翟濤

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所,陜西西安 710068)

大規(guī)模集成電路的功能測(cè)試研究

翟濤

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所,陜西西安 710068)

本文介紹了大規(guī)模集成電路功能測(cè)試的基本原理,并對(duì)集成電路功能測(cè)試的幾個(gè)主要方法進(jìn)行了概述,通過(guò)對(duì)比每種測(cè)試方法的優(yōu)缺點(diǎn),進(jìn)而得出模擬故障法為適合我國(guó)大規(guī)模集成電路功能測(cè)試的最佳方法。該方法主要是解決了隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,單個(gè)電路本身的輸入、輸出管腳數(shù)量不斷增加而帶來(lái)的測(cè)試矢量呈現(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng)的問(wèn)題,從測(cè)試時(shí)間和測(cè)試成本上考慮,使用傳統(tǒng)的窮舉法已經(jīng)不可能符合大規(guī)模集成電路的測(cè)試要求。與傳統(tǒng)的窮舉法相比,它可以在不降低測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性的同時(shí),使編制程序所需要的測(cè)試矢量控制在可以接受的水平上。最后,本文介紹了模擬故障法的主要思路和測(cè)試順序。

大規(guī)模集成電路 功能測(cè)試 模擬故障法

1 大規(guī)模集成電路功能測(cè)試基本原理及其研究的必要性

在集成電路的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用階段，不可避免的會(huì)出現(xiàn)故障，為了保證集成電路工作的可靠性，必須對(duì)它進(jìn)行必要的測(cè)試。集成電路的測(cè)試一般分為三個(gè)部分：靜態(tài)測(cè)試、動(dòng)態(tài)測(cè)試和功能測(cè)試。一般來(lái)說(shuō)，每種集成電路的靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試的方法和原理都是一致的，因此，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)的測(cè)試是較為容易的，但由于大規(guī)模集成電路的多樣性和復(fù)雜性，其功能測(cè)試一直成為電路測(cè)試領(lǐng)域中較為頭疼的問(wèn)題。

一般傳統(tǒng)的集成電路功能測(cè)試是：在集成電路的原始輸入端施加若干輸入矢量作為激勵(lì)信號(hào)，觀察由此產(chǎn)生的輸出響應(yīng)，與預(yù)期的正確結(jié)果相比較，一致則表示集成電路正常，不一致則表示集成電路不正常。集成電路的功能測(cè)試問(wèn)題的關(guān)鍵是在于對(duì)集成電路的原始輸入端施加什么樣的輸入矢量然后通過(guò)比較輸出響應(yīng)來(lái)判斷集成電路是否正常。但是隨著集成電路的規(guī)模擴(kuò)大，測(cè)試生成變的越來(lái)越困難。大型集成電路的測(cè)試和故障診斷對(duì)于計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的要求越來(lái)越高，所需的計(jì)算機(jī)的內(nèi)存容量也越來(lái)越大，使得傳統(tǒng)的測(cè)試方法失去了實(shí)用的價(jià)值，尋找簡(jiǎn)單的、有效的測(cè)試方法就成為測(cè)試領(lǐng)域中的一個(gè)非常重要的研究課題。

2 大規(guī)模集成電路功能測(cè)試方法的選擇

大規(guī)模集成電路的功能測(cè)試是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，現(xiàn)在對(duì)集成電路在國(guó)內(nèi)和國(guó)際有各種測(cè)試方法，大概分為以下三類：

(1)窮舉法測(cè)試：優(yōu)點(diǎn)是故障覆蓋率達(dá)到100%，缺點(diǎn)是大規(guī)模集成電路測(cè)試時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，對(duì)于大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的測(cè)試不適用。

(2)自建內(nèi)測(cè)法：即在設(shè)計(jì)大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路時(shí)，即考慮到以后集成電路的測(cè)試問(wèn)題，有意識(shí)的在芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)了一個(gè)專用的測(cè)試回路，當(dāng)需要對(duì)電路進(jìn)行測(cè)試時(shí)，只需要向芯片發(fā)出一段特殊的代碼或測(cè)試向量，芯片內(nèi)部自動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試完成后，芯片返回測(cè)試結(jié)果。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：測(cè)試速度快，時(shí)間短，故障覆蓋率高，是現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外流行的測(cè)試方法。但是，缺點(diǎn)是：如果不是芯片的生產(chǎn)廠家，基本上不可能知道那段特殊的代碼或測(cè)試向量，不能使用這種測(cè)試方法。

