可预测时序逻辑电路测试方法

20/23可预测时序逻辑电路测试方法第一部分时序逻辑电路的可预测性特征 2第二部分时序逻辑电路故障模型的分类 4第三部分可预测时序逻辑电路测试技术 6第四部分时序可控性与可观测性分析 9第五部分时序检查序列生成算法 12第六部分时序逻辑电路测试验证方法 14第七部分测试序列压缩与优化 17第八部分可预测时序逻辑电路测试自动执行 20

第一部分时序逻辑电路的可预测性特征关键词关键要点【可预测时序逻辑电路的可控性特征】：

1.可控性是指能够将电路中的所有内部状态设置或重置到所需状态的能力。

2.时序逻辑电路的可控性由其结构和时钟信号的性质决定。

3.充分的可控性可以简化电路的测试过程，提高测试效率。

【可观测性特征】：

时序逻辑电路的可预测性特征

概述

可预测性是时序逻辑电路的一项关键特性，指能够在给定输入条件下对电路行为进行可靠预测的能力。由于其在设计验证、故障诊断和其他应用中的重要性，可预测性已成为时序逻辑电路研究领域的主要关注点之一。

基本概念

可预测性通常由以下两个方面来衡量：

*确定性：电路在相同输入条件下总是产生相同的输出。

*可重复性：电路在重复输入序列的情况下产生相同的输出序列。

可预测性的影响因素

多种因素会影响时序逻辑电路的可预测性，包括：

*门延迟：实际门电路的延迟时间可能不同，导致信号到达时间不一致。

*互连延迟：导线和连接器之间的延迟也会影响信号传播。

*温度和电压变化：环境条件的变化会影响电路延迟特性。

*故障：开路、短路或其他故障可能会导致电路行为不可预测。

可预测性度量

有几种方法可以衡量时序逻辑电路的可预测性，包括：

*最坏情况测试：使用最坏情况输入序列进行测试，并验证电路始终产生预期的输出。

*路径分析：模拟电路在各种输入条件下的所有可能执行路径，并检查是否存在任何不可预测行为。

*同步电路模型：假设门延迟为零，并将电路抽象为同步电路，然后使用形式化验证技术检查其可预测性。

可预测性的应用

可预测性的度量在时序逻辑电路设计中具有广泛的应用，包括：

*设计验证：确保电路在预期条件下按预期工作。

*故障诊断：识别和定位故障，以进行有效维修。

*安全关键系统：确保在关键时间点和条件下的行为可预测，以最大限度地减少故障风险。

*测试生成：开发测试序列以高效检测不可预测行为。

*时序优异化：修改电路设计以改善其可预测性，降低风险。

提高可预测性的技术

有许多技术可以提高时序逻辑电路的可预测性，包括：

*同步设计：使用时钟或其他同步机制来协调电路操作。

*边沿触发器：仅在特定边沿响应输入信号，以消除毛刺和竞争条件。

*门控时钟：使用门电路来控制时钟信号的分布，以减少时序偏差。

*可控延时线：使用可调整的延迟线来补偿延迟差异并确保信号同步。

*容错设计：使用冗余和纠错机制来处理不可预测поведение。

结论

可预测性是时序逻辑电路的一项至关重要的特性，它对于确保电路在各种条件下可靠和可信地操作至关重要。通过理解影响可预测性的因素、测量其程度以及使用适当的技术来提高其可预测性，设计人员可以开发出高效、可靠的时序逻辑系统。第二部分时序逻辑电路故障模型的分类关键词关键要点【故障类型】：

