芯片测试和可测性设计
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测试和可测性设计
课程内容提要
超大规模集成电路测试方法学简介 • 超大规模集成电路测试实例分析 • 超大规模集成电路测试方法 • 超大规模集成电路可测性设计方法
什么是芯片测试？
• 芯片测试是一种为了保证物理器件没有制造缺 陷的一种工业生产步骤
– 需要有测试手段 – 被测物理器件要可测 – 大规模生产中使用
Int.
PI
Logic bus Logic
block A
block B
PO
Test input
Test output
课程内容提要
• 超大规模集成电路测试方法学简介 超大规模集成电路测试实例分析
• 超大规模集成电路测试方法 • 超大规模集成电路可测性设计方法
超大规模集成电路测试实例分析
• IBM S/390 G5 CMOS microprocessor
基于软件的故障分析方法
逻辑 模型
测试向 量生成
故障 提取
物理 故障 分析
测试 向量
测试 结果 分析
确ຫໍສະໝຸດ Baidu故 障原因
修复
基于测试仪的故障分析方法
• 利用软件分析测试结果 • 利用芯片的可测试设计定位故障 • 利用测试仪各种输入和检测手段分析故障原因
IBM S/390 G5采用的可测性设计方法
• LSSD (Level-Sensitive Scan Design) • LBIST （逻辑自测试） • WRP（基于权重的随机数发生器）
AND gate O/P 0 controllability: output_controllability = min (input_controllabilities) +1
AND gate O/P 1 controllability: output_controllability = S (input_controllabilities) +1
• 超大规模集成电路测试方法学简介 • 超大规模集成电路测试实例分析 • 超大规模集成电路测试方法
超大规模集成电路可测性设计方法
超大规模集成电路可测性设计方法
• 组合电路可测性综合 • 测试点插入(TPI) • 扫描测试(Scan)
– Full Scan – Partial Scan
• 内建自测试(BIST) • Boundary Scan (IEEE 1149.1)
组合电路可测性综合
测试点插入
TENI Control Point
TENI Control Point
Control Point Control Point
扫描测试
Boundary Scan
内建自测试(BIST)
测试向 量生成
测试响 应压缩
被测电路
特征码
比较器
Goldstein’s SCOAP Measures(可测性度量)
故障定位
PICA 故障分析方法
产生测试向量
软件故障分析 门级故障定位 确定检测区域
获得测试结果
分析测试结果
PICA 故障分析方法（续）
PICA 故障分析方法（续）
无故障电路结构图
PICA 故障分析方法（续）
仿真结果
实验结果
PICA 故障分析方法（续）
故障电路结构图
PICA 故障分析方法（续）
• 只有一条线有故障 • 故障被永久设成’1’或者’0’ • 该故障可以出现在逻辑门的输入或者输出
• 例: 异或门有12故障点 ( ) 和 24 个单固定故障
c ad
1 0
be
s-a-0
g
1
Faulty circuit value
1
Good circuit value
j
0(1)
h 1(0) i
1(0)
IBM S/390 G5测试方案总结
测试仪故障报告
故障数据
软件故 障分析
测试仪 分析
PICA 分析
物理故障分析
原因
课程内容提要
• 超大规模集成电路测试方法学简介 • 超大规模集成电路测试实例分析
超大规模集成电路测试方法
超大规模集成电路测试方法
• 超大规模集成电路故障模型 • 超大规模集成电路测试方法
z
1
f
0
k
Test vector for h s-a-0 fault
IDDQ－静态电流测试
存储器测试－故障模型
SA0
SAF
AF+SAF
SCF
SA0
SCF
SA0
TF< /1>
TF< /0>
混合电路测试方法
波形产生
模拟量
存储器 测试向量
数字量 同步电路 数字信号处理器
量化 存储器
测试响应
课程内容提要
– 全定制设计 – 600MHz 时钟 – 2,500万晶体管
物理故障实例（短路）
物理故障实例（短路）
物理故障实例(burn-in stress)
物理故障实例（开路）
IBM S/390 G5测试方案
测试仪故障报告
故障数据
软件故 障分析
测试仪 分析
PICA 分析
物理故障分析
原因
测试仪(ATE)
LSSD (Level-Sensitive Scan Design)
LBIST (逻辑自测试)
WRP（基于权重的随机数发生器）
LFSR
SR1 SR2 SR3 SR4 SR5
C1 C2
AND
AND
AND
AND
OR
AND
AND
OR
OR
OR
CUT
基于测试仪的故障分析方法（例）
自测试数据 解压提取
确定性向 量重现
测试在芯片设计制造过程中的作用
用户实际需求 设计目标确立 详细设计 设计综合和验证 测试开发 版图设计 芯片制造 用户产品
测试在芯片设计制造过可测程性 中的作用
设计
可测性 综合
物理芯 片测试
可测性设计
• 为了减少芯片测试复杂度所采用的一种特 殊的设计方法
• 测试复杂度随着芯片面积增大成指数增长
超大规模集成电路故障模型
• 故障模型是为了在物理故障和数学抽象之间建立一种对应关系， 将不同的物理故障用统一的数学模型来描述
• 利用故障模型可以建立起描述并检测物理故障的数学方法
• 故障模型分类 – Stuck-at model （固定故障模型） – Bridging model（桥接故障模型）
– Breaks and Transistor Stuck-On/Open model （断路/开路故障模型）
– Delay model （延迟故障模型） – Memory fault model （存储器故障模型）
超大规模集成电路测试方法
• 逻辑检测方法 • IDDQ（静态电流检测方法） • 存储器测试方法 • 混合电路测试方法
单固定故障及其检测(Single Stuck-at Fault)
• 单固定故障的三个属性
课程内容提要
超大规模集成电路测试方法学简介 • 超大规模集成电路测试实例分析 • 超大规模集成电路测试方法 • 超大规模集成电路可测性设计方法
什么是芯片测试？
• 芯片测试是一种为了保证物理器件没有制造缺 陷的一种工业生产步骤
– 需要有测试手段 – 被测物理器件要可测 – 大规模生产中使用
Int.
