翟濤

(中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所,陜西西安 710068)

大規(guī)模集成電路的功能測試研究

翟濤

(中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所,陜西西安 710068)

本文介紹了大規(guī)模集成電路功能測試的基本原理,并對(duì)集成電路功能測試的幾個(gè)主要方法進(jìn)行了概述,通過對(duì)比每種測試方法的優(yōu)缺點(diǎn),進(jìn)而得出模擬故障法為適合我國大規(guī)模集成電路功能測試的最佳方法。該方法主要是解決了隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,單個(gè)電路本身的輸入、輸出管腳數(shù)量不斷增加而帶來的測試矢量呈現(xiàn)指數(shù)增長的問題,從測試時(shí)間和測試成本上考慮,使用傳統(tǒng)的窮舉法已經(jīng)不可能符合大規(guī)模集成電路的測試要求。與傳統(tǒng)的窮舉法相比,它可以在不降低測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性的同時(shí),使編制程序所需要的測試矢量控制在可以接受的水平上。最后,本文介紹了模擬故障法的主要思路和測試順序。

大規(guī)模集成電路 功能測試 模擬故障法

1 大規(guī)模集成電路功能測試基本原理及其研究的必要性

在集成電路的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用階段，不可避免的會(huì)出現(xiàn)故障，為了保證集成電路工作的可靠性，必須對(duì)它進(jìn)行必要的測試。集成電路的測試一般分為三個(gè)部分：靜態(tài)測試、動(dòng)態(tài)測試和功能測試。一般來說，每種集成電路的靜態(tài)測試和動(dòng)態(tài)測試的方法和原理都是一致的，因此，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)的測試是較為容易的，但由于大規(guī)模集成電路的多樣性和復(fù)雜性，其功能測試一直成為電路測試領(lǐng)域中較為頭疼的問題。

一般傳統(tǒng)的集成電路功能測試是：在集成電路的原始輸入端施加若干輸入矢量作為激勵(lì)信號(hào)，觀察由此產(chǎn)生的輸出響應(yīng)，與預(yù)期的正確結(jié)果相比較，一致則表示集成電路正常，不一致則表示集成電路不正常。集成電路的功能測試問題的關(guān)鍵是在于對(duì)集成電路的原始輸入端施加什么樣的輸入矢量然后通過比較輸出響應(yīng)來判斷集成電路是否正常。但是隨著集成電路的規(guī)模擴(kuò)大，測試生成變的越來越困難。大型集成電路的測試和故障診斷對(duì)于計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的要求越來越高，所需的計(jì)算機(jī)的內(nèi)存容量也越來越大，使得傳統(tǒng)的測試方法失去了實(shí)用的價(jià)值，尋找簡單的、有效的測試方法就成為測試領(lǐng)域中的一個(gè)非常重要的研究課題。

2 大規(guī)模集成電路功能測試方法的選擇

大規(guī)模集成電路的功能測試是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，現(xiàn)在對(duì)集成電路在國內(nèi)和國際有各種測試方法，大概分為以下三類：

(1)窮舉法測試：優(yōu)點(diǎn)是故障覆蓋率達(dá)到100%，缺點(diǎn)是大規(guī)模集成電路測試時(shí)間過長，對(duì)于大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的測試不適用。

(2)自建內(nèi)測法：即在設(shè)計(jì)大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路時(shí)，即考慮到以后集成電路的測試問題，有意識(shí)的在芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)了一個(gè)專用的測試回路，當(dāng)需要對(duì)電路進(jìn)行測試時(shí)，只需要向芯片發(fā)出一段特殊的代碼或測試向量，芯片內(nèi)部自動(dòng)進(jìn)行測試，測試完成后，芯片返回測試結(jié)果。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：測試速度快，時(shí)間短，故障覆蓋率高，是現(xiàn)在國內(nèi)外流行的測試方法。但是，缺點(diǎn)是：如果不是芯片的生產(chǎn)廠家，基本上不可能知道那段特殊的代碼或測試向量，不能使用這種測試方法。

