor利用友好的圖形用戶界面引導(dǎo)完成可測性分析，執(zhí)行全面的測試規(guī)則檢查，完成并優(yōu)化掃描邏輯插入，保證在ATPG之前不存在任何遺留的可測性問題。其主要特點如下：

1. 支持智能化的、層次化的測試邏輯的自動化插入；

2. 通過密集的基于仿真的測試規(guī)則檢查(超過140條測試規(guī)則)來確保高效率的可測性分析；在設(shè)計的早期階段，發(fā)現(xiàn)并糾正設(shè)計中影響可測性的問題；

3. 支持Mux-DFF、Clocked-Scan和LSSD掃描結(jié)構(gòu)；

4. 同時支持全掃描與部分掃描的識別與插入；提供了多種可選的部分掃描插入方式，并可自動選擇部分掃描方式；

5. 通過自動測試點插入與綜合來加強設(shè)計的可測性；

6. 通過插入測試邏輯電路來自動糾正設(shè)計中違反可測性設(shè)計規(guī)則的部分；

7. 支持版圖層次上的掃描鏈單元的次序控制，以提高測試邏輯插入過程中的時序有效性；

8. 為后續(xù)的ATPG過程提供充分支持，生成ATPG工具要求的全部SETUP文件，可直接調(diào)用ATPG 工具確?？焖貲FT流程；

9. 支持UNIX平臺(Solaris, HP-PA) 及LUNIX操作平臺。