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1、魏淑華微電子中心88803508集成電路測(cè)試及可測(cè)性設(shè)計(jì) IC TESTING and DFT回顧上次課主要內(nèi)容： 1.故障模型； 2.單固定故障； 3.故障的等價(jià)性原則； 4.故障的支配性原則； 5.晶體管故障及測(cè)試方法。2022/7/162IC Test: Lecture 4 作業(yè)解析：故障等價(jià)、支配壓縮潛在故障點(diǎn)數(shù)目=2*18=362022/7/163IC Test: Lecture 4 作業(yè)解析：故障等價(jià)、支配壓縮等價(jià)壓縮后壓縮比2022/7/164IC Test: Lecture 4作業(yè)解析：故障等價(jià)、支配壓縮2022/7/165IC Test: Lecture 4支配壓縮后壓縮比第

2、四章 可測(cè)試性度量1.引言2.可測(cè)試性度量3. SCOAP度量 組合SCOAP度量 時(shí)序SCOAP度量4.小結(jié)2022/7/166IC Test: Lecture 41 引言 Introduction測(cè)試愈來(lái)愈難，出現(xiàn)研制費(fèi)與測(cè)試費(fèi)倒掛的局面可測(cè)性設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)階段就考慮測(cè)試問(wèn)題，使設(shè)計(jì)出來(lái)的電路既能完成規(guī)定的功能，又能容易地測(cè)試。可測(cè)試性度量設(shè)計(jì)出來(lái)的電路在測(cè)試方面到底誰(shuí)優(yōu)誰(shuí)劣，沒(méi)有 統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)需要對(duì)電路的測(cè)試難易程度進(jìn)行數(shù)量描述 集成電路集成度不斷提高SSIMSI LSIVLSIULSIGSI2022/7/167IC Test: Lecture 42 可測(cè)試性度量 Testability Mea

3、sures 可測(cè)試性度量（可測(cè)性分析）指對(duì)一個(gè)初步設(shè)計(jì)好的或待測(cè)電路不進(jìn)行故障模擬就能定量地估計(jì)出其測(cè)試難易程度的一類方法可控制性:通過(guò)電路的原始輸入設(shè)置電路內(nèi)部節(jié)點(diǎn)到0（或1）的難易程度?？捎^測(cè)性:通過(guò)電路的原始輸出觀察電路內(nèi)部節(jié)點(diǎn)值（0或1）的難易程度?？蓽y(cè)試性: 可控制性和可觀測(cè)性?？蓽y(cè)試性分析就是對(duì)可控制性、可觀測(cè)性和可測(cè)試性進(jìn)行定量分析。2022/7/168IC Test: Lecture 42.1 目的 Purpose目的:分析測(cè)試電路內(nèi)部的難易程度 重新設(shè)計(jì)或增加專用測(cè)試硬件；指導(dǎo)用于生成測(cè)試矢量的算法 避免采用難控制的連線；評(píng)估故障覆蓋率；評(píng)估測(cè)試矢量的長(zhǎng)度。2022/7/16

4、9IC Test: Lecture 42.2 基本要求 Basic Requirements兩個(gè)基本要求:精確性: 即通過(guò)可測(cè)試性分析之后, 所得到的可控制性、可觀察性和可測(cè)試性值能夠真實(shí)地反映出電路中故障檢測(cè)的難易程度。復(fù)雜性: 即計(jì)算復(fù)雜性, 也就是對(duì)可控制性和可觀察性的定量分析的計(jì)算復(fù)雜性要低于測(cè)試生成復(fù)雜性, 否則就失去了存在價(jià)值。2022/7/1610IC Test: Lecture 4Rutman 1972 第一, 可控制性的定義Goldstein 1980 - SCOAP第一, 可觀察性的定義第一, 采用統(tǒng)計(jì)方法度量電路可測(cè)性第一, 系統(tǒng)的、有效地計(jì)算可控制性和可觀察性Brgle

5、z 1984 - COP第一,概率測(cè)量Seth, Pan & Agrawal 1985 PREDICT第一,精確概率測(cè)量 2.3 起源 Origins2022/7/1611IC Test: Lecture 43 SCOAP度量 SCOAP measuresSCOAP Sandia Controllability and Observability Analysis Program對(duì)于電路中的每個(gè)信號(hào)l, SCOAP 由6個(gè)數(shù)字度量構(gòu)成組合測(cè)量:組合0可控制性CC0(l) Difficulty of setting circuit line to logic 0組合1可控制性CC1(l) Dif

