專利名稱：基于改進測試向量集的部分掃描的掃描單元的設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字集成電路SOC測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到可復(fù)用 IP (Intellectual Property)芯核的 SOC 測試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著集成電路工藝的提高，由多個芯片構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)可以集成在一個芯片上， 系統(tǒng)芯片SoC應(yīng)運而生。隨著對芯片可靠性需求的提高，SoC測試技術(shù)得到了廣泛的研究。SoC測試可以分為離線測試和在線測試。在線測試是指在電路運行時進行物理故障檢測。在線測試顯得越發(fā)重要的原因主要有以下幾點首先，在航天、軍事等安全性要求很高的關(guān)鍵領(lǐng)域，需要在工作的同時完成測試；第二，在線測試可以保障電路的最大運行時間，避免電路的間斷工作；第三，在線測試便于發(fā)現(xiàn)電路內(nèi)部的潛在故障，盡早處理，減少經(jīng)濟損失；第四，在線測試是后續(xù)自修復(fù)工作的基礎(chǔ)。根據(jù)邏輯功能的不同，數(shù)字電路分為組合電路和時序電路。相對復(fù)雜的系統(tǒng)中廣泛使用的是時序電路。其特有的記憶功能使得適用于組合電路的在線測試方法不再奏效。 因此，時序電路在線測試技術(shù)研究具有十分重要的意義。在線測試分為并發(fā)測試和非并發(fā)測試。并發(fā)測試指被測模塊的測試過程與系統(tǒng)工作同時進行的測試。非并發(fā)測試是指整個系統(tǒng)處于在線狀態(tài)，針對一個離線的子系統(tǒng)進行測試。針對在線測試中遇到的一些問題，科研人員開展了積極的研究工作。掃描設(shè)計可以很好的實現(xiàn)時序電路內(nèi)部狀態(tài)的可觀性；在線內(nèi)建自測試(BIST，Build-in-Self-Test) 是在離線BIST基礎(chǔ)上經(jīng)過改進實現(xiàn)的在線測試方法Jhang Zhaobo在文獻Z. B. Zhang, Z.L.Wang, X. L. Gu, and K. Chakrabarty, "Physical defect model ing for fault insertion in system reliability test，”(系統(tǒng)可靠性故障注入的的物理檢測模型) Proceedings of IEEE International Test Conference. Austin, TX, 2009, pp. 1-10.中提出了一種通過檢測電路的部分輸出引腳來減小冗余的在線測試方法；Hussain Al-Asaad在 ilS^A. Hussain and Μ. Paolo,"Non-concurrent on-line testing via scan chains, "( 于掃描鏈的非并發(fā)在線測試方法)Proceedings of the IEEE Autotestcon Conference. Anaheim, CA, Sep, 2006, pp. 656-662.中提出了一種新的掃描鏈單元，應(yīng)用該單元對電路進行掃描設(shè)計，可以實現(xiàn)時序電路的非并發(fā)測試。但上述方法有的會造成較大的測試延遲，有的有較大的硬件冗余，所使用的BIST 結(jié)構(gòu)中大量的測試向量還會對存儲器的容量有一定的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有在線測試的方法中存在的測試延遲、硬件冗余以及所需要的存儲器容量較大的問題，本發(fā)明提出了一種基于改進測試向量集的部分掃描的掃描單元的設(shè)計方法。本發(fā)明所述的基于改進測試向量集的部分掃描的掃描單元的設(shè)計方法首先，采用對時序電路組合部分的等效輸出引腳進行故障仿真的方法獲取對故障檢測重要的重要等效輸出引腳；然后，采用對時序電路組合部分的等效輸入引腳進行故障仿真的方法獲得改進測試向量集；最后，根據(jù)改進測試向量集和對故障檢測不重要的等效輸出引腳，將觸發(fā)器分成定輸入觸發(fā)器和重要觸發(fā)器兩類，并將重要觸發(fā)器串聯(lián)形成部分掃描鏈。所述重要等效輸出引腳是相對于不重要的等效輸出引腳而言的，所述不重要的等效輸出引腳是指在故障覆蓋率略有降低但仍符合要求的情況下，在故障檢測中不必關(guān)注的等效輸出引腳，將這類等效輸出引腳定義為不重要的等效輸出引腳，則其余等效輸出引腳定就義為重要等效輸出引腳。