一款雷達芯片的基于掃描路徑法可測性設(shè)計
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基于掃描路徑法的可測性設(shè)計技術(shù)是可測性設(shè)計(DFT)技術(shù)的一個重要的方法，這種方法能夠從芯片外部設(shè)定電路中各個觸發(fā)器的狀態(tài)，并通過簡單的掃描鏈的設(shè)計，掃描觀測觸發(fā)器是否工作在正常狀態(tài)，以此來檢測電路的正確性。但隨著數(shù)字電路朝著超大規(guī)模的方向發(fā)展，設(shè)計電路中使用的觸發(fā)器的數(shù)目也日趨龐大，怎樣采用合適的可測性設(shè)計策略，檢測到更多的觸發(fā)器，成為基于掃描路徑法的一個關(guān)鍵問題。
本文采用基于掃描路徑法的可測性設(shè)計技術(shù)，對一款約750萬門級雷達芯片的實際電路進行可測性設(shè)計。在設(shè)計中通過使用時鐘復(fù)用技術(shù)、時鐘電路處理技術(shù)以及IP隔離技術(shù)等幾種有效的設(shè)計策略，大大提高了芯片的故障覆蓋率，最終達到可測性設(shè)計的目的。
1 掃描鏈設(shè)計原理
數(shù)字電路由大量的組合元件和時序元件組成，時序元件具體體現(xiàn)為單個的觸發(fā)器(DFF)。數(shù)字電路基本組成如圖1所示。其中系統(tǒng)時鐘(CP)來控制各個觸發(fā)器的數(shù)據(jù)端口相應(yīng)數(shù)據(jù)的輸入輸出。
基于掃描路徑法的可測性設(shè)計就是將電路中的時序元件觸發(fā)器替換為相應(yīng)的可掃描的時序元件掃描觸發(fā)器(SDFF)；然后將上一級掃描觸發(fā)器的輸出端(Q)連接到下一級的數(shù)據(jù)輸入端(SDI)，從而形成一個從輸入到輸出的測試串行移位寄存器，即掃描鏈(ScanChain)；通過CP端時鐘的控制，實現(xiàn)對時序元件和組合邏輯的測試。實現(xiàn)掃描鏈設(shè)計后的電路如圖2所示。
采用掃描設(shè)計技術(shù)后，在掃描控制端(SEN)和時鐘端的控制下，通過掃描數(shù)據(jù)輸入端，可以把需要的數(shù)據(jù)串行地移位到掃描寄存器單元中，串行地控制各個單元；同時也可以通過掃描輸出端(Scan_out)串行地觀測它們。這樣就增加了時序電路的可控制性和可觀測性。
2 掃描鏈策略設(shè)計
圖2中虛線部分為掃描觸發(fā)器，即掃描鏈的基本組成單元，其構(gòu)成原理如圖3所示。
掃描鏈設(shè)計前，電路中的觸發(fā)器都是通過系統(tǒng)時鐘端口控制數(shù)據(jù)的變化，因而在做掃描設(shè)計時可以通過系統(tǒng)時鐘復(fù)用檢測到更多的觸發(fā)器，以此達到控制掃描觸發(fā)器的目的。
同樣的道理，一些特殊電路中的觸發(fā)器也是采用手動或者軟件的方法將它們串聯(lián)到掃描鏈中，以此增加可掃描的觸發(fā)器數(shù)，最終使故障覆蓋率得以提高。但需要注意的是，這些可測性設(shè)計策略應(yīng)用的前提是不能改變原始設(shè)計的功能。
3 設(shè)計中采用的策略
在進行DFT設(shè)計并插入掃描鏈的時候，最為重要的一個問題就是測試覆蓋率，而它的最終值是由觸發(fā)器的總數(shù)和最終能夠測試到的觸發(fā)器的數(shù)目的比值決定的，因此是否能夠盡可能多地測試到本雷達芯片電路中的觸發(fā)器，成為掃描路徑法設(shè)計的一個關(guān)鍵問題。針對實際的設(shè)計電路提出了以下三種有效的設(shè)計策略，由最終測試結(jié)果可知，采用此設(shè)計策略后可大大提高測試覆蓋率，滿足設(shè)計指標(biāo)需要。
3．1 時鐘復(fù)用技術(shù)
每個觸發(fā)器都受系統(tǒng)時鐘控制，系統(tǒng)時鐘能夠覆蓋本設(shè)計中大部分的觸發(fā)器元件，因而考慮使用時鐘復(fù)用技術(shù)，在插入掃描鏈進行測試時，把測試時鐘引入到系統(tǒng)時鐘上，這樣測試時鐘就能覆蓋盡可能多的觸發(fā)器，并在插入掃描鏈后，替換成掃描觸發(fā)器。其實現(xiàn)原理如圖4所示。
從圖中可以看出，時鐘電路產(chǎn)生很多不同頻率的時鐘以滿足不同模塊的需求，在時鐘電路的輸出端口加入相應(yīng)的選擇器(MUX)控制時鐘的選擇；當(dāng)處于正常工作狀態(tài)時，MUX選擇正常的時鐘進入相應(yīng)的模塊，進而實現(xiàn)相應(yīng)的功能；當(dāng)處于掃描狀態(tài)時，這些MUX都是選擇同樣的掃描測試時鐘信號(Te cp)進人到各個模塊進行測試。這樣做的優(yōu)點在于不僅滿足了測試選擇的需要，而且也盡可能地測試到所有觸發(fā)器，滿足測試覆蓋率的需要。
3．2 特殊時鐘電路處理
在本設(shè)計中存在很多特殊的電路，其中有一種時鐘發(fā)生電路是不能進行掃描路徑法的可測性設(shè)計，具體的電路圖如圖5所示。
在這種結(jié)構(gòu)中，時鐘從第二個觸發(fā)器的Q端輸出，輸入到第三個觸發(fā)器的時鐘(CP)端。由于掃描時鐘無法控制第三個以及后續(xù)的觸發(fā)器，設(shè)計的掃描鏈將不會覆蓋之后的電路，結(jié)果導(dǎo)致故障覆蓋率降低，測試覆蓋率也會下降。
改進此種電路結(jié)構(gòu)的方法是手動或者用軟件方式增加一個MUX選擇器，當(dāng)在掃描鏈插入時，正常的控制時鐘信號就會進入第三個觸發(fā)器的時鐘端。具體實現(xiàn)的電路結(jié)構(gòu)如圖6所示。
使用此策略，在插入掃描鏈后，當(dāng)MUX選擇器處在掃描狀態(tài)時，掃描時鐘就會連接到后續(xù)的觸發(fā)器，并將其連接到掃描鏈上，這樣就會大大提高故障覆蓋率，從而提高測試覆蓋率。
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