（电气工程专业论文）基于部分扫描的跳变时延故障测试及atpg方法的研究.pdf

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a t - xf a u l tt e s ta n dl i t t l er e s e a r c h h a sb e e nr e p o r t e do nt h ed e l a yf a u l tt e s tf o ri n t e g r a t e dc i r c u i t s w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n t o fs e m i c o n d u c t o rt e c h n o l o g y , t h ei n t e g r a t i o nd e g r e ea n dt h eo p e r a t i o ns p e e da r ci n c r e a s i n g w h i c hl e a dt od e l a yf a u l tt e s tb e c o m i n gi n c r e a s i n g l yc r i t i c a l d u et oh i g hr e l i a b i l i t ya n d p e r f o r m a n c er e q u i r e m e n to fi n t e g r a t ec i r c u i t s ，t h ee x i s t i n go fd e l a yf a u l tn o to n l ya f f e c tt h e p e r f o r m a n c e ，b u ta l s od e v e l o pt ob ep o t e n t i a l l yf a t a ld a m a g e a c c o r d i n gt ot h et r e n do f s e m i c o n d u c t o rt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t , e s p e c i a l l yt h ep r o c e s si n t ot h el l a n o s c a l er a n g e ， d c l a yf a u l tt e s tw i l lb e c o m eah o ti s s u ei nt h en e x tf e wy e a r s t h e r e f o r e ，i n v e s t i g a t i o no f d e l a yf a u l tt e s ti sv e r ys i g n i f i c a n t t h er e s e a r c ho ft h i st h e s i sf o c u s e do nt r a n s i t i o nd e l a yf a u l tt e s t i n g ，t r a n s i t i o nd e l a y f a u l ti sa ni m p o r t a n td e l a yf a u l tm o d e la n dm o r es u i t a b l ef o ra p p l i c a t i o ni ni n d u s t r y t h e r e s e a r c ho ft h et h e s i sc o m b i n et r a n s i t i o nd e l a yf a u l tt e s t i n gw i t hp a r t i a ls c a n i nt h i st h e s i s t h er e s e a r c h o fe n h a n c e ds c a nt r a n s i t i o nd e l a yf a u l tt e s t i n gi sd i v i d ei n t ot w o p a r t st h a ti st h e p h y s i c a ls t r u c t u r ea n dt h ev e c t o rg e n e r a t i o n t h i sp a p e ra l s og i v