(3)模擬故障法：即為本文推薦的方法，優(yōu)點(diǎn)：測試時(shí)間短，代碼長度短，故障覆蓋率高，并可以通過概率論的方法計(jì)算出確定的故障覆蓋率，無須生產(chǎn)廠家的協(xié)助，可獨(dú)立開發(fā)測試程序，比較適合中國現(xiàn)在大規(guī)模集成電路依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀。缺點(diǎn)：未發(fā)生過的故障或不知道的故障模式無法模擬，且需要測試程序的編制人員對(duì)集成電路結(jié)構(gòu)和使用方法有一定的了解。

在目前我國大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路基本依賴進(jìn)口，而且由于知識(shí)產(chǎn)權(quán)的原因，我們不可能得到國外生產(chǎn)廠家關(guān)于集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方面的具體信息和測試源代碼，既然我們由于測試時(shí)間原因不能通過窮舉法編制測試程序，那么模擬故障法就是成為目前可以接受的一種測試方法，值得我們?cè)趯?shí)際工作中大量使用。

3 模擬故障法的主要思路

運(yùn)用模擬故障法時(shí)，在測試一個(gè)集成電路之前，首先需要確定兩個(gè)問題：

(1)集成電路故障模式的發(fā)生位置。

(2)集成電路故障模式出現(xiàn)時(shí)所需要的輸入條件。

無論多么復(fù)雜的集成電路，都可以分解為由不同的模塊和不同的模塊間的連接線所構(gòu)成，所以集成電路失效無非由三種故障所引起：

(1)模塊間連接線故障；

(2)內(nèi)部模塊故障；

(3)前后執(zhí)行語句可能產(chǎn)生的相互影響(主要對(duì)于CPU、DSP等類器件而言)。

所以集成電路故障模式的發(fā)生位置主要在三個(gè)位置：連接線、模塊、具體前后軟件語句執(zhí)行過程中。

在確定故障模式發(fā)生的位置之后，就應(yīng)該確定這三種故障模式出現(xiàn)時(shí)所需要的輸入條件。比如通過多年經(jīng)驗(yàn)，我們知道大規(guī)模集成電路的模塊間的連接線故障多是由于物理破壞(蝕刻過度、絕緣層破壞、金屬線斷裂等)而造成線路之間的搭橋或短路引起的，其故障模式導(dǎo)致的故障主要表現(xiàn)的形式為：連接線路表現(xiàn)為?！?”或?！?”，或者在兩個(gè)連接線之間短路時(shí)，表現(xiàn)為分別在兩個(gè)連接線之間，無論輸入如何變化，兩個(gè)連接線輸出電平一致，同為“0”或“1”。因此，集成電路內(nèi)部模塊連接線故障模式出現(xiàn)時(shí)所需要的輸入條件為：單個(gè)連接線路從“0”變?yōu)椤?”或“1”變?yōu)椤?”時(shí)，或者兩個(gè)連接線分別輸入“1”和“0”時(shí)。用同樣的方法，我們可以確定集成電路內(nèi)部模塊的故障模式出現(xiàn)時(shí)所需要的輸入條件和集成電路前后執(zhí)行語句相互影響故障模式出現(xiàn)時(shí)的輸入條件。

根據(jù)我們實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：絕大多數(shù)大規(guī)模集成電路的失效是由于芯片與外部管腳的連接或芯片內(nèi)部各模塊連接出現(xiàn)問題造成的。測試程序一旦測試到某個(gè)集成電路有故障，該個(gè)集成電路的測試應(yīng)立即停止，系統(tǒng)顯示該個(gè)集成電路失效，同時(shí)開始下個(gè)集成電路的測試。所以在考慮到測試時(shí)間和成本的情況下，應(yīng)當(dāng)首先測試模塊間的連接故障，其次才是各個(gè)模塊的測試，最后才是集成電路前后執(zhí)行語句可能產(chǎn)生的相互影響故障模式的測試。

[1][美]MiCheal John Sebastian Smith著,虞惠華,湯庭鰲,來金梅,孫承緩等譯.專用集成電路,第l版,電子工業(yè)出版社,2004.

[2]朱瑜.一種大規(guī)模集成電路測試方法.2006.

[3]樓冬明,陳波.數(shù)字集成電路測試系統(tǒng)的研制.電子技術(shù)應(yīng)用,2001.

[4]谷健,田延軍,史文,張曉黎.集成電路測試技術(shù)與應(yīng)用.中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào),2002.

[5]呂虹.簡易集成電路測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì).合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1995.