(3)模擬故障法：即為本文推薦的方法，優(yōu)點(diǎn)：測(cè)試時(shí)間短，代碼長(zhǎng)度短，故障覆蓋率高，并可以通過(guò)概率論的方法計(jì)算出確定的故障覆蓋率，無(wú)須生產(chǎn)廠家的協(xié)助，可獨(dú)立開(kāi)發(fā)測(cè)試程序，比較適合中國(guó)現(xiàn)在大規(guī)模集成電路依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀。缺點(diǎn)：未發(fā)生過(guò)的故障或不知道的故障模式無(wú)法模擬，且需要測(cè)試程序的編制人員對(duì)集成電路結(jié)構(gòu)和使用方法有一定的了解。

在目前我國(guó)大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路基本依賴進(jìn)口，而且由于知識(shí)產(chǎn)權(quán)的原因，我們不可能得到國(guó)外生產(chǎn)廠家關(guān)于集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方面的具體信息和測(cè)試源代碼，既然我們由于測(cè)試時(shí)間原因不能通過(guò)窮舉法編制測(cè)試程序，那么模擬故障法就是成為目前可以接受的一種測(cè)試方法，值得我們?cè)趯?shí)際工作中大量使用。

3 模擬故障法的主要思路

運(yùn)用模擬故障法時(shí)，在測(cè)試一個(gè)集成電路之前，首先需要確定兩個(gè)問(wèn)題：

(1)集成電路故障模式的發(fā)生位置。

(2)集成電路故障模式出現(xiàn)時(shí)所需要的輸入條件。

無(wú)論多么復(fù)雜的集成電路，都可以分解為由不同的模塊和不同的模塊間的連接線所構(gòu)成，所以集成電路失效無(wú)非由三種故障所引起：

(1)模塊間連接線故障；

(2)內(nèi)部模塊故障；

(3)前后執(zhí)行語(yǔ)句可能產(chǎn)生的相互影響(主要對(duì)于CPU、DSP等類器件而言)。

所以集成電路故障模式的發(fā)生位置主要在三個(gè)位置：連接線、模塊、具體前后軟件語(yǔ)句執(zhí)行過(guò)程中。

在確定故障模式發(fā)生的位置之后，就應(yīng)該確定這三種故障模式出現(xiàn)時(shí)所需要的輸入條件。比如通過(guò)多年經(jīng)驗(yàn)，我們知道大規(guī)模集成電路的模塊間的連接線故障多是由于物理破壞(蝕刻過(guò)度、絕緣層破壞、金屬線斷裂等)而造成線路之間的搭橋或短路引起的，其故障模式導(dǎo)致的故障主要表現(xiàn)的形式為：連接線路表現(xiàn)為常“0”或?！?”，或者在兩個(gè)連接線之間短路時(shí)，表現(xiàn)為分別在兩個(gè)連接線之間，無(wú)論輸入如何變化，兩個(gè)連接線輸出電平一致，同為“0”或“1”。因此，集成電路內(nèi)部模塊連接線故障模式出現(xiàn)時(shí)所需要的輸入條件為：?jiǎn)蝹€(gè)連接線路從“0”變?yōu)椤?”或“1”變?yōu)椤?”時(shí)，或者兩個(gè)連接線分別輸入“1”和“0”時(shí)。用同樣的方法，我們可以確定集成電路內(nèi)部模塊的故障模式出現(xiàn)時(shí)所需要的輸入條件和集成電路前后執(zhí)行語(yǔ)句相互影響故障模式出現(xiàn)時(shí)的輸入條件。

根據(jù)我們實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：絕大多數(shù)大規(guī)模集成電路的失效是由于芯片與外部管腳的連接或芯片內(nèi)部各模塊連接出現(xiàn)問(wèn)題造成的。測(cè)試程序一旦測(cè)試到某個(gè)集成電路有故障，該個(gè)集成電路的測(cè)試應(yīng)立即停止，系統(tǒng)顯示該個(gè)集成電路失效，同時(shí)開(kāi)始下個(gè)集成電路的測(cè)試。所以在考慮到測(cè)試時(shí)間和成本的情況下，應(yīng)當(dāng)首先測(cè)試模塊間的連接故障，其次才是各個(gè)模塊的測(cè)試，最后才是集成電路前后執(zhí)行語(yǔ)句可能產(chǎn)生的相互影響故障模式的測(cè)試。

[1][美]MiCheal John Sebastian Smith著,虞惠華,湯庭鰲,來(lái)金梅,孫承緩等譯.專用集成電路,第l版,電子工業(yè)出版社,2004.

[2]朱瑜.一種大規(guī)模集成電路測(cè)試方法.2006.

[3]樓冬明,陳波.數(shù)字集成電路測(cè)試系統(tǒng)的研制.電子技術(shù)應(yīng)用,2001.

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