eu n i q u em e t h o dt h a ti s b r o m - s i d et r a n s i t i o nd e l a yf a u l tt e s tb a s e do np a r t i a ls c a na n di m p r o v ei ti nt h el i 曲to f t r a n s i t i o nf a u l tc o v e r a g e t h ew a yo f a t p gi sa l s og i v e n t h em a i nc o n t r i b u t i o n so ft h i st h e s i sa r es u m m a r i z e da sf o i l o w s ： i nt h i st h e s i s ，c i r c u i ts t r u c t u r ea n dt e s t i n gm e t h o d sa r eg i v e nt op a r t i a ls c a nb a s e d u s i n ge n h a n c e ds c a nf ft r a n s i t i o nt e s t i n g t h i st h e s i sa l s og i v e sa ne t e mf o rt h ea t p go n t h ea c y c l i cs e q u e n t i a lc i r c u i t sw h i c hi sr e m a i n e dc i r c u i ta f t e ru s i n gp a r t i a ls c a n c o m p a r e w i t ht h es a m ew a yb a s eo nf u l ls c a n , u s i n ge n h a n c e ds c a nf ft r a n s i t i o nt e s tb a s e do np a r t i a l s c a no b t a i nr o u g h l yt h es a m ef a u l tc o v e r a g ew i t hr e d u c i n gt h eh a r d w a r eo v e r h e a d i nt h i st h e s i s ，b r o a d s i d et r a n s i t i o nd e l a yf a u l tt e s tb a s e do np a r t i a ls c a ni so r i g i n a l c r e a t e da n dc i r c u i ts t r u c t u r ea n dt e s t i n gm e t h o d sa l eg i v e n i m p r o v ei t i i lt h el i g h to f t r a n s i t i o nf a u i tc o v e r a g e ，t h ei m p r o v e m e n t sa r ep u tf o r w a r d t h ea r i t h m e t i ca n dt h ea t p g m e t h o da r ea l s og i v e n c o m p a r ew i t ht h es a m ew a yb a s eo nf u i ls c a n , b r o a d - s i d et r a n s i t i o n d e l a yf a u l tt e s tb a s e do np a r t i a ls c a na f t e ri m p r o v i n go b t a i nr o u g h l yt h es a m ef a u l tc o v e r a g e w i t hr e d u c i n gt h eh a r d w a r eo v e r h e a d i ns o m ec i r c u i t st h et r a n s i t i o nf a u l tc o v e r a g ei se v e n b e t t e rt h a nu s i n gf u l l s c a nw a y i n t e