所述定輸入觸發(fā)器是無關(guān)觸發(fā)器、0無關(guān)觸發(fā)器和1無關(guān)觸發(fā)器。所述的等效輸入引腳和等效輸出引腳的概念為將電路的功能性輸入和觸發(fā)器的輸出定義為組合部分的等效輸入，將電路的功能性輸出和觸發(fā)器的輸入定義為組合部分的等效輸出。結(jié)合故障仿真技術(shù)，對被測電路進行分析，分別分析每個觸發(fā)器對應(yīng)的等效輸入/輸出引腳對于故障檢測的重要程度，結(jié)合相應(yīng)的優(yōu)化算法，尋找到對測試影響不大的觸發(fā)器，將其余影響較大的觸發(fā)器連接成部分掃描鏈，就可以在滿足一定故障覆蓋率的前提下，有效降低在線測試的硬件冗余。所述采用對時序電路組合部分的等效輸出引腳進行故障仿真的方法確定對故障檢測不重要的等效輸出引腳，是指根據(jù)原始電路和故障注入后電路的故障仿真結(jié)果，獲取對故障檢測重要的重要等效輸出引腳，具體過程為第一步按照順序在時序電路的組合部分電路中注入一個故障；第二步針對經(jīng)過注入該故障后的故障電路，將現(xiàn)有測試集中的所有測試向量輸入電路進行測試，逐一檢測每個等效輸出管腳的狀態(tài)，并根據(jù)每個等效輸出管腳的狀態(tài)對該等效輸出引腳的相應(yīng)故障標(biāo)志位作如下處理若可以檢測到該故障，則將該等效輸出管腳的相應(yīng)的故障標(biāo)志位置1 ；若無法檢測到該故障，則將該等效輸出管腳的相應(yīng)的故障標(biāo)志位置0 ；第三步循環(huán)第一步和第二步，直到所有故障注入完畢；第四步將每一個等效輸出管腳的所有故障標(biāo)志位做累加，獲得該等效輸出管腳的故障標(biāo)志位累加和；第五步將故障標(biāo)志位累加和從大到小排序，將最大的故障標(biāo)志位累加和所對應(yīng)的等效輸出管腳選為重要等效輸出管腳，同時，記錄該等效輸出管腳的所有故障標(biāo)志位為1 的故障，并將其它所有等效輸出管腳的表示該故障的故障標(biāo)志位均清零，然后，將該等效輸出管腳對應(yīng)的故障標(biāo)志位累加和置0 ；第六步計算已獲得的所有重要等效輸出管腳的故障標(biāo)志位所覆蓋的故障數(shù)量， 并根據(jù)所述故障數(shù)量計算獲得對應(yīng)的故障覆蓋率，如果所述故障覆蓋率達到要求的故障覆蓋率的最小值，則完成所有重要等效輸出管腳的獲??；否則，返回執(zhí)行步驟四。所述采用對時序電路組合部分的等效輸入引腳進行故障仿真的方法獲得改進測試向量集的過程為采用原始測試向量集進行仿真，并根據(jù)仿真結(jié)果獲得改進測試向量集的過程為第一步按順序，將原始測試集中的某位置0，然后計算可測故障數(shù)；第二步將同一位置1，然后計算可測故障數(shù)；第三步分別計算獲得上述測試集中的某位置0和置1時能檢測到的故障覆蓋率；若均為100%，則該位對應(yīng)的等效輸入管腳為無關(guān)輸入，將測試向量集中該位置的數(shù)據(jù)為無關(guān)位X ；執(zhí)行步驟五；若僅置0時為100%，則該位對應(yīng)的等效輸入管腳為0無關(guān)輸入，將測試向量集中該位置的狀態(tài)為0 ；執(zhí)行步驟五；若僅置1時為100%，則該位對應(yīng)的等效輸入管腳為1無關(guān)輸入，將測試向量集中該位置的狀態(tài)為1 ；執(zhí)行步驟五；若均不為100 %，執(zhí)行下一步；第四步在置0和置1故障覆蓋率中選擇較大的一個，若該故障覆蓋率為置0時的故障覆蓋率，且大于重要程度量化比例，將測試向量集中該位置的狀態(tài)為0 ；執(zhí)行步驟五；若該故障覆蓋率為置1時的故障覆蓋率，且大于重要程度量化比例，將測試向量集中該位置的狀態(tài)為1 ；執(zhí)行步驟五；第五步循環(huán)進行以上四步，直到遍歷原始測試集中的所有位置，即測試完所有等效輸入引腳，獲得改進測試向量集。重要程度量化比例，是在某一位輸入引腳置為定值時，電路測試系統(tǒng)所能接受的
故障覆蓋率的最小值。根據(jù)改進測試向量集選擇并連接定輸入觸發(fā)器和重要觸發(fā)器，并重要觸發(fā)器串聯(lián)連接組成部分掃描的掃描單元。其中定輸入觸發(fā)器包括無關(guān)觸發(fā)器、0無關(guān)觸發(fā)器和1無關(guān)觸發(fā)器，其中，測試向量集中的無關(guān)位、0無關(guān)位和1無關(guān)位所對應(yīng)的觸發(fā)器分別選用無關(guān)觸發(fā)器、0無關(guān)觸發(fā)器和1無關(guān)觸發(fā)器。