1.永久性故障：逻辑电路中的组件永久性失效或损坏，导致电路始终表现出故障状态。

2.间歇性故障：逻辑电路中的组件偶尔出现故障，导致电路在一段时间内表现出故障行为。

3.参数故障：逻辑电路中的组件参数随时间或环境变化而超出正常范围，导致电路性能下降或失效。

【故障机制】：

时序逻辑电路故障模型分类

时序逻辑电路故障模型将故障分为两类：组合故障和时序故障。

1.组合故障

组合故障是指电路的逻辑功能出了问题，可以通过静态测试方法来检测。其表现为：

*逻辑功能不正确：电路输出与期望输出不一致，无法实现预定的逻辑功能。

*短路故障：电路中的两个或多个节点之间出现低阻抗连接，导致故障信号传播。

*开路故障：电路中的连接断开，导致信号无法正常传播。

*连线错误：电路中的连线与设计不一致，导致错误的逻辑功能。

*桥接故障：电路中的两个或多个不相连的节点之间出现高阻抗连接，导致错误的信号传播。

2.时序故障

时序故障是指电路的时间行为出了问题，无法在规定的时间内完成预定的操作。其表现为：

*时序延迟：信号的传输或处理延迟增加，导致电路无法及时响应输入信号。

*时序提前：信号的传输或处理提前，导致电路在不应该响应时响应输入信号。

*时序丢失：信号在传输或处理过程中丢失，导致电路无法响应输入信号。

*时序故障：电路中的定时元件失效，导致定时误差，影响电路的时序行为。

*竞争冒险：两个或多个时序信号相互干扰，导致电路产生不确定的行为。

进一步细分，时序故障可分为以下类型：

2.1惯性故障

惯性故障是指电路在时序操作期间保持在不正确状态。其表现为：

*粘着故障：输出保持在高电平或低电平，而输入信号发生变化。

*毛刺故障：输出产生短时的、不希望的脉冲。

2.2过渡故障

过渡故障是指电路在时序操作期间输出信号出现暂时性错误。其表现为：

*尖峰故障：输出产生尖峰脉冲，幅度较大，持续时间短。

*毛刺故障：输出产生毛刺脉冲，幅度较小，持续时间较长。

*争论故障：输出在稳定状态之间快速切换，没有确定的电平。

2.3故障掩蔽

故障掩蔽是指由于其他故障的存在，导致某些故障无法检测出来。其表现为：

*逻辑掩蔽：一个故障被另一个故障的逻辑影响所掩盖，导致测试方法无法检测到该故障。

*时序掩蔽：一个故障由于时序行为的影响而被掩盖，导致测试方法无法检测到该故障。第三部分可预测时序逻辑电路测试技术关键词关键要点【伪随机测试】：

1.根据特定的概率分布生成伪随机输入序列，覆盖电路的不同状态和路径。

2.适用于对随机性和不可预测性有要求的电路，例如密码学和安全系统。

3.通过调整概率分布，可以提高测试效率和覆盖率。

【确定性测试】：

可预测时序逻辑电路测试技术

引言

可预测时序逻辑电路广泛应用于现代电子系统中，其测试至关重要，以确保可靠性和功能正确性。可预测时序逻辑电路测试技术旨在系统地测试此类电路，发现故障并确保其满足设计规范。