g r a t e di n t ot h en a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o no f10 g e p o nm a cc o n t r o l l e rc h i p d e s i g n , t h eb r o a d s i d et r a n s i t i o nd e l a yf a u l tt e s tb a s e do np a r t i a ls c a ni sa p p l i e di n t oc h i p d e s i g n i nt h e10 g e p o nm a cc o n t r o l l e rc h i pd e s i g n , t h et e s tm e t h o do fb r o a d s i d e t r a n s i t i o nd e l a yf a u l tt e s tb a s e do np a r t i a ls c a ni sv e r i f i e da n dt e s tr e s u l t sa r eg i v e n k e y w o r d s ：p a r t i a ls c a n , t r a n s i t i o nd e l a yf a u l t ( t r a n s i t i o nf a u l o ，e n h a n c e ds c a nf f , b r o a d - s i d et r a n s i t i o nd e l a yf a u l tt e s t , a t p g v i i 录 1 ， v 1 1 ：； 3 4 4 6 6 2 2时延故障的模犁7 2 3时延故障的测试分类8 2 3 1单路敏化测试8 2 3 2强健测试9 2 3 3 非强健测试1 0 2 4 对于跳变时延故障以及测试方式选择1 1 第三章基于部分扫描的跳变时延故障测试1 3 3 1 传统跳变故障测试方法1 3 3 1 1 使用增强扫描触发器的跳变故障测试1 3 3 1 2 偏斜载入( s k e w e d 1 0 a d ) 跳变故障测试1 5 3 1 3宽边( b r o a d s i d e ) 跳变故障测试1 6 3 2基于部分扫描使用e s f f 的跳变时延故障测试1 9 3 3 基于部分扫描的宽边跳变时延故障测试2 2 3 4 基丁故障覆盖率宽边跳变测试电路改进2 5 3 4 1 输入移位宽边测试结构2 6 3 4 2 增强扫描触发器的替换2 8 3 4 3 改进的宽边跳变故障测试3 0 3 5 使用改进技术扫描触发器的选择方法3l 3 5 1 控制度测蹙法3 2 3 5 2 有效性测最法3 3 3 5 3综合选择法3 6 3 6测试过程和结果3 7 第四章基于部分扫描跳变时延测试a t p g 方法一4 l 4 1 基于部分扫描使用e s f f 的跳变故障测试向量生成方法4 l 4 1 1 时日j 展开模型t e m 4 2 4 1 2 扩展时间展开模型e t e m 4 3 4 1 3基于e t e m 的跳变故障测试向量生成方法4 5 4 3 基于布尔可满足性的a t p g 方法 4 3 1 布尔可满足性问题的有关定义和性质 4 3 2 组合电路布尔可满足性 4 3 3 基于布尔可满足性的a t p g 方法 4 4 向量生成结果比对 第五章 1 0 g e p o nm a c 控制器s o c 中部分扫描宽边跳变故障的实现 5 。1 1 0 g e p o n 的m a c 控制器的s o c 的架构 5 2 1 0 g e p o nm a c 控制器中宽边跳变故障测试 5 3 结果分析和比较 第六章结论与展望 6 1 结论 6 2 展望。 作者在攻读硕士学位期间所作的项日 致谢 i x 第一章绪论 1 1 课题研究的目的和意义 当前电子系统的飞速发展主要归功于集成电路的迅猛发展，而集成电路的 发展又依赖于半导体技术的不断发展。半导体工艺的发展使得半导体器件尺寸 不断减小，单芯片能够集成越来越多的晶体管。如今，半导体芯片的集成度仍 按摩尔定律持续增长，工艺己进入深亚微米领域，然而持续发展的半导体技术 使得集成电路的测试问题重要性越来越受到关注。根据国际半导体工业协会报 告，如果不采取有效的测试手段，今后测试的成本将超过制造的成本。