本發(fā)明將D觸發(fā)器分成定輸入觸發(fā)器和重要觸發(fā)器，當(dāng)某個D觸發(fā)器作為等效輸入或等效輸出引腳時，對應(yīng)的輸入或輸出的測試數(shù)據(jù)對故障的檢測起到了較為重要的作用，本發(fā)明將這些D觸發(fā)器稱之為重要觸發(fā)器，所述重要觸發(fā)器采用SFF實現(xiàn)并連入掃描鏈，一方面通過掃描實現(xiàn)測試向量的輸入和測試響應(yīng)的輸出，另一方面又要在測試中鎖存電路工作狀態(tài)。如果某個D觸發(fā)器對應(yīng)的等效輸入引腳置為定值，并且不關(guān)注對應(yīng)等效輸出引腳的狀態(tài)，均不會造成故障覆蓋率的明顯降低，本發(fā)明將這種D觸發(fā)器稱為定輸入D觸發(fā)器，定輸入D觸發(fā)器僅應(yīng)用于電路正常工作，與測試無關(guān)，因此不必連入掃描鏈。本發(fā)明運用部分輸出管腳檢測電路故障的方法具體實現(xiàn)，同時提出了對電路測試向量集進行改進的方法，并運用部分掃描的思想，考慮到測試集的差異，設(shè)計了時序電路的部分掃描的掃描鏈單元，進而實現(xiàn)了時序電路的在線測試。本發(fā)明所述的掃描單元的設(shè)計方法，能夠在達到較高故障覆蓋率的同時，減小測試電路的硬件冗余、縮短測試向量的位數(shù)、減小存儲空間，而且方便測試壓縮和向量生成， 具有廣泛的應(yīng)用價值。


圖1為采用時序電路的框圖；圖2是采用本發(fā)明所述重要觸發(fā)器的時序電路框圖；圖3是本發(fā)明所述重要觸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是對功能選擇器進行測試時的重要觸發(fā)器過程示意圖；圖5是對測試選擇器進行測試時的重要觸發(fā)器過程示意圖；圖6是重要觸發(fā)器正常工作時的過程示意圖；圖7是對時序電路組合部分進行測試時重要觸發(fā)器的過程示意圖；圖8是重要觸發(fā)器進行數(shù)據(jù)移入或移出時的過程示意圖；圖9是時序電路的時鐘控制邏輯示意圖；圖10是非并發(fā)測試時的時鐘選擇機制示意圖；圖11是并發(fā)測試時的時鐘選擇機制示意圖。圖12是具體實施方式
三所述的無關(guān)觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖13是具體實施方式
四所述的1無關(guān)觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖14是具體實施方式
五所述的0無關(guān)觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖15是具體實施方式
一中所述的原始測試電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖16是圖15經(jīng)過具體實施方式
一所述的方法，確定重要等效輸出管腳之后簡化之后獲得的測試電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式所述的基于改進測試向量集的部分掃描的掃描單元的設(shè)計方法中，首先，采用對時序電路組合部分的等效輸出引腳進行故障仿真的方法獲取對故障檢測重要的重要等效輸出引腳；然后，采用對時序電路組合部分的等效輸入引腳進行故障仿真的方法獲得改進測試向量集；
最后，根據(jù)改進測試向量集和對故障檢測不重要的等效輸出引腳，將觸發(fā)器分成定輸入觸發(fā)器和重要觸發(fā)器兩類，并將重要觸發(fā)器串聯(lián)形成部分掃描鏈。所述定輸入觸發(fā)器是無關(guān)觸發(fā)器、0無關(guān)觸發(fā)器和1無關(guān)觸發(fā)器。所述采用對時序電路組合部分的等效輸出引腳進行故障仿真的方法確定對故障檢測不重要的等效輸出引腳，是指根據(jù)原始電路和故障注入后電路的故障仿真結(jié)果，獲取對故障檢測重要的重要等效輸出引腳，具體過程為第一步按照順序在時序電路的組合部分電路中注入一個故障；第二步針對經(jīng)過注入該故障后的故障電路，將現(xiàn)有測試集中的所有測試向量輸入電路進行測試，逐一檢測每個等效輸出管腳的狀態(tài)，并根據(jù)每個等效輸出管腳的狀態(tài)對該等效輸出引腳的相應(yīng)故障標(biāo)志位作如下處理若可以檢測到該故障，則將該等效輸出管腳的相應(yīng)的故障標(biāo)志位置1 ；若無法檢測到該故障，則將該等效輸出管腳的相應(yīng)的故障標(biāo)志位置0 ；