测试原理

可预测时序逻辑电路测试的基本原理是将电路输入特定序列的测试向量，并观察其输出响应。通过比较观察到的响应与预期的正确响应，可以检测故障。

测试向量生成

测试向量生成是时序逻辑电路测试的关键步骤。用于生成测试向量的技术包括：

*基于故障的测试向量生成：将故障模型应用于电路，生成检测特定故障的测试向量。

*基于控制流的测试向量生成：追踪电路的控制流，生成访问电路所有状态和转换的测试向量。

*启发式测试向量生成：使用启发式算法生成可能检测较高故障覆盖率的测试向量。

故障模型

故障模型描述了可能发生的电路故障类型。常见的故障模型包括：

*粘着故障：逻辑值被永久固定在逻辑0或逻辑1。

*桥接故障：两条线之间形成短路连接。

*延迟故障：信号传播延迟超出允许范围。

故障检测

故障检测是比较观察到的电路输出响应与预期的正确响应的过程。故障检测技术包括：

*匹配故障检测：直接比较观察到的响应与正确响应。

*错误信息故障检测：应用错误信息注入电路，观察其响应是否与预期一致。

*覆盖度驱动故障检测：通过在测试向量中添加额外的覆盖度点来提高故障检测覆盖率。

故障定位

故障定位确定故障的根源。故障定位技术包括：

*二分查找：通过逐步细化电路来缩小故障的位置。

*启发式故障定位：使用启发式算法来快速定位故障。

*扫描链故障定位：使用可扫描设计技术来分离逻辑电路和测试接口。

优势

可预测时序逻辑电路测试技术具有以下优势：

*系统性：提供了一种结构化的测试方法，以全面覆盖电路故障。

*可预测性：能够预测测试向量的故障覆盖率，从而提高测试效率。

*自动化：大部分测试过程可以自动化，减少人工干预。

局限性

可预测时序逻辑电路测试技术也存在一些局限性：

*测试时间长：生成和执行大量测试向量可能需要很长时间。

*成本高：要求复杂的测试设备和专业技术。

*难以识别间歇性故障：可能无法检测到不稳定或罕见发生的故障。

应用

可预测时序逻辑电路测试技术广泛应用于以下领域：

*集成电路设计和验证

*电子系统测试和验证

*半导体制造质量控制

*航空航天和国防应用

发展趋势

可预测时序逻辑电路测试技术不断发展，研究方向包括：

*缩短测试时间：开发更有效的测试向量生成和执行算法。

*降低测试成本：探索低成本测试方法和设备。

*提高故障覆盖率：改进故障模型和故障检测技术，以覆盖更广泛的故障类型。

*提高自动化程度：开发自动化测试系统和流程，以减少人工干预。第四部分时序可控性与可观测性分析关键词关键要点【可预测时序逻辑电路时序可控性分析】

1.可控性是衡量输入刺激能否激发特定时序故障的能力。

2.根据电路结构和故障模型，开发基于故障覆盖和路径敏感的可控性度量标准。

3.使用可控性度量标准评估电路对不同时序故障的敏感性，指导测试向量的生成。

【可预测时序逻辑电路时序可观测性分析】

时序可控性与可观测性分析

时序可控性与可观测性分析是可预测时序逻辑电路测试方法中至关重要的一步，用于评估电路对测试激励的响应能力和故障检测能力。

时序可控性

时序可控性衡量电路内部状态能否被外部激励（如测试模式）可靠地控制。可控性低的电路可能会导致无法对某些故障进行测试或诊断。

评估时序可控性

通常使用可控性度量（如D算法、SDP算法）来评估电路的可控性。这些度量衡量特定状态在特定时间步长内的可控程度。

提高时序可控性

提高时序可控性的技术包括：

*插入可控性点（如复位、置数器）

*优化时序逻辑结构

*添加测试模式或扫描链

时序可观测性

时序可观测性衡量从电路的外部观察点（如输出引脚）检测故障的难易程度。可观测性低的电路可能会导致无法诊断或定位故障。

评估时序可观测性

可观测性度量（如O算法、OPO算法）用于评估电路的可观测性。这些度量衡量特定故障在特定时间步长内被检测出的可能性。

提高时序可观测性

提高时序可观测性的技术包括：

*插入可观测性点（如状态寄存器、输出缓冲器）

*优化时序逻辑结构

*添加测试模式或扫描链

时序可控性、可观测性联合分析

在实际电路中，时序可控性和可观测性相互依存。一个电路的可控性可能会影响其可观测性，反之亦然。因此，需要对时序可控性和可观测性进行联合分析，以获得电路测试性的综合视图。