6、ficulty of setting circuit line to logic 1組合可觀測(cè)性CO(l) Difficulty of observing a circuit line時(shí)序測(cè)量:時(shí)序0可控制性SC0(l)時(shí)序1可控制性SC1(l)時(shí)序可觀測(cè)性SO(l)2022/7/1612IC Test: Lecture 43 SCOAP度量基本概念組合節(jié)點(diǎn): 指電路的原始輸入節(jié)點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)組合單元的輸出節(jié)點(diǎn).時(shí)序節(jié)點(diǎn): 指標(biāo)準(zhǔn)時(shí)序單元的輸出節(jié)點(diǎn).定義1: 欲置節(jié)點(diǎn)N值為組合邏輯值0(1), 需要對(duì)相關(guān)節(jié)點(diǎn)賦以確定組合邏輯值的最少賦值次數(shù)之和-稱為節(jié)點(diǎn)N的組合0(1)可控制性, 以CC0(N),

7、CC1(N)表示.定義2: 欲置節(jié)點(diǎn)N值為時(shí)序0(1),需要對(duì)相關(guān)節(jié)點(diǎn)賦以確定時(shí)序邏輯的最少賦值次數(shù)之和-稱為節(jié)點(diǎn)N的時(shí)序0(1)可控制性, 以SC0(N), SC1(N)表示.2022/7/1613IC Test: Lecture 43 SCOAP度量基本概念定義3: 為把節(jié)點(diǎn)N的信息傳播到原始輸出，所需最少的組合邏輯值賦值次數(shù)-稱為節(jié)點(diǎn)N的組合可觀測(cè)性, 用CO(N)表示.定義4: 為把節(jié)點(diǎn)N的信息傳播到原始輸出，所需最少的時(shí)序邏輯賦值次數(shù)-稱為節(jié)點(diǎn)N的時(shí)序可觀測(cè)性, 用SO(N)表示.2022/7/1614IC Test: Lecture 43.1 SCOAP度量范圍可控制性范圍 ：1

8、(最容易) 無(wú)窮大 (最困難)可觀察性范圍 ：0 (最容易) 無(wú)窮大 (最困難)組合測(cè)量:大體上與可以操作去控制或觀測(cè)l的信號(hào)數(shù)量（電路連線數(shù)）有關(guān)時(shí)序測(cè)量:大體上與需要控制或觀測(cè)的時(shí)間幀（或時(shí)間周期）的數(shù)量有關(guān)。2022/7/1615IC Test: Lecture 43.2 組合SCOAP度量可控制性計(jì)算可控制性的方法：首先 控制每個(gè)原始輸入(PI)為0（CC0）的難度和 控制每個(gè)PI為1（CC1）的難度均為1然后 逐級(jí)向前通過(guò)電路每經(jīng)過(guò)一個(gè)邏輯門(mén)，就將可控制性加1，此為邏輯深度。邏輯門(mén)的級(jí)數(shù)是從PI到達(dá)它的各個(gè)輸入的最大邏輯門(mén)距離。2022/7/1616IC Test: Lecture

9、4計(jì)算可控制性的方法：如果只設(shè)置一個(gè)輸入的控制值就可以生成邏輯門(mén)的輸出，則： 輸出可控制性 = min (輸入可控制性) + 1如果需要將所有的輸入都設(shè)置為非控制值才能生成邏輯門(mén)的輸出，則： 輸出可控制性 = S (輸入可控制性) + 1如果一個(gè)輸出被多個(gè)輸入集控制，則： 輸出可觀察性= min (每個(gè)輸入集的可控制性) + 1（AND門(mén)0可控制性， OR門(mén)1可控制性）（AND門(mén)1可控制性， OR門(mén)0可控制性）（XOR門(mén)可控制性）3.2 組合SCOAP度量可控制性2022/7/1617IC Test: Lecture 4基本數(shù)字邏輯門(mén)的輸出可控制性：3.2 組合SCOAP度量可控制性2022/