随着技 术的进步和市场竞争的加剧，产品市场寿命相对开发周期变得越来越短，测试 对于产品上市时间和开发周期的影响更加突出。 于是可测试性设计技术应运而生。可测性设计( d e s i g nf o rt e s t a b i l i t y ) 就 是在设计的一开始就考虑测试的需要，并在设计中加入测试逻辑，在设计阶段 解决棘手的测试问题。其核心思想就是对测试的考虑贯穿于整个设计流程。目 前常用的一些d f t 方法有：基于扫描设计方法、内建自测试方法以及用于系统 级测试的边界扫描设计方法等。基于扫描设计方法是当前最常用的一种集成电 路可测性设计方法，特别是在逻辑电路中。扫描设计的主要思想是获得对触发 器( f t i p f l o p s ，f f ) 的控制，增加触发器的可观察性。通过将电路中的普通触发 器替换为具有扫描能力的扫描触发器并将这些扫描触发器连接成扫描链。扫描 技术又按照是否把所有的触发器作为扫描触发器分为全扫描和部分扫描。 传统上，测试特别是扫描测试中所针对的故障模型往往采用呆滞型故障 ( s t o c k a t - x ) ，尤其是单呆滞型故障。由于绝大部分故障现象都能以呆滞型故障 来表征，同时因其模型简单，测试生成也比较容易，所以在过去几十年间，绝 大多数的研究都是以这种故障类型来开展。 随着技术的进步和可靠性要求的提高，时延故障( d e l a yf a u l t ) ，也称为延迟 故障、时滞故障) 越来越受到关注。当前芯片的运行速率不断上升，工艺的特征 尺寸的日益缩小，都使得时延故障更加易于出现。特别是随着工艺进入深亚微 上海大学硕士学位论文 米领域，互连线时延己经变得越来越不可忽视，甚至可能会超过器件的时延。 另外，还存在着工艺、参数导致的诸如电路串扰时延等现象。根据现今半导体 技术发展趋势，特别是在工艺进入纳米尺度范围，在今后若干年内时延故障必 将成为测试所面临的热点问题。 从公开的文献看，时延故障的概念最早是在文献【1 】中提出来的，用来 描述当正常的传输延迟或惯性延迟发生改变时电路的变化情况，延迟过长的门 电路或者传输线是时延故障的根源。时延故障往往并不影响系统低速的逻辑功 能，这与以往的逻辑故障模型有很大的区别，但在系统高速运行时会影响系统 的性能并导致失效。时延故障的存在将导致在某些输入下，电路的一个或多个 原始输出在给定的时间限制内得不到正确的响应。时延故障对系统的影响表现 在一定的速率以上运算出错，系统的数据吞吐和流水定时等性能受到破坏，产 品的稳频、超频能力严重受损。 一般说来，时延故障测试比呆滞型故障测试更具有挑战性，具体表现在： 1 时延故障一般采用门级时延故障模型和通路时延故障模型。门级时延 故障模型难以表述电路中复杂的分布时延，通路时延故障模型虽然能 描述电路中的分布时延但电路中的通路数巨大，并且电路中的绝大多 数通路往往不可测。电路要得到高的通路时延故障覆盖率很困难。 2 时延故障测试的输入需要包含跳变，所以时延故障的测试需要双向量 或者称为向量对。为了获得所必需的双向量测试序列，需要对测试序 列生成器作精心的设计。 3 时延故障测试需要高速测试器，但测试器的工作速率随技术增长的速 度远远落后于产品运行速率的增长。设计需要考虑使用产品内部时钟 进行全速测试。 从技术发展的趋势看，今后产品的运行速率越来越高，而对可靠性的要求 越来越严格，虽然现今成品的测试中尚未普及时延故障的检测，但今后时延故 障测试必将成为产品质量把关的重要环节。 跳变时延故障作为一种重要的时延故障的模型，现在己经开始倍受国际学 术界和产业界的普遍关注，其相关测试理论与方法的研究不仅具有重要的理论 施加两个向量和被测电路怎么获得这两个测试向量。 对于怎么对电路施加两个向量的问题研究较早，主要是对扫描电路进行研 究。早在9 0 年代，围绕着在扫描电路中怎么获得，j s a v i r 和s p a t i l 提出了偏 斜( s k e w e d 1 0 a d ) 跳变时延故障测试模型鲫】，通过对测试中前一个向量的移位 来获得第二个向量。接着他们两人又提出了宽边跳变时延故障测试模型哺一1 ，对 于时延故障的第二向量来自于电路中的对前一个向量的反馈。同时另外一种是用 增强扫描触发器的模型也被提出，增强扫描触发器能同时存放两个向量。这三种 方法各有优缺点，之后新的方法都是以这三种方法为基础进行的改进。如在文献 【2 ，3 】中，对时延故障在快速周期中使能信号切换难以实行的问题进行改进。 