数字电路测试课件.ppt

1、L o g oL o g o数字集成电路测试原理数字集成电路测试原理 器件测试的主要目的主要目的是保证器件在恶劣的环境条件下能完全实现设计规格书所规定的功能及性能指标。用来完成这一功能的自动测试设备是由计算机控制的。因此，测试工程师必须对计算机科学编程和操作系统有详细的认识。测试工程师必须清楚了解测试设备与器件之间的接口，懂得怎样模拟器件将来的电操作环境，这样器件被测试的条件类似于将来应用的环境。器件测试的关键目的就是帮助降低器件的生产成本。甚至在优化的条件下，测试成本有时能占到器件总体成本的40%左右。良品率和测试时间必须达到一个平衡，以取得最好的成本效率。L o g oL o g o数字集

2、成电路测试原理数字集成电路测试原理数字集成电路测试原理图如下：被测器件（DUT）输入输出测试向量输出向量测试图形1 0100X HLXLH 10X10 HHLLX测试图形n 测试集L o g oL o g o数字集成电路测试原理数字集成电路测试原理 故障检测故障检测 仅测试电路是仅测试电路是否存在故障。否存在故障。故障诊断故障诊断 不仅检测电路是不仅检测电路是否存在故障，而且否存在故障，而且要指出故障位置，要指出故障位置，进行故障定位。进行故障定位。测试测试原理原理L o g oL o g o数字集成电路常见故障类型数字集成电路常见故障类型 随着VLSI集成度的不断提高，信号线之间出现短路的概

3、率大大增加，把这种由于信号线短路引起电路失效的故障称为“桥接故障桥接故障”。桥桥接故障接故障桥接故障分为三类：输入桥接故障、反馈桥接故障、非反馈桥接故障。L o g oL o g o数字集成电路常见故障类型数字集成电路常见故障类型在在CMOS集成集成电电路中的故障路中的故障 桥接故障对应的模型一般用“线与”或“线或”来表示，这种模型能满足TTL电路需要，但是CMOS电路中，其故障就不能用此表示。桥接故障与版图设计密切相关，所以在设计电路时必桥接故障与版图设计密切相关，所以在设计电路时必须严格遵守加工厂家规定的设计规则。须严格遵守加工厂家规定的设计规则。L o g oL o g o数字集成电路常

4、见故障类型数字集成电路常见故障类型1中断故障中断故障 CMOS电路中的中断（也叫开路）是由实际工艺实施中某点处导电层淀积不充分或某点绝缘材料沉积太多所引起的。用来解释各种中断故障的CMOS与非门电路L o g oL o g o数字集成电路常见故障类型数字集成电路常见故障类型2晶体管固定关断故障晶体管固定关断故障 在设计集成电路时，为了考虑问题的方便，把电路分成了系统级、寄存器级、门级和晶体管级。在实际故障分析时，必须在晶体管级进行，因为只有这在实际故障分析时，必须在晶体管级进行，因为只有这一级才能观察到全部的物理结构。一级才能观察到全部的物理结构。CMOS电路中，10%13%的故障属于“固定常

5、开晶体管故障”（“固定短路晶体管故障”）；1%属于“固定常关晶体管故障”（“固定断路晶体管故障”）。L o g oL o g o数字集成电路常见故障类型数字集成电路常见故障类型 下图为两输入的CMOS与或门结构示意图，如果输出端Z有“固定断路故障”，会导致输出既不与电源 连接，也不与GND连接。如果T2是一个开路器件，当输入AB=00时，输出应该转变为高电平，但由于T2开路，导致输出不发生相应的变化等。DDVL o g oL o g o数字集成电路常见故障类型数字集成电路常见故障类型 Z列是正常值表，As-op表示与晶体管T3相关的开路故障，B Bs-op表示与晶体管T4相关的开路故障，VDD

6、s-op表示与电源线VDD相关的开路故障，Zt表示输出维持原状态不变。L o g oL o g o数字集成电路常见故障类型数字集成电路常见故障类型延延迟迟故障故障 按故障对电路功能的影响来区分，故障则可以分为“大故障”和“小故障”。使电路功能彻底失效失效使电路功能彻底失效失效可能导致电路局部的开路或短可能导致电路局部的开路或短路，只使电路的路，只使电路的反应时间变化反应时间变化大故障大故障 小故障小故障目前延迟故障分为：门延迟故障、路径延迟故障延迟延迟故障故障L o g oL o g o数字集成电路常见故障类型数字集成电路常见故障类型暂态暂态故障故障 在数字电路中，暂态故障发生的可能性非常高，