10、7/1618IC Test: Lecture 4基本數(shù)字邏輯門(mén)的輸出可控制性（續(xù))：3.2 組合SCOAP度量可控制性2022/7/1619IC Test: Lecture 43.3 組合SCOAP度量可觀測(cè)性計(jì)算可觀測(cè)性的方法：建立了全部信號(hào)的可控制性之后，從原始輸出（PO）到原始輸入（PI）反向計(jì)算可觀測(cè)性。首先 設(shè)置輸出的可觀測(cè)性難度（CO）為0，邏輯0和邏輯1的可觀測(cè)性無(wú)差別。觀測(cè)一個(gè)邏輯門(mén)的一個(gè)輸入信號(hào)，觀測(cè)的難度等于輸出的可觀測(cè)性加上設(shè)置其他輸入為非控制值的難度，再加1代表邏輯深度。2022/7/1620IC Test: Lecture 43.3 組合SCOAP度量可觀測(cè)性基本數(shù)字

11、邏輯門(mén)的可觀測(cè)性：2022/7/1621IC Test: Lecture 4基本數(shù)字邏輯門(mén)的可觀測(cè)性：3.3 組合SCOAP度量可觀測(cè)性2022/7/1622IC Test: Lecture 43.4 組合SCOAP度量實(shí)例前提：假設(shè)電路中的觸發(fā)器具有專門(mén)的測(cè)試硬件，可讀出也可 設(shè)置觸發(fā)器的當(dāng)前狀態(tài)。時(shí)序電路2022/7/1623IC Test: Lecture 43.4 組合SCOAP度量實(shí)例可控制性求邏輯門(mén)的級(jí)數(shù)：沿著從PI到PO的路徑，用從PI算起的最大路 徑（即級(jí)數(shù)）標(biāo)識(shí)門(mén)。原始輸入R、PPI7和PPI8級(jí)數(shù)為0，其扇出級(jí)數(shù)也為0；邏輯門(mén)的所有輸入都標(biāo)記后，門(mén)的輸出為最大的輸入級(jí)數(shù)加1

12、.2022/7/1624IC Test: Lecture 43.4 組合SCOAP度量實(shí)例可控制性求級(jí)數(shù)算法 從PI到PO標(biāo)識(shí)級(jí)數(shù)1. 對(duì)全部原始輸入賦值級(jí)數(shù)0.2. 對(duì)每個(gè)PI扇出:用PI的級(jí)數(shù)標(biāo)記電路連線；將扇出驅(qū)動(dòng)的邏輯門(mén)加入隊(duì)列。3. 當(dāng)隊(duì)列非空時(shí):從隊(duì)列中取下一個(gè)邏輯門(mén)；如果此邏輯門(mén)的全部扇入都已經(jīng)標(biāo)記了級(jí)數(shù)，則用輸入級(jí)數(shù)的最大值加1標(biāo)記此邏輯門(mén)和它的扇出，并將此邏輯門(mén)扇出驅(qū)動(dòng)的邏輯門(mén)加入隊(duì)列。所有門(mén)輸入具有級(jí)數(shù)level #s, 標(biāo)記它們最大級(jí)數(shù)的門(mén)+ 1;否則, 重新將此邏輯門(mén)加入隊(duì)列。2022/7/1625IC Test: Lecture 4Level 0 可控制性 （原始輸入

13、PI及其扇出）3.4 組合SCOAP度量實(shí)例可控制性2022/7/1626IC Test: Lecture 4Level 1 可控制性 （NOT門(mén)1、 NOT門(mén)2）CC0(1) = CC1(R)+1CC1(1) = CC0(R)+1CC0(2) = CC1(PPI8)+1CC1(2) = CC0(PPI8)+13.4 組合SCOAP度量實(shí)例可控制性2022/7/1627IC Test: Lecture 4Level 2 可控制性 （AND門(mén)3）CC0(3) = min(CC0(1),CC0(2) + 1CC1(3) = CC1(1)+CC1(2) + 13.4 組合SCOAP度量實(shí)例可控制性2