联合分析方法

联合分析方法包括：

*控制可观测性(CO)：评估特定状态在特定时间步长内被控制和检测的可能性。

*可控可观测性(CTO)：评估一个状态被控制和随后被检测的一系列状态序列的可能性。

提高联合可控可观测性

提高时序电路联合可控可观测性的技术包括：

*优化时序逻辑结构

*插入可控性和可观测性点

*添加测试模式或扫描链

*采用特定测试生成算法第五部分时序检查序列生成算法关键词关键要点可观察性分析

1.确定电路中可观察的事件，例如触发器的状态变化或输出信号的翻转。

2.使用符号形式或状态图来表示电路的行为，突出显示可观察的事件。

3.识别电路中的潜在故障，并确定故障将如何影响可观察的事件。

故障分类

1.将电路中的潜在故障分为不同类型，例如卡零故障、卡一故障和时序故障。

2.根据故障类型对可观察的事件进行分类，以确定哪些故障会影响哪些事件。

3.确定故障检测和隔离所需的附加可观察性功能，例如冗余逻辑或附加传感器。时序检查序列生成算法

简介

时序检查序列生成算法是生成一组测试序列以检测时序逻辑电路中时序故障的关键技术。时序故障是指电路的输出在错误的时间点发生变化，这可能导致系统功能错误。

算法原理

时序检查序列生成算法基于以下原理：

*异常时序故障可以通过一系列输入引发，这些输入在正常情况下不会触发故障。

*这些故障引发序列可以通过符号方法或概率方法生成。

符号方法

符号方法使用正则表达式或Petri网来描述时序电路的行为。通过符号模拟技术，可以生成一组覆盖时序故障引发条件的输入序列。

概率方法

概率方法基于故障模型和测试序列的概率分布。通过优化算法，可以生成一组输入序列，最大化故障检测概率。

生成步骤

时序检查序列生成算法通常包括以下步骤：

1.故障模型定义：识别和定义目标时序故障模型，如竞争故障、毛刺故障等。

2.电路建模：使用符号模型或状态转换图对时序电路进行建模。

3.序列生成：根据故障模型和电路模型，使用符号方法或概率方法生成测试序列。

4.覆盖率评估：评估生成序列对时序故障的检测覆盖率。

5.序列优化：如果覆盖率不充分，则使用优化算法对序列进行优化，以提高故障检测能力。

算法评估

时序检查序列生成算法通常根据以下指标进行评估：

*故障覆盖率：算法检测目标时序故障的百分比。

*序列长度：测试序列的长度，较短的序列更易于执行。

*计算开销：生成算法的计算复杂度和时间成本。

应用

时序检查序列生成算法在以下领域具有广泛的应用：

*时序逻辑电路测试：检测集成电路和系统级芯片中的时序故障。

*形式验证：验证时序规范是否满足。

*故障诊断：识别和定位时序电路中的故障。第六部分时序逻辑电路测试验证方法关键词关键要点【时序逻辑电路测试验证方法】

1.时序逻辑电路测试验证方法包括静态测试和动态测试两种类型。

2.静态测试方法主要针对组合逻辑电路，通过施加特定输入模式来检测电路是否存在故障。

3.动态测试方法主要针对时序逻辑电路，通过施加时序输入模式来检测电路是否存在故障。

【扫描测试方法】

时序逻辑电路测试验证方法

一、功能验证

*仿真验证：

*使用仿真器模拟电路行为，输入各种测试向量以验证输出与预期结果的匹配。

*优点：效率高，覆盖率高。缺点：难以发现隐藏缺陷。

*形式验证：

*使用形式化方法，如模型检验，验证电路在所有可能状态下的行为是否满足规范。

*优点：可穷尽所有状态，确保正确性。缺点：计算复杂度高，仅适用于小规模电路。

二、结构验证

*扫描测试：

*在电路中加入扫描链，将内部节点连接起来形成可连续移位的序列。

*优点：覆盖率高，易于实现。缺点：需要额外的电路开销。

*边界扫描（BIST）：

*在芯片周围加入边界扫描寄存器，允许测试数据从外部移入和移出。

*优点：无需外部测试设备。缺点：需要额外的电路开销，测试时间较长。

三、时序测试

*时序故障模型：

*延迟故障：门电路的延迟时间超出预定范围。

*毛刺故障：门电路输出在时钟上升/下降沿附近出现短时扰动。

*桥接故障：两个或多个节点之间的意外连接，导致短路或断路。

*时序测试方法：

*动态时序测试（DTT）：

*在电路工作速度下应用测试向量，检测时序故障。

*优点：逼真的测试条件。缺点：测试时间长，开销大。

*时序扫描测试（TST）：

*将扫描链技术应用于时序电路。

*优点：减少测试时间和开销。缺点：覆盖率较低。

*自动向量生成（ATG）：

*使用算法自动生成测试向量以检测时序故障。

*优点：可定制测试序列以提高覆盖率。缺点：算法复杂度高。

四、设计自测（DFT）

*BIST：

*芯片内包含用于自测试的BIST电路。

*优点：无需外部测试设备，测试成本低。缺点：测试时间长，覆盖率较低。

*嵌入式诊断（EDA）：