在测试的硬件开销上，文献【1 4 ，1 5 】从测试低功耗角度入手分别从减少初始化 周期功耗以及改善捕获周期的功耗出发提出改进电路，而文献【1 2 ，1 3 】则从提 高跳变时延故障覆盖率角度对原方法进行改进。 在两千年以后随着时延故障测试越来越受到业界重视，对于被测电路怎么 获得这两个测试向量也进行了广泛的研究。向量生成主要分两类，一类是对于路 径时延测试的向量生成，另一类是对跳变时延测试的测试向量。在路径时延测试 要求测试处于强健状态，所谓强健就是通过对测试路径上旁路信号控制确保测试 可靠性。文献【1 9 2 1 】从如何确保测试强健又可以简单的获得测试双向量提出 了自己的模型及测试方法。对于跳变时延测试的测试向量也有较多的研究，在文 上海大学硕士学位论文 献【2 2 】中就提出一种利用呆滞型故障的向量进行选择以获得跳变时延故障的测 试向量。在文献 2 3 ，2 4 中，提出方法对一些呆滞型故障a t p g 模型进行改进， 利用改进的模型来对跳变时延故障进行测试向量生成。 1 2 2 国内研究概况 经过近二十年来的努力，国内对集成电路测试的研究取得了比较显著成果。 例如，出现了大量从事测试工作的专门技术人才，发表出版了集成电路故障测 试方面众多有价值的论文、著作等。但是，国内对于在国内对时延故障的研究 起步较晚，时延故障测试研究的从业人员较少。最早在两千年后中国科学院计 算技术研究所信息网络实验室的李华伟等人对时延故障开始进行研究，主要研 究电路中引起的时延故障【1 6 1 。近年来，国内逐步出现了一些对于时延故障的研 究，电子科技大学的杨德才主要致力于对于逻辑运算单元的时延故障研究【1 7 】。 还有一些其他的时延故障向量生成方法被提出。由此可见国内对于时延故障的 测试还只是停留在很少几个局部的领域，没有对时延测试的测试方式进行整体 的研究。 总结国际国内在算术运算电路测试方面的研究，可以看出国内虽然对呆滞 型故障测试的研究比较活跃，但是其中有关时延故障测试的工作少之又少。而 国外目前时延故障已经有一定基础，正在展开更深入的研究。 结合国际国内的研究现状，分析结果表明时延故障测试在深砸微米领域将 成为故障测试的重要内容，其成果将对其他故障如固定开路故障、桥接故障、 漏电流故障等的研究有着推动作用。随着半导体技术的快速进展，系统运行速 率的提高和特征尺寸的进一步缩小，使得时延故障的影响及重要性越来越突出， 时延故障的霞要性必将激发人们对其研究的浓厚兴趣。本文开展基于部分扫描 的跳变时延故障测试以及a t p g ( a u t o m a t i ct e s tp a t t e r ng e n e r a t i o n ) 方法的研 究，就是顺应这种发展趋势，意义明显。 1 3 论文的主要研究内容 本文重点研究时延故障中的跳变时延故障模型。跳变时延故障作为一种重 4 上海大学硕士学位论文 要的时延故障的模型，虽然它的测试过程并不强健，但它测试方便可操作性强， 可应用与全电路测试，在当前时延故障的实际应用刚刚展开阶段，有着很强的 实际应用价值，因此对跳变故障的研究是很有必要的。同时本文对于跳变时延 故障测试的研究抛弃了传统测试模式中使用的全扫描技术结构电路，而选择了 在硬件开销相对较小的部分扫描技术，分别在物理架构和向量生成两个方面对 基于部分扫描使用增强扫描触发器的跳变时延故障测试进行研究。同时本文独 创了基于部分扫描的宽边跳变时延故障测试方式，按照跳变时延故障覆盖率的 角度对测试结构进行改进，并且给出了对应的测试向量生成方法。 本文的具体的安排如下： 第一章绪论。介绍本文的研究背景以及国内外的研究现状。简要阐述了 本文研究对象。 第二章 时延故障模型与时延故障测试。介绍时延故障测试的基本概念， 时延故障模型的分类和时延故障测试方式的分类，并且阐述了本文选择跳变时 延故障非强健测试的理由。 第三章基于部分扫描的跳变时延故障测试。本章讨论两种基于部分扫描 结构下跳变时延故障的测试模式，分别给出硬件实现方式以及测试方案。同时 根据故障覆盖率要求进行改进，给出改进的方案及相关算法。给出验证数据， 对提出跳变时延故障的测试方案与相关的其他测试方案进行比较。 第四章基于部分扫描跳变时延测试a t p g 方法。本章主要是配合第三章 中了两种跳变时延故障的测试模式，对相应模式建立独特的a t p g 模型，把部 分扫描后剩余时序电路的跳变时延故障向量生成转变为对于固定故障的组合逻 辑电路向量生成问题。同时给出验证数据与相关的向量生成方法进行比较。 第五章1 0 g - e p o nm a c 控制器s o c 中部分扫描宽边跳变时延故障的实 现。