14、022/7/1628IC Test: Lecture 4Level 3 可控制性 （NOR門(mén)4、AND門(mén)5）CC0(4) = min(CC1(R),CC1(PPI7), CC1(3) + 1CC1(4) = CC0(R)+CC0(PPI7)+ CC0(3) + 1CC0(5) = min(CC0(PPI7),CC0(3) + 1CC1(5) = CC1(PPI7)+CC1(3) + 13.4 組合SCOAP度量實(shí)例可控制性2022/7/1629IC Test: Lecture 4Level 4 可控制性 （OR門(mén)6）CC0(6) = CC0(4)+CC0(5) + 1CC1(6) = min(

15、CC1(4)+CC1(5) + 13.4 組合SCOAP度量實(shí)例可控制性2022/7/1630IC Test: Lecture 43.4 組合SCOAP度量實(shí)例可觀測(cè)性 從PO向后到PI重新編號(hào)電路的級(jí)數(shù)，每個(gè)門(mén)用從PO到它的扇出的最大距離標(biāo)記。2022/7/1631IC Test: Lecture 43.4 組合SCOAP度量實(shí)例可觀測(cè)性Level 0 可觀測(cè)性 （原始輸出）2022/7/1632IC Test: Lecture 43.4 組合SCOAP度量實(shí)例可觀測(cè)性Level 1 可觀測(cè)性 （OR門(mén)6）CO(4) = CO(6)+CC0(5) + 1CO(5) = CO(6)+CC0(4

16、) + 12022/7/1633IC Test: Lecture 43.4 組合SCOAP度量實(shí)例可觀測(cè)性Level 2 可觀測(cè)性 （NOR門(mén)4）CO(R) = CO(4)+CC0(PPI7) +CC0(3) + 1CO(PPI7) = CO(4)+CC0(R) +CC0(3) + 1CO(3) = CO(4)+CC0(R) +CC0(PPI7) + 12022/7/1634IC Test: Lecture 43.4 組合SCOAP度量實(shí)例可觀測(cè)性Level 2 可觀測(cè)性 （AND門(mén)5）CO(5) = min(CO(Z),CO(6)CO(PPI7) = CO(5)+CC1(3) + 1CO(3

17、) = CO(5) +CC1(PPI7) + 12022/7/1635IC Test: Lecture 43.4 組合SCOAP度量實(shí)例可觀測(cè)性Level 3 可觀測(cè)性 （AND門(mén)3）CO(3)=min(CO(PPO8), CO(5),CO(4)CO(1) = CO(3)+CC1(2) + 1 CO(2) = CO(3) +CC1(1) + 12022/7/1636IC Test: Lecture 43.4 組合SCOAP度量實(shí)例可觀測(cè)性Level 4 可觀測(cè)性 （NOT門(mén)1、NOT門(mén)2）CO(R) = CO(1) + 1 CO(PPI8) = CO(2) + 1CO(R) = min(8,4

18、) CO(PPI7) = min(8,6)2022/7/1637IC Test: Lecture 43.4 組合SCOAP度量實(shí)例可控制性與可觀測(cè)性最終結(jié)果2022/7/1638IC Test: Lecture 4最難觀測(cè)信號(hào)邏輯1最難控制信號(hào)邏輯0最難控制信號(hào)3.5 時(shí)序SCOAP度量時(shí)序度量與組合度量的主要差別：1.在時(shí)序度量中，只有當(dāng)信號(hào)從觸發(fā)器的輸入到輸出Q或Q，或者從觸發(fā)器的輸出反饋到D、C（時(shí)鐘）、SET或RESET輸入時(shí)才增加1.2. 在時(shí)序電路中，計(jì)算可控制性數(shù)量必須反復(fù)迭代，因?yàn)榇嬖谟|發(fā)器的反饋回路。2022/7/1639IC Test: Lecture 43.6 時(shí)序SCO

19、AP度量D觸發(fā)器為了控制Q為1，必須置D為1,產(chǎn)生一個(gè) 下降的時(shí)鐘C沿（首先是1然后是0）， 控制RESET為0避免清除Q。因此，控制Q為1的組合和時(shí)序難度為：CC1 (Q) = CC1 (D) + CC1 (C) + CC0 (C) + CC0 (RESET) 度量在電路中必須設(shè)置多少條線路才能使Q為1SC1 (Q) = SC1 (D) + SC1 (C) + SC0 (C) + SC0 (RESET) + 1 度量在電路中必須時(shí)鐘觸發(fā)多少個(gè)觸發(fā)器才能使Q為12022/7/1640IC Test: Lecture 4同時(shí)可復(fù)位的下降沿觸發(fā)的D觸發(fā)器3.6 時(shí)序SCOAP度量D觸發(fā)器為了控制Q