第三步循環(huán)第一步和第二步，直到所有故障注入完畢；第四步將每一個等效輸出管腳的所有故障標(biāo)志位做累加，獲得該等效輸出管腳的故障標(biāo)志位累加和；第五步將故障標(biāo)志位累加和從大到小排序，將最大的故障標(biāo)志位累加和所對應(yīng)的等效輸出管腳選為重要等效輸出管腳，同時，記錄該等效輸出管腳的所有故障標(biāo)志位為1 的故障，并將其它所有等效輸出管腳的表示該故障的故障標(biāo)志位均清零，然后，將該等效輸出管腳對應(yīng)的故障標(biāo)志位累加和置0 ；第六步計算已獲得的所有重要等效輸出管腳的故障標(biāo)志位所覆蓋的故障數(shù)量， 并根據(jù)所述故障數(shù)量計算獲得對應(yīng)的故障覆蓋率，如果所述故障覆蓋率達到要求的故障覆蓋率的最小值，則完成所有重要等效輸出管腳的獲??；否則，返回執(zhí)行步驟四。所述選取的所有檢測輸出引腳的故障標(biāo)志位所覆蓋的故障數(shù)量可以達到要求的故障覆蓋率，是指選取的所有檢測輸出管腳能夠檢測輸出的故障數(shù)量達到系統(tǒng)要求的故障覆蓋率。本實施方式所述的采用仿真的方法篩選檢測輸出管腳的方法的原理為針對每一個輸出引腳，計算出其能夠檢測出的故障數(shù)量，按數(shù)量的多少進行排序。值得指出的是，直接取排序結(jié)果的前幾位輸出的方法并不能達到最好的效果。但這樣得到的結(jié)果不一定是最優(yōu)的，因為排名前幾位的管腳所能檢測出的故障有好多是重復(fù)的。因此，在每一次排序結(jié)束后，取能夠檢測數(shù)故障數(shù)量最大的引腳，同時可以檢測出的故障將不再參與以后的排序，在剩余的故障中進行下一次排序，如此循環(huán)往復(fù)，直到故障覆蓋率達到要求為止。采用本實施方式所述的方法與采用現(xiàn)有方法選取檢測輸出管腳相比較，在選取同樣個數(shù)的輸出引腳時，可以得到較高的故障覆蓋率。檢測輸出引腳數(shù)量的減少，可以很好的實現(xiàn)響應(yīng)分析部分的優(yōu)化、減小測試的時間冗余和硬件冗余。所述采用對時序電路組合部分的等效輸入引腳進行故障仿真的方法獲得改進測試向量集的過程為采用原始測試向量集進行仿真，并根據(jù)仿真結(jié)果獲得改進測試向量集的過程為第一步按順序，將原始測試集中的某位置0，然后計算可測故障數(shù)；第二步將同一位置1，然后計算可測故障數(shù)；第三步分別計算獲得上述測試集中的某位置0和置1時能檢測到的故障覆蓋率；若均為100%，則該位對應(yīng)的等效輸入管腳為無關(guān)輸入，將測試向量集中該位置的數(shù)據(jù)為無關(guān)位X ；執(zhí)行步驟五；若僅置0時為100%，則該位對應(yīng)的等效輸入管腳為0無關(guān)輸入，將測試向量集中該位置的狀態(tài)為0 ；執(zhí)行步驟五；若僅置1時為100%，則該位對應(yīng)的等效輸入管腳為1無關(guān)輸入，將測試向量集中該位置的狀態(tài)為1 ；執(zhí)行步驟五；若均不為100 %，執(zhí)行下一步；第四步在置0和置1故障覆蓋率中選擇較大的一個，若該故障覆蓋率為置0時的故障覆蓋率，且大于重要程度量化比例，將測試向量集中該位置的狀態(tài)為0 ；執(zhí)行步驟五；
若該故障覆蓋率為置1時的故障覆蓋率，且大于重要程度量化比例，將測試向量集中該位置的狀態(tài)為1 ；執(zhí)行步驟五；第五步循環(huán)進行以上四步，直到遍歷原始測試集中的所有位置，即測試完所有等效輸入引腳，獲得改進測試向量集。從測試向量集的角度來講，如果某位的狀態(tài)被置為定值了，則從硬件的角度來講， 該位置對應(yīng)的D觸發(fā)器不必連入掃描鏈，而是僅將其用定輸入觸發(fā)器實現(xiàn)既可，S卩采用1 無關(guān)觸發(fā)器、0無關(guān)觸發(fā)器或者無關(guān)觸發(fā)器進行替換即可。本實施方式中，第四步和第三步的過程相類似，第四步是在不能保證故障覆蓋率為100%的情況下，導(dǎo)致故障覆蓋率稍有降低，在置0和置1都會降低故障覆蓋率的情況下， 取故障覆蓋率最高的情況，而若該故障覆蓋率小于重要程度量化比例，則該位對應(yīng)的故障輸入管腳為重要引腳，測試適應(yīng)保存其工作狀態(tài)。從測試向量集的特點來看，mintest的測試集中好多位是無關(guān)位X，這些無關(guān)位的取值與能否檢測出故障沒有關(guān)系。在由mental ATPG軟件生成的測試幾種，雖說每一位均被定為固定的值，但改變測試向量中某一位的值，對故障覆蓋率也不會造成很大的影響。本部分重點討論如何實現(xiàn)測試向量集的優(yōu)化。理想的測試集中，如果若干個測試向量中的每一位都可以取到相同的值，那么無論是從硬件開銷，測試功耗，還是測試向量的存儲和壓縮的角度講，都有很大的優(yōu)勢。因此， 本實施方式將測試集進行相應(yīng)的改造，并將測試集應(yīng)用到經(jīng)過故障注入的電路中進行故障仿真，根據(jù)仿真結(jié)果，力爭在不影響故障覆蓋率的情況，實現(xiàn)高效的測試。其中，重要程度量化比例指改變測試集中的某一位后，所能夠接受的故障覆蓋率的最小值。