本章把在第三章和第四章中研究的一种跳变时延故障的测试方法应用到自 然科学基金项目中，在1 0 g e p o nm a c 控制器s o c 中验证该测试方法并给出 测试结果。 第六章结论与展望。本章为全文总结和进一步工作的展望。 第二章 时延故障模型与时延故障测试 本章主要介绍时延测试的相关的基本概念，先从时延故障的概述入手，介 绍了不同的时延故障模型和时延故障的测试方式分类。并讲述了本文研究跳变时 延故障和相应测试方式的原因和理由。 2 1 时延故障测试概述 在一个数字电路的系统中，某些输入和输出可能是与触发器相连的状态变 量，其他的是主输入( p r i m a r yi n p u t ) 和主输出( p r i m a r yo u t p u t ) 。所有输入跳 变假设与时钟信号同步，在输入跳变之后期望所有输出信号在系统时钟周期内到 达其各自的最终稳定状态值。所以，为了保证系统的正常工作，组合逻辑的时延 不应该超过时钟周期。在芯片的制造为了能够保证芯片在预先设计的工作速率上 完成正确的功能，那就需要保证对于任何输入跳变，输出的跳变不能超过时钟周 期，否则电路存在时延故障。时延故障就意味着一个或多个通路上的信号延迟超 过了时钟周期。 时延故障测试的基本思想是在电路输入施加跳变，并研究采用各种措施使 其能传播到电路输出作观测，所以时延故障的测试序列一般采用一个包含两个向 量的测试向量集( v 1 ，v 2 ) ，其中v l 为初始化向量，用来初始化电路中各节点的 状态；v 2 则用来产生需要的跳变来激发相应的时延故障。图2 1 给出了时延故障 测试的硬件模型。 刭输入镄存器e - - _ 组合电路1 = 二啊j 郦 。1 t1 一 寸钟c 1 n 时钟c 2 r 图2 1 时延故障测试的硬件模型 6 上海大学硕士学位论文 时钟c l ，c 2 分别为输入锁存器和输出锁存器的输入时钟，其时钟周期为t s ， 中间的组合网络为待测的组合电路部分。假定测试向量集为( v 1 v 2 ) 。时钟c l ， 在t 0 时刻经输入锁存器将输入向量v l 送入被测的组合电路，待电路的各点状态稳 定之后，在t l 时刻输入v 2 。如果电路的工作时钟周期为t ，则在t 2 - - t l + t ：时刻由时 钟c 2 将组合网络的输出锁存到输出锁存器中。将输出的状态和预期的逻辑值相比 较可判断被测电路中是否存在时延故障。 2 2 时延故障的模型 对时延故障测试的研究一般基于两种时延故障模型：路径时延故障模型和门 时延故障模型。 路径时延故障模型是假定电路中延时引起组合路径累积延时超过规定的持 续时间而产生的时延故障。对于电路中每个组合路径分别对应上升和下降沿跳 变，存在两个路径的时延故障。如一条路径由门a ，b ，c 组成，那对应的路径时延 故障分别为下a b c 和上a b - c ，其中箭头表示路径输入端的跳变方向。电路中路 径时延故障的数量是电路中物理故障的两倍。类似于单呆滞型故障，在路径时延 故障模型也只考虑单路径时延故障。路径时延模型基本上能够反映时延故障的发 生状况，但是由于在大规模电路中路径时延故障模型的路径数过大，通路过长， 同时路径时延故障的测试需要对路径上的通路信号和路径外的旁路信号都进行 很好的控制。所以路径时延故障测试要求较高，同时在电路中获得的故障覆盖率 很低。因此目前路径时延模型很难在实际中得到广泛的应用。 门时延故障模型描述由电路中单独某个元件过大延迟引起的电路在时间特 性上的不正确表现。一个门时延故障的尺寸定义为它超出该元件正常延迟范围的 大小。根据门时延故障模型，人们进一步提出了跳变时延故障模型。在跳变时延 故障模型下假设一个短路径( 连线) 上的时延故障足够大到使得所有经过该故障 点通路的传输时延都超过了给定时钟周期限制。连线上时延有两种可能的故障， 分别是s l o w t o r i s e 和s l o w t o f a l l 。类似于单呆滞型故障，在跳变时延故障模型也 只考虑单跳变时延故障。跳变时延故障模型有它的局限性，由于仅仅是短路径的 敏化，所以不能测试大量门中小的延迟累积后引起的延时失效。然而也由于是短 7 量的获得相对比 跳变时延故障的 延故障为研究对 如段时延故障模 通过将电路通路 径时延故障模型 了前面所提到的 门时延故障模型、路径时延故障模型等之外，有关文献从其他角度对时延故障模 型作了研究。