*芯片内包含用于诊断故障的EDA电路。

*优点：可识别和定位故障。缺点：需要额外的电路开销。

*设计中可测试性（DFT）：

*在设计阶段，通过优化电路结构和添加可测性特性来提高测试效率。

*优点：提高可测试性，降低测试时间和开销。缺点：需要设计变更。

五、先进时序测试技术

*时序可预测性分析（TPA）：

*根据电路结构和时序要求预测时序故障的敏感性。

*优点：指导测试策略，提高测试效率。缺点：模型依赖性。

*寄生效应考虑：

*考虑寄生电容、电感和阻抗对时序行为的影响。

*优点：提高测试准确性，避免漏检。缺点：增加了测试复杂度。

*多核和片上系统（SoC）：

*针对多核和SoC的定制时序测试方法。

*优点：处理并行性和信号完整性问题。缺点：测试复杂性高。第七部分测试序列压缩与优化关键词关键要点测试序列冗余分析

1.通过识别序列中的等价和冗余部分，消除不必要的测试向量，减小序列长度。

2.利用布尔代数和基于图的算法，分析测试序列中逻辑关系，识别和删除冗余向量。

3.通过减少测试序列冗余，提高测试效率和缩短测试时间。

测试序列分割和合并

1.将长测试序列分解为较小的子序列，方便测试和调试。

2.合并相似的子序列，减少测试序列的长度和复杂度。

3.通过分割和合并，优化测试序列的结构和可管理性。

测试序列优化算法

1.使用启发式和优化算法，自动生成高效的测试序列。

2.利用进化算法、禁忌搜索和模拟退火等技术，优化序列长度和测试覆盖率。

3.通过自动化优化，提高测试序列生成效率和准确性。

测试序列压缩

1.利用数据压缩技术，对测试序列进行无损压缩，减少序列的存储空间占用。

2.使用高效的压缩算法，如哈夫曼编码和LZW算法，达到高压缩比。

3.通过压缩，减轻测试序列存储和传输的负担。

测试序列动态生成

1.在测试过程中动态生成测试向量，根据待测电路的响应调整测试策略。

2.利用自适应算法和机器学习技术，优化测试序列，提高测试覆盖率。

3.通过动态生成，实现更灵活、更有效的测试方法。

测试序列验证

1.验证测试序列的正确性和有效性，确保其能够检测目标故障。

2.使用仿真工具和形式化验证技术，检查序列的覆盖率和诊断能力。

3.通过验证，确保测试序列的质量和可靠性。测试序列压缩与优化

引言

测试序列压缩和优化对于可预测时序逻辑电路的测试至关重要。这些技术有助于减少测试序列的长度并提高测试效率。

测试序列压缩

测试序列压缩涉及使用技术来减少测试序列中逻辑值的总数量。这可以通过以下方法实现：

*模式合并：将具有相似功能的多个测试模式合并为一个模式。

*状态压缩：使用状态编码技术将冗余状态信息表示为更少的比特。

*X值填充：在不影响测试质量的情况下，用未知值(X)填充测试序列的某些部分。

测试序列优化

测试序列优化旨在通过安排测试模式的顺序来提高测试效率。这可以通过以下方法实现：

*启发式算法：使用贪心算法、模拟退火或遗传算法等启发式算法来找到测试模式的优化顺序。

*依赖关系分析：分析测试模式之间的依赖关系以确定最佳执行顺序。

*容错化：插入容错元素以处理不可预测的行为或电路故障。

测试序列压缩和优化方法

有许多用于测试序列压缩和优化的具体方法，包括：

压缩方法：

*PODEM：可观察性驱动的路径枚举，通过仅激活路径上的故障检测点来减少测试模式的数量。

*FASTAR：快速自动刺激技术，使用状态压缩和X值填充来减少测试序列的长度。

*FASTEST：快速自动状态和事件刺激技术，扩展了FASTAR，包括容错化机制。

优化方法：

*贪心算法：一种简单的启发式算法，每次迭代选择最佳测试模式。

*模拟退火：一种概率算法，通过逐步降低温度来寻找最优解。

*遗传算法：一种基于进化的算法，通过交叉和突变等操作生成新的测试序列。

评估压缩和优化技术

测试序列压缩和优化技术的有效性通过以下指标进行评估：

*压缩率：原测试序列与压缩测试序列之间的大小差异。

*时间复杂度：压缩和优化算法所需的时间。

*测试覆盖率：压缩测试序列检测故障的能力。

结论

测试序列压缩和优化对于有效测试可预测时序逻辑电路至关重要。通过采用这些技术，测试工程师可以减少测试序列的长度，提高测试效率并降低测试成本。第八部分可预测时序逻辑电路测试自动执行可预测时序逻辑电路测试自动执行

引言

可预测时序逻辑电路是一种常见的数字电路类型，广泛应用于计算机、通信和工业控制等领域。这些电路的特点是其输出不仅取决于当前输入，还取决于电路之前状态。测试可预测时序逻辑电路需要考虑其时间行为，这增加了测试复杂性。

自动执行可预测时序逻辑电路测试

为了应对可预测时序逻辑电路测试的挑战，研究人员开发了各种自动化方法。这些方法旨在简化测试过程，提高测试效率和准确性。以下