運用本實施方式所述的方法能夠找到一些對電路測試不是很重要的引腳，實現(xiàn)測試集的優(yōu)化，獲得的改進后的測試向量集進行故障測試，一方面避免了管腳狀態(tài)頻繁的跳變，減小了測試功耗，另一方面為后續(xù)減小硬件冗余奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)改進測試向量集選擇并連接定輸入觸發(fā)器和重要觸發(fā)器，并重要觸發(fā)器串聯(lián)連接組成部分掃描的掃描單元。其中定輸入觸發(fā)器包括無關(guān)觸發(fā)器、0無關(guān)觸發(fā)器和1無關(guān)觸發(fā)器，其中，測試向量集中的無關(guān)位、0無關(guān)位和1無關(guān)位所對應(yīng)的觸發(fā)器分別選用無關(guān)觸發(fā)器、0無關(guān)觸發(fā)器和1無關(guān)觸發(fā)器。所謂部分掃描，其基本思想是將部分掃描單元連接成掃描鏈用于測試。這種思路雖然降低了硬件冗余，但同時也降低了電路的可控性和可觀性，必然對故障覆蓋率有所影響。為了減小這種影響，本實施方式中，將D觸發(fā)器分成定輸入觸發(fā)器和重要觸發(fā)器，掃描 D觸發(fā)器作為等效輸入或等效輸出引腳時，輸入或輸出的測試數(shù)據(jù)對故障的檢測起到了較為重要的作用，這些D觸發(fā)器稱之為重要觸發(fā)器，所述重要觸發(fā)器采用SFF實現(xiàn)并連入掃描鏈，一方面通過掃描實現(xiàn)測試向量的輸入和測試響應(yīng)的輸出，另一方面又要在測試中鎖存電路工作狀態(tài)，如果某個D觸發(fā)器對應(yīng)的等效輸入引腳置為定值，并且不關(guān)注對應(yīng)等效輸出引腳的狀態(tài)，均不會造成故障覆蓋率的明顯降低，這種D觸發(fā)器稱為定輸入D觸發(fā)器，定輸入D觸發(fā)器僅應(yīng)用于電路正常工作，與測試無關(guān)，不必連入掃描鏈。本實施方式獲得的部分掃描單元的結(jié)構(gòu)參見圖1所示，該種掃描單元與現(xiàn)有的全掃描的掃描單元相比較(參見圖2所示)，本實施方式的掃描單元僅將部分D觸發(fā)器用SFF替換連入掃描鏈，通過scaru in和SCan_out實現(xiàn)單元狀態(tài)的可控性和可觀性。
下面根據(jù)圖15和圖16說明本實施方式所述的工作原理，圖15是原有測試電路， 通過等效輸出的故障仿真方法確定重要等效輸出引腳，并將不重要的等效輸出引腳在圖15 中用圓點標(biāo)記在電路的輸出端，其中包括DFF1，DFF2，DFF4，DFF5，將測試向量集中這四個 DFF對應(yīng)的等效輸入引腳分別置為相應(yīng)的0或1，其它各等效輸入引腳均使用原始測試向量集中的數(shù)據(jù)，進行等效輸入引腳的故障仿真，若仿真結(jié)果顯示，DFFl輸入置為1時，DFF2輸入置為0時，DFF5輸入置為1或0時，對電路的故障覆蓋率的影響不大，則可以將電路簡化成圖16所示的形式，圖中，DFF1、DFF2和DFF5分別用1無關(guān)觸發(fā)器、0無關(guān)觸發(fā)器和無關(guān)觸發(fā)器替換，并且無需連入掃描鏈，將剩余的DFF替換成重要觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)進行部分掃描設(shè)計。
具體實施方式
二 本實施方式是對具體實施方式
一中所述的重要觸發(fā)器的進一步說明，下面結(jié)合圖3和圖9說明本實施方式。本實施方式所述重要觸發(fā)器1包括第一選擇器1-1、第二選擇器1-2、第三選擇器 1-3、第四選擇器1-4、測試觸發(fā)器1-5和功能觸發(fā)器1-6，第一選擇器1-1的使能端輸入信號為mode [1]，第二選擇器1_2的使能端輸入信號為mode W]，第三選擇器1-3的使能端輸入信號為mode W]，第四選擇器1_4的使能端輸入信號為mode [1]；第一選擇器1-1的0輸入端作為所述重要觸發(fā)器1的測試單元掃描數(shù)據(jù)輸入端， 輸入測試掃描數(shù)據(jù)Si，第一選擇器1-1的1輸入端與第二選擇器1-2的0輸入端相連，第二選擇器1-2的0輸入端作為所述重要觸發(fā)器1的功能數(shù)據(jù)輸入端，輸入功能數(shù)據(jù)FI，第二選擇器1-2的1輸入端與第一選擇器1-1的0輸入端相連，第一選擇器1-1的輸出端與測試觸發(fā)器1-5的D信號輸入端相連，測試觸發(fā)器1-5 的Q信號輸出端與第三選擇器1-3的0輸入端相連，測試觸發(fā)器1-5的Q信號輸出端還與第四選擇器1-4的1輸入端相連，測試觸發(fā)器1-5的時鐘信號為TCLK，第三選擇器1-3的輸出端為掃描數(shù)據(jù)輸出端，輸出掃描數(shù)據(jù)SO ；第二選擇器1-2的輸出端與功能觸發(fā)器1-6的D信號輸入端相連，功能觸發(fā)器1-6 的Q信號輸出端與第四選擇器1-4的0輸入端相連，功能觸發(fā)器1-6的Q信號輸出端還與第三選擇器1-3的1輸入端相連，功能觸發(fā)器1-6的時鐘信號為FCLK，第四選擇器1-4的輸出端為功能數(shù)據(jù)輸出端，輸出功能數(shù)據(jù)F0。