20、為0，有兩種方式：用RESET線使其復(fù)位為0；用時(shí)鐘C的下降沿通過(guò)D線加載0給Q。因此，控制Q為0的組合和時(shí)序難度為：CC0 (Q) = min CC1 (RESET) + CC1 (C) + CC0 (C), CC0 (D) + CC1 (C) + CC0 (C)SC0 (Q) = min SC1 (RESET) + SC1 (C) + SC0 (C), SC0 (D) + SC1 (C) + SC0 (C)+12022/7/1641IC Test: Lecture 4同時(shí)可復(fù)位的下降沿觸發(fā)的D觸發(fā)器3.6 時(shí)序SCOAP度量D觸發(fā)器通過(guò)保持RESET低并在時(shí)鐘線C產(chǎn)生 一個(gè)下降沿，可在Q觀

21、測(cè)D線：因此，D的組合和時(shí)序可觀測(cè)性為：CO (D) = CO (Q) + CC1 (C) + CC0 (C) + CC0 (RESET)SO (D) = SO (Q) + SC1 (C) + SC0 (C) + SC0 (RESET) + 12022/7/1642IC Test: Lecture 4同時(shí)可復(fù)位的下降沿觸發(fā)的D觸發(fā)器3.6 時(shí)序SCOAP度量D觸發(fā)器通過(guò)置Q為1和運(yùn)用RESET，可以觀測(cè) RESET：因此，RESET的組合和時(shí)序可觀測(cè)性為：CO (RESET) = CO (Q) + CC1 (Q) + CC1 (RESET) + CC1 (C) + CC0 (C)SO (RES

22、ET) = SO (Q) + SC1 (Q) + SC1 (RESET) + SC1 (C) + SC0 (C) + 12022/7/1643IC Test: Lecture 4同時(shí)可復(fù)位的下降沿觸發(fā)的D觸發(fā)器3.6 時(shí)序SCOAP度量D觸發(fā)器有三種方式間接觀測(cè)時(shí)鐘線C：置Q 為 1 并從D通過(guò)時(shí)鐘加載0；置Q 為 1同時(shí)應(yīng)用RESET；置Q 為 0保持RESET為0并從D通過(guò) 時(shí)鐘加載1. 因此，C的組合和時(shí)序可觀測(cè)性為：CO (C) = min CO(Q)+CC1(Q)+CC0(D)+CC1(C)+CC0(C), CO(Q)+CC1(Q)+CC1(RESET)+CC1(C)+CC0(C),

23、 CO(Q)+CC0(Q)+CC0(RESET)+CC1(D)+ CC1(C)+CC0(C)SO (C) = min SO(Q)+SC1(Q)+SCC0(D)+SC1(C)+SC0(C), SO(Q)+SC1(Q)+SC1(RESET)+SC1(C)+SC0(C), SO(Q)+SC0(Q)+SC0(RESET)+SC1(D)+ SC1(C)+SC0(C) + 12022/7/1644IC Test: Lecture 4同時(shí)可復(fù)位的下降沿觸發(fā)的D觸發(fā)器3.7 時(shí)序SCOAP度量計(jì)算方法對(duì)所有PIs, 置CC0 = CC1 = 1 和 SC0 = SC1 = 0；對(duì)所有其它節(jié)點(diǎn), 置CC0 = CC1 = SC0 = SC1 = 從PIs 到 POs, 采用CC 和 SC 方程獲得可控制性 重復(fù)循環(huán)直到 SC 穩(wěn)定為止 保證收斂；對(duì)于所有 POs, 置 CO = SO = 0；對(duì)所有其它節(jié)點(diǎn), 置CO = SO = 從 POs 到 PIs工作, 采用CO, SO, 和可控制性獲得可觀察性；扇出源 (CO, SO) = min 分枝 (CO, SO)如果任何節(jié)點(diǎn) CC or SC (CO or SO) 為 , 那么節(jié)點(diǎn)是不可控制的 (不可觀察的).2022/7/1645IC Test: Lecture 48883.7 時(shí)序SCOAP度量計(jì)算方法202