7、在系统测试和芯片调试中，暂态故障所带来的调试成本高达整个测试成本的90%以上，其中一方面跟测试工程师的经验有关，另外主要是暂态故障很难捉摸和预测。暂态故障还被称为暂态故障还被称为断续故障或或临时故障。L o g oL o g o暂态故障的测试暂态故障的测试临时故障临时故障指那些不可重复发生的暂时的故障。断续故障断续故障指可以重复发生但非周期性发生的故障。因为断续故障具有一定的随机性，目前对它的描述只能通过概率的方法，一下介绍几种基于不同概率函数的模型：两态一阶的Markov模型L o g oL o g o暂态故障的测试暂态故障的测试 两态一阶的Markov模型不能描述所有的断续故障，只能用来描

8、述具有“行为性”和“信号独立性”的断续故障。（行为性：电路测试时，当施加测试向量时，电路表现出来的或者是正常状态，或者是故障状态，不存在任何中间状态）（信号独立性：故障存在与否与输入信号或电路所处的状态无关）FA代表故障活跃代表故障活跃状态状态FN代表故障非活代表故障非活跃状态跃状态两态一阶的Markov模型L o g oL o g o暂态故障的测试暂态故障的测试对两态一阶的Markov模型修正 主要将从FA态向FN态的转移用两个参数来描述。分别是和，表示的是转换的频率，定义/为latency系数，该系数越大，活跃状态的故障发生概率就越低。零阶的Markov模型 该模型先假设一个电路具有断续故

9、障的概率，同时也假设一个故障激活的概率。然后开始实际测试，实际测试时对电路重复多次测量，从而测量固定故障。所给定的断续故障的检测概率可以应用 Bayes规则L o g oL o g o暂态故障的测试暂态故障的测试 规则一：当被测量的电路中某一断续故障发生的概率低于某一设定值时，认为该故障发生的可能性较低，可以终止对该故障的测试。规则二：针对故障发生概率定义一个比率值，当这个值低于某门槛值时，认为该故障发生的可能性较低，可以终止对该故障的测试。这种重复测试要求的重复次数非常高。这种重复测试要求的重复次数非常高。连续参数的Markov模型这种连续参数是前人所提出的分立化参数模型的统一化处理结果L

10、o g oL o g o暂态故障的测试暂态故障的测试如图所示，各状态之间的转移概率与如图所示，各状态之间的转移概率与t成正比。成正比。当当t t时间很长时，连续参数的时间很长时，连续参数的MarkovMarkov模型就转变成断模型就转变成断续零阶的续零阶的MarkovMarkov模型。模型。L o g oL o g o暂态故障的测试暂态故障的测试 总之，断续模型基本都是基于Markov模型的状态概率转换模型，这种模型最大的难点在于各状态之间的转换概率没办法精确确定，而且由于是统计结果，目前还没有大量的数据积累可供验证。断续故障模型针对这个问题，针对这个问题，StiflerStifler等人提出

11、了一个模型，如下：等人提出了一个模型，如下：L o g oL o g o暂态故障的测试暂态故障的测试A：故障活跃状态B：正常状态D：故障检测状态E：错误状态F：检测不到的错误积累导致系统失效的状态如果故障发生，如果故障发生，A A进入进入E EC代表覆盖率，表示在故障实际发生以前就检测到的概率。L o g oL o g o暂态故障的测试暂态故障的测试 目前主要的验证工作集中在集成电路硬件的正常故障（起步阶段）目前主要有两种方法来预防暂态故障对电路的影响：故障屏蔽技术、并行故障检测技术。在电路设计中插入自检测电路，可能出在电路设计中插入自检测电路，可能出现错误的部分能通过这种方法显示出来现错误的部分能通过这种方法显示出来故障屏蔽技术故障屏蔽技术并行故障检测并行故障检测技术技术将故障对系统的影响降为最低，将故障对系统的影响降为最低，保证系统的正常工作状态保证系统的正常工作状态