首先對傳統(tǒng)的掃描設(shè)計方法參見圖1進行說明可測試性設(shè)計通過在芯片原始設(shè)計中插入各種用于提高芯片可測試性的硬件邏輯，使芯片變得容易測試，從而大幅度降低芯片的測試成本。掃描設(shè)計是當(dāng)前可測性設(shè)計所采用的主要方法之一。時序電路由組合部分和具有記憶功能的觸發(fā)器構(gòu)成，觸發(fā)器的輸入與組合部分的輸出相連，觸發(fā)器的輸出同時作為組合部分的輸入。掃描設(shè)計是指將被測電路中的時序單元轉(zhuǎn)換為可掃描的觸發(fā)器，連接成掃描鏈，使得測試激勵可以串行移入掃描鏈并且測試響應(yīng)能夠串行移出掃描鏈。由此，復(fù)雜的時序測試生成問題變成了簡單的組合生成問題，降低了測試生成的復(fù)雜度，同時提高了故障覆蓋率。每個掃描單元就具有兩個輸入和兩個輸出端口。FI、FO分別表示掃描單元的功能輸入和輸出，相當(dāng)于原觸發(fā)器的D和Q，SI、S0分別表示掃描輸入和輸出，用于完成掃描功能。
所謂在線測試，要求測試與電路工作同時完成，并且測試過程不能影響電路的工作狀態(tài)。時序電路中，由于觸發(fā)器能夠記錄前一時刻電路的工作狀態(tài)，如果仍然沿用傳統(tǒng)的掃描設(shè)計進行在線測試，必將由于測試向量在掃描觸發(fā)器上的移入和移出改變掃描觸發(fā)器的狀態(tài)，進而對電路的工作造成難以想象影響。重要觸發(fā)器很好地解決了這一問題。其結(jié)構(gòu)如圖3所示，每個掃描鏈單元除了四個輸入輸出端口外，還有一個兩位的控制信號mode和兩個時鐘信號(FCLK，TCLK)。每個單元的控制信號連接在一起，共同由控制電路產(chǎn)生，可以降低布線帶來的開銷，時鐘控制電路如圖9所示。FCLK和TCLK分別是功能時鐘和測試時鐘，同樣將各單元的時鐘信號連在一起，由時鐘選擇機制一并產(chǎn)生。單元電路中有兩個觸發(fā)器功能D觸發(fā)器和測試D觸發(fā)器。 還有四個用于控制數(shù)據(jù)的流向二選一選擇器。該掃描鏈單元比基本單元增加了一個觸發(fā)器和多個選擇器，用兩個傳輸門(TG) 和一個非門組合成二選一選擇器，可以在一定程度上減小電路的硬件開銷。除了可以實現(xiàn)在線測試外，該單元的另一優(yōu)勢在于，兩個D觸發(fā)器在結(jié)構(gòu)上是完全對稱的，可以互換使用。這樣其中一個就可以看作是另一個的冗余備份。如果一個發(fā)生了故障，可以通過切換控制信號控制另一個繼續(xù)工作，大大提高了電路系統(tǒng)的容錯能力。圖9所示的時鐘控制邏輯系統(tǒng)的測試控制離不開正確的時序邏輯。時鐘選擇機制由控制電路產(chǎn)生，包括兩個時鐘信號系統(tǒng)工作時鐘FCLK和測試時鐘TCLK，F(xiàn)CLK作為功能觸發(fā)器1-6的時鐘，TCLK作為測試觸發(fā)器1-5的時鐘。時鐘的頻率決定了電路的運行速度，同時也可以通過時鐘的停止來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的鎖存。將兩個時鐘分別產(chǎn)生，這樣的時鐘選擇機制使測試過程更加靈活。時鐘選擇機制與控制信號mode共同實現(xiàn)電路工作與測試狀態(tài)的切換。其真值表為
權(quán)利要求
1.基于改進測試向量集的部分掃描的掃描單元的設(shè)計方法，其特征在于，首先，采用對時序電路組合部分的等效輸出引腳進行故障仿真的方法獲取對故障檢測重要的重要等效輸出引腳；然后，采用對時序電路組合部分的等效輸入引腳進行故障仿真的方法獲得改進測試向JEELyffe里集；最后，根據(jù)改進測試向量集和對故障檢測不重要的等效輸出引腳，將觸發(fā)器分成定輸入觸發(fā)器和重要觸發(fā)器兩類，并將重要觸發(fā)器串聯(lián)形成部分掃描鏈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進測試向量集的部分掃描的掃描單元的設(shè)計方法，其特征在于，所述定輸入觸發(fā)器是無關(guān)觸發(fā)器、0無關(guān)觸發(fā)器和1無關(guān)觸發(fā)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進測試向量集的部分掃描的掃描單元的設(shè)計方法，其特征在于，所述采用對時序電路組合部分的等效輸出引腳進行故障仿真的方法確定對故障檢測不重要的等效輸出引腳，是指根據(jù)原始電路和故障注入后電路的故障仿真結(jié)果，獲取對故障檢測重要的重要等效輸出引腳，具體過程為第一步按照順序在時序電路的組合部分電路中注入一個故障； 