PI
Logic bus Logic
block A
block B
PO
Test input
Test output
课程内容提要
• 超大规模集成电路测试方法学简介 超大规模集成电路测试实例分析
• 超大规模集成电路测试方法 • 超大规模集成电路可测性设计方法
超大规模集成电路测试实例分析
• IBM S/390 G5 CMOS microprocessor
基于软件的故障分析方法
逻辑 模型
测试向 量生成
故障 提取
物理 故障 分析
测试 向量
测试 结果 分析
确ຫໍສະໝຸດ Baidu故 障原因
修复
基于测试仪的故障分析方法
• 利用软件分析测试结果 • 利用芯片的可测试设计定位故障 • 利用测试仪各种输入和检测手段分析故障原因
IBM S/390 G5采用的可测性设计方法
• LSSD (Level-Sensitive Scan Design) • LBIST （逻辑自测试） • WRP（基于权重的随机数发生器）
AND gate O/P 0 controllability: output_controllability = min (input_controllabilities) +1
AND gate O/P 1 controllability: output_controllability = S (input_controllabilities) +1
• 超大规模集成电路测试方法学简介 • 超大规模集成电路测试实例分析 • 超大规模集成电路测试方法
超大规模集成电路可测性设计方法
超大规模集成电路可测性设计方法
• 组合电路可测性综合 • 测试点插入(TPI) • 扫描测试(Scan)
– Full Scan – Partial Scan
• 内建自测试(BIST) • Boundary Scan (IEEE 1149.1)
组合电路可测性综合
测试点插入
TENI Control Point
TENI Control Point
Control Point Control Point
扫描测试
Boundary Scan
内建自测试(BIST)
测试向 量生成
测试响 应压缩
被测电路
特征码
比较器
Goldstein’s SCOAP Measures(可测性度量)
故障定位
PICA 故障分析方法
产生测试向量
软件故障分析 门级故障定位 确定检测区域
获得测试结果
分析测试结果
PICA 故障分析方法（续）
PICA 故障分析方法（续）
无故障电路结构图
PICA 故障分析方法（续）
仿真结果
实验结果
PICA 故障分析方法（续）
故障电路结构图
PICA 故障分析方法（续）
• 只有一条线有故障 • 故障被永久设成’1’或者’0’ • 该故障可以出现在逻辑门的输入或者输出
• 例: 异或门有12故障点 ( ) 和 24 个单固定故障
c ad
1 0
be
s-a-0
g
1
Faulty circuit value
1
Good circuit value
j
0(1)
h 1(0) i
1(0)
IBM S/390 G5测试方案总结
测试仪故障报告
故障数据
软件故 障分析
测试仪 分析
PICA 分析
物理故障分析
原因
课程内容提要
• 超大规模集成电路测试方法学简介 • 超大规模集成电路测试实例分析
超大规模集成电路测试方法
超大规模集成电路测试方法
• 超大规模集成电路故障模型 • 超大规模集成电路测试方法
z
1
f
0
k
Test vector for h s-a-0 fault
IDDQ－静态电流测试
存储器测试－故障模型
SA0
SAF
AF+SAF
SCF
SA0
SCF
SA0
TF< /1>
TF< /0>
混合电路测试方法
波形产生
模拟量
存储器 测试向量
数字量 同步电路 数字信号处理器
量化 存储器
测试响应
课程内容提要
– 全定制设计 – 600MHz 时钟 – 2,500万晶体管
物理故障实例（短路）
物理故障实例（短路）
物理故障实例(burn-in stress)
物理故障实例（开路）
IBM S/390 G5测试方案
测试仪故障报告
故障数据
软件故 障分析
测试仪 分析
PICA 分析
物理故障分析
原因
测试仪(ATE)
LSSD (Level-Sensitive Scan Design)
LBIST (逻辑自测试)
WRP（基于权重的随机数发生器）
LFSR
SR1 SR2 SR3 SR4 SR5
C1 C2
AND
AND
AND
AND
OR
AND
AND
OR
OR
OR
CUT
基于测试仪的故障分析方法（例）
自测试数据 解压提取
确定性向 量重现
测试在芯片设计制造过程中的作用
用户实际需求 设计目标确立 详细设计 设计综合和验证 测试开发 版图设计 芯片制造 用户产品
测试在芯片设计制造过可测程性 中的作用
设计
可测性 综合
物理芯 片测试
可测性设计
• 为了减少芯片测试复杂度所采用的一种特 殊的设计方法
• 测试复杂度随着芯片面积增大成指数增长
超大规模集成电路故障模型
• 故障模型是为了在物理故障和数学抽象之间建立一种对应关系， 将不同的物理故障用统一的数学模型来描述
• 利用故障模型可以建立起描述并检测物理故障的数学方法
• 故障模型分类 – Stuck-at model （固定故障模型） – Bridging model（桥接故障模型）
– Breaks and Transistor Stuck-On/Open model （断路/开路故障模型）
– Delay model （延迟故障模型） – Memory fault model （存储器故障模型）
超大规模集成电路测试方法
• 逻辑检测方法 • IDDQ（静态电流检测方法） • 存储器测试方法 • 混合电路测试方法
单固定故障及其检测(Single Stuck-at Fault)
• 单固定故障的三个属性