例如，文献 2 5 】对嵌入i p ( i n t e l l e c t u a lp r o p e r t y ) , - 苎= , 核提出了一种 基于二元判定 ( b i n a r yd e c i s i o nd i a g r a m ，b d d ) 的符号通路模型。文献【2 6 】和 文献1 2 7 则提出了一种祸合时延故障模型，适合于高层次级内嵌口的模块电路。 文献 2 8 】提出了一种传播时延故障模型，用来对描述每个门的集中门时延缺陷 和在故障传播通路上的分布时延缺陷作测试。文献【2 9 】对通路时延故障检测提 出了一种模糊模型。这些模型对于特定类型的电路具有更好的适应性。文献【3 0 更是在跳变时延模型中结合了路径时延，提出了跳变路径时延模型。 2 3 时延故障的测试分类 时延故障的测试就是检测信号输出端是否能及时的对输入信号的跳变做出 及时的反应。在时延故障的测试中不同的测试向量检测故障的能力不同。在对电 路进行时延故障测试时，根据旁路输入约束值不同可以取得不同的测试质量。目 前常用的测试有：单路敏化测试、强健测试( r o b u s tt e s t ) ，非强健测试( n o n r o b u s t t e s t ) ，下面分别加以说明。 2 3 1 单路敏化测试 如果存在个测试向量集( v l ，v 2 ) ，使得从原始输入端送入的一个上升( 或 下降) 跳变只沿着通路p 传播到原始输出端。通路上的所有门的旁路输入都是取该 门的恒定非控制值。这样测试就叫单路敏化测试。在单路敏化测试定义中的“恒 上海大学硕士学位论文 定”指不存在任何跳变，即在输入向量集( v l ，v 2 ) 的作用下该线始终保持同样 的逻辑值。 图2 2 单路敏化实例 如图2 2 输入a 有一个跳变，要让跳变传递到输出e ，必须通过a - g 1 d g 2 e ， 根据单路敏化测试的定义，必须使输入b 为l ，输入c 为0 ，即向量集( 0 1 0 ，1 1 0 ) 能对电路进行单路敏化测试。 以上可以看出，单通路可敏化条件非常苛刻，因此它的测试质量也最高，转 播通路上的跳变不受电路中的冒险、毛刺等现象的影响而始终能在输出观测，同 时也不受其他通路时延的影响，因而也可以用于时延故障的诊断。但是，一个电 路中的通路往往很难保证其路旁逻辑值都为恒定非控制值。即使这样的通路存 在，其数量也特别少。为此，人们研究了测试条件较宽松的强健测试和非强健测 试。 2 。3 2 强健测试 如果存在一个测试向量集( v l ，v 2 ) ，使得从原始输入端送入的一个上升( 或 下降) 跳变只沿着通路p 传播到原始输出端。如果需要成为一个强健测试，当且仅 当如下的条件成立： ( v 1 ，v 2 ) 在通路p 的输入线上产生了相应的跳变； 如果通路p 上某门的路上输入为n c v c v 的跳变，则该门的路旁输入取恒 定的非控制值； 如果通路p 上某门的路上输入为c ”n c v 的跳变，则该门的路旁输入取 c v _ n c v 的跳变或者取恒定的非控制值； 其中c v 表示控制值，n c v 表示非控制值。 强健测试条件保证了下面的现象：不管电路中其他通路上的时延如何，在被 测通路上的路上输入跳变到来之前，这条通路上不会存在其他跳变。因此，如果 被测通路没有时延故障，电路的输出端在v 2 的作用下跳变到正确逻辑值的时间 9 2 3 3 非强健测试 由于强健测试所具有的强健性，人们总是希望尽可能找到通路的强健测试。 但是，研究结果表明，一般电路中大部分通路都是强健不可测的。因此，人们进 一步提出了非强健测试条件。在单故障的假定下，非强健测试能有效地检测电路 中存在的通路时延故障。 如果存在一个测试向量集( v l ，v 2 ) ，使得从原始输入端送入的一个上升( 或 下降) 跳变只沿着通路p 传播到原始输出端。如果需要成为一个非强健测试，当且 仅当如下的条件成立： ( v l ，v 2 ) 在通路p 的输入线上产生了相应的跳变； 通路p 上所有门的路旁输入为取c v m c v 的跳变或者取恒定的非控制值。 z c p夸一广一 图2 4 非强健敏化标准示例 图2 4 表示了个与门的非强健敏化标准。传播通路为粗线表示。如果在路 上输入a 存在一个下降跳变，在路旁输入b 存在一个上升跳变，则与门的输出跳变 1 0 上海大学硕士学位论文 取决于各输入跳变的到达时刻。如果路旁输入b 的跳变到达时刻比路上输入a 的跳 变到达时刻还要晚，则其值将会掩盖路上输入故障向输出的传播。在这种情况下， 非强健测试称为失效。