第二步針對經(jīng)過注入該故障后的故障電路，將現(xiàn)有測試集中的所有測試向量輸入電路進行測試，逐一檢測每個等效輸出管腳的狀態(tài)，并根據(jù)每個等效輸出管腳的狀態(tài)對該等效輸出引腳的相應(yīng)故障標(biāo)志位作如下處理若可以檢測到該故障，則將該等效輸出管腳的相應(yīng)的故障標(biāo)志位置1 ； 若無法檢測到該故障，則將該等效輸出管腳的相應(yīng)的故障標(biāo)志位置0 ； 第三步循環(huán)第一步和第二步，直到所有故障注入完畢；第四步將每一個等效輸出管腳的所有故障標(biāo)志位做累加，獲得該等效輸出管腳的故障標(biāo)志位累加和；第五步將故障標(biāo)志位累加和從大到小排序，將最大的故障標(biāo)志位累加和所對應(yīng)的等效輸出管腳選為重要等效輸出管腳，同時，記錄該等效輸出管腳的所有故障標(biāo)志位為1的故障，并將其它所有等效輸出管腳的表示該故障的故障標(biāo)志位均清零，然后，將該等效輸出管腳對應(yīng)的故障標(biāo)志位累加和置0 ；第六步計算已獲得的所有重要等效輸出管腳的故障標(biāo)志位所覆蓋的故障數(shù)量，并根據(jù)所述故障數(shù)量計算獲得對應(yīng)的故障覆蓋率，如果所述故障覆蓋率達到要求的故障覆蓋率的最小值，則完成所有重要等效輸出管腳的獲??；否則，返回執(zhí)行步驟四。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進測試向量集的部分掃描的掃描單元的設(shè)計方法，其特征在于，所述采用對時序電路組合部分的等效輸入引腳進行故障仿真的方法獲得改進測試向量集的過程為采用原始測試向量集進行仿真，并根據(jù)仿真結(jié)果獲得改進測試向量集的過程為 第一步按順序，將原始測試集中的某位置0，然后計算可測故障數(shù)； 第二步將同一位置1，然后計算可測故障數(shù)；第三步分別計算獲得上述測試集中的某位置0和置1時能檢測到的故障覆蓋率； 若均為100%，則該位對應(yīng)的等效輸入管腳為無關(guān)輸入，將測試向量集中該位置的數(shù)據(jù)為無關(guān)位X ；執(zhí)行步驟五；若僅置0時為100%，則該位對應(yīng)的等效輸入管腳為0無關(guān)輸入，將測試向量集中該位置的狀態(tài)為0 ；執(zhí)行步驟五；若僅置1時為100%，則該位對應(yīng)的等效輸入管腳為1無關(guān)輸入，將測試向量集中該位置的狀態(tài)為1 ；執(zhí)行步驟五；若均不為100%，執(zhí)行下一步；第四步在置0和置1故障覆蓋率中選擇較大的一個，若該故障覆蓋率為置0時的故障覆蓋率，且大于重要程度量化比例，將測試向量集中該位置的狀態(tài)為0 ；執(zhí)行步驟五；若該故障覆蓋率為置1時的故障覆蓋率，且大于重要程度量化比例，將測試向量集中該位置的狀態(tài)為1 ；執(zhí)行步驟五；第五步循環(huán)進行以上四步，直到遍歷原始測試集中的所有位置，即測試完所有等效輸入引腳，獲得改進測試向量集。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進測試向量集的部分掃描的掃描單元的設(shè)計方法，其特征在于，所述重要觸發(fā)器1包括第一選擇器1-1、第二選擇器1-2、第三選擇器1-3、第四選擇器1-4、測試觸發(fā)器1-5和功能觸發(fā)器1-6，第一選擇器1-1的使能端輸入信號為mode [1]，第二選擇器1_2的使能端輸入信號為 mode
，第三選擇器1-3的使能端輸入信號為mode
，第四選擇器1_4的使能端輸入信號為 mode[1]；第一選擇器1-1的0輸入端作為所述重要觸發(fā)器1的測試單元掃描數(shù)據(jù)輸入端，輸入測試掃描數(shù)據(jù)SI，第一選擇器1-1的1輸入端與第二選擇器1-2的0輸入端相連，第二選擇器1-2的0輸入端作為所述重要觸發(fā)器1的功能數(shù)據(jù)輸入端，輸入功能數(shù)據(jù)FI，第二選擇器 1-2的1輸入端與第一選擇器1-1的0輸入端相連，第一選擇器1-1的輸出端與測試觸發(fā)器1-5的D信號輸入端相連，測試觸發(fā)器1-5的 Q信號輸出端與第三選擇器1-3的0輸入端相連，測試觸發(fā)器1-5的Q信號輸出端還與第四選擇器1-4的1輸入端相連，測試觸發(fā)器1-5的時鐘信號為TCLK，第三選擇器1-3的輸出端為掃描數(shù)據(jù)輸出端，輸出掃描數(shù)據(jù)SO ；第二選擇器1-2的輸出端與功能觸發(fā)器1-6的D信號輸入端相連，功能觸發(fā)器1-6的 Q信號輸出端與第四選擇器1-4的0輸入端相連，功能觸發(fā)器1-6的Q信號輸出端還與第三選擇器1-3的1輸入端相連，功能觸發(fā)器1-6的時鐘信號為FCLK，第四選擇器1-4的輸出端為功能數(shù)據(jù)輸出端，輸出功能數(shù)據(jù)F0。