而假定单故障的情况下在另一方面，如果a 点存在时延故 障，那路旁输入b 跳变时间一定早于通路上输入a 跳变时间，则路上输入a 的故障 则在输出c 能够观测到，该故障则可测。 图2 5 非强健测试实例 图2 5 给出一个非强健测试的例子，输入b 有一个上跳变，要让跳变通过 b g 1 e g 2 趑条通路传递到输出f ，如根据强健测试的定义，要求a 为1 ，d 为l ， 但是b 有一个上跳变，不可避免d 也将有个上跳变，那就无法满足强健测试条件， 这样的测试就是一个非强健测试。 进一步考虑上例中，如果b 点有个较大延时，同时d 点也有个较大延时，这 样输出蹴恒定在0 上，造成测试结果没有延时。而如果假定了电路只有单故障存 在，那就不会有这样的问题出现。 2 4 对于跳变时延故障以及测试方式选择 从本章前面的介绍可以看到时延故障有多个不同的故障模型如路径时延故 障模型、跳变时延模型还有其他一些模型。目前工业上对时延故障的测试正在起 步阶段，目前主要进行相对比较容易实现的跳变时延故障的进行测试。因此本文 从实际应用的角度出发，选择跳变时延故障作为研究对象。从本章前面介绍中可 以看到，跳变时延故障作为一种重要的时延故障的模型，但它测试方便可操作性 强，可应用与全电路测试，在当前时延故障的实际应用刚刚展开阶段，有着很强 的实际应用价值。 本章上节介绍了3 种时延故障测试方式，分别是单通路可敏化测试、强健测 试和非强健测试。将这几种时延故障的测试类型和它们之间的包含关系进行了总 结，如图2 6 所示。根据这种通路时延故障的分类，人们在对电路进行时延故障 可以 余的 图2 6 时延故障包含关系图 本文研究的跳变时延故障( 以下也称作跳变故障) ，在模型中已经约束了使 用单故障模型，这样保证的非强健测试的有效性。同时选择非强健测试相比单通 路敏化和强健测试有以下优点： 测试结构构建相对容易，硬件开销相对较少； 电路的测试向量生成比较容易； 可以获得较高的时延故障覆盖率。 所以本文选择测试方式为非强健测试，按照非强健测试方式进行测试过程构 建已经向量生成。同时本文对跳变时延故障的研究结合了部分扫描技术。在部分 扫描后的电路上进行不同的跳变时延测试过程。 本章介绍了时延故障有多个不同的故障模型如路径时延故障模型、跳变时延 模型还有其他一些模型，以及单通路可敏化测试、强健测试和非强健测试这3 种 时延故障测试方式。并阐述了本文选择跳变时延进行非强健测试的原因和理由。 在之后的第三章中，将结合使用部分扫描技术的电路具体阐述跳变时延故障的测 试方法；在第四章阐述的是对于第三章中使用部分扫描技术的电路进行跳变故障 a t p g 的方法。 1 2 使得所 际应用 于扫描 发器并 获得的 测试结果也可以通过移位观察到，所以可以把一个扫描触发器作为可以自由设定 值的伪输入( p s e u d op r i m a r yi n p u t ) 和可直接观察测试结果的伪输出r p s e u d o p r i m a r yo u t p u t ) ，以简化扫描剩余电路。 而对于跳变时延故障的测试需要一个由两个向量组成的向量集( v l ，v 2 ) 而只能存放一个向量，这必然给扫描电路中跳变时延故障的测试造成困难，本章 从介绍传统基于全扫描的跳变故障测试方式入手，从减少硬件电路成本方面考 虑，提出了两种基于部分扫描结构的跳变时延测试方式。并且从提高跳变故障覆 盖率的角度提出了进一步改进方案。并在i s c a s 8 9 对提出跳变时延故障的测试方 案与传统测试方案进行比较，给出验证数据。 3 1 传统跳变故障测试方法 传统的跳变故障测试方法都是基于全扫描结构的。电路中所有的触发器都 替换为扫描触发器，使用伪输入和伪输出简化的扫描剩余电路是一个组合逻辑电 路，传统的跳变故障测试方法都是针对组合逻辑电路的测试方式。 3 1 1 使用增强扫描触发器的跳变故障测试 对于时延故障，无论是跳变时延故障还是路径时延故障，都需要使用两个 测试向量。第一个向量用来初始化电路，使电路到达测试条件。第二个向量用来 上海大学硕士学位论文 激活故障并把故障传递到输出端口。假设v l 和v 2 组成一个时延测试的测试向量 集，其中v l 为向量集中第一个向量，v 2 为向量集中第二个向量。那么对测试电 路中某点l 进行s l o w t o - r i s e 的测试，向量v l 用来对电路初始化，使l 变为测试需要 的值0 ，向量v 2 用来激活对于点l 的s t u c k a t 0 的