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于改進測試向量集的部分掃描的掃描單元的設(shè)計方法，其特征在于，所述的無關(guān)觸發(fā)器由選擇器和D觸發(fā)器組成，所述選擇器的0輸入端連接D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸出端，所述選擇器的數(shù)據(jù)輸出端連接D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端，所述D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸出端為無關(guān)觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸出端。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于改進測試向量集的部分掃描的掃描單元的設(shè)計方法，其特征在于，所述1無關(guān)觸發(fā)器由輸入選擇器、輸出選擇器和D觸發(fā)器組成，所述輸入選擇器的0輸入端連接D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸出端，所述輸入選擇器的數(shù)據(jù)輸出端連接D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端，所述D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸出端連接輸出選擇器的1輸入端，所述輸出選擇器的0輸入端置1，該輸出選擇器的數(shù)據(jù)輸出端為1無關(guān)觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸出端。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于改進測試向量集的部分掃描的掃描單元的設(shè)計方法，其特征在于，所述0無關(guān)觸發(fā)器由輸入選擇器、輸出選擇器和D觸發(fā)器組成，所述輸入選擇器的0輸入端連接D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸出端，所述輸入選擇器的數(shù)據(jù)輸出端連接D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端，所述D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸出端連接輸出選擇器的1輸入端，所述輸出選擇器的0輸入端置0，該輸出選擇器的數(shù)據(jù)輸出端為0無關(guān)觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸出端。
全文摘要
基于改進測試向量集的部分掃描的掃描單元的設(shè)計方法，涉及數(shù)字集成電路SOC測試技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明解決了現(xiàn)有在線測試的方法中存在的測試延遲、硬件冗余以及所需要的存儲器容量較大的問題。本發(fā)明首先采用對時序電路組合部分的等效輸出引腳進行故障仿真的方法獲取對故障檢測重要的重要等效輸出引腳；然后采用對時序電路組合部分的等效輸入引腳進行故障仿真的方法獲得改進測試向量集；最后根據(jù)改進測試向量集和對故障檢測不重要的等效輸出引腳，將觸發(fā)器分成定輸入觸發(fā)器和重要觸發(fā)器，并將重要觸發(fā)器串聯(lián)形成部分掃描鏈。采用本發(fā)明的方法獲得的掃描單元在達到較高故障覆蓋率的同時，減小測試電路的硬件冗余、縮短測試向量的位數(shù)、減小了存儲空間。
文檔編號G01R31/3185GK102323538SQ20111019155
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者喬立巖, 俞洋, 楊智明, 王帥, 王繼業(yè), 鄧立寶 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)