作者：Rahul Singhal 和 Giri Podichetty

部署在汽車、醫療和航空航天等安全關鍵應用中的集成電路 （IC） 或芯片的運行故障可能會產生災難性后果。這些故障可能源于芯片中逃脫制造測試的缺陷，或者由于操作環境等因素在系統運行期間可能發生的暫時性故障。為了避免此類故障，這些IC需要最高質量的制造測試，以實現低于百萬分之一（DPPM）的缺陷率和系統內測試功能，以確保芯片在ISO 26262標準定義的系統運行期間的安全功能。IC設計人員通常基于高級故障模型（如單元感知、路徑延遲、轉換等）生成掃描測試模式。以滿足 激進 的 測試 質量 目標， 并 添加 可 測試 性 設計 （DFT）， 例如 邏輯 BIST 用于 系統 內 測試。

邏輯BIST是系統內測試的關鍵DFT組件，用于測試設計的非存儲器部分。與使用帶有掃描測試引腳的自動測試設備（ATE）施加模式的掃描測試不同，邏輯BIST測試圖案是使用偽隨機碼型生成器（PRPG）在芯片上生成的，并且測試模式響應使用多輸入移位寄存器（MISR）累積到簽名中。將MISR簽名與片內或片外的預期簽名進行比較，以確定測試通過/失敗狀態。除了要求高測試覆蓋率外，安全關鍵應用中IC的在系統測試必須具有較短的測試時間，因為測試是在芯片的功能操作期間進行的。影響邏輯BIST測試時間和測試覆蓋率的主要因素之一是設計中的路徑生成未知（即X）仿真值，因為X會破壞在多個測試模式或測試間隔中累積的MISR特征。這會導致測試覆蓋率丟失或需要更多的測試模式來實現目標測試覆蓋率，從而增加測試時間。標準邏輯BIST解決方案需要X-clean設計來避免此問題。

由于各種原因，X出現在設計開發周期的不同階段，包括未建模的電路行為，缺少設計初始化以及靜態時序分析（STA）中未考慮的時序路徑。使用標準邏輯 BIST，設計人員遵循一種通過設計更改或通過在模式生成期間屏蔽掃描鏈來處理 X 的方法，以犧牲設計進度或測試質量為代價。為了在布局布線過程之前消除X，設計人員通常會選擇設計更改而不是屏蔽掃描鏈，因為在此階段設計更改的周轉時間很短（如圖1所示）。但是，在放置和路由過程之后，通常會在添加計時信息的情況下出現新的 X。這種情況如圖 2 所示，設計人員被迫在設計更改/重新旋轉導致的顯著延遲和鏈掩蔽導致的測試質量降低之間做出權衡。未知的邏輯值對硅后提出了更嚴峻的挑戰。隨著當今激進的設計實踐和技術節點，由于復雜的故障模型、時序邊際和工作參數變化等因素，幾乎不可能預測硅后出現的未知值。如圖3所示，在硅片中不可能進行設計更改，唯一的選擇是通過屏蔽鏈來在測試覆蓋率和測試時間上妥協。由于這些因素，設計人員必須犧牲標準邏輯BIST的設計進度或測試質量。

圖 1：在布局布線過程之前消除 X 的設計流程。

圖 2：在布局布線過程后消除 X 的設計流程。

圖 3：在硅后設計中處理未知值的流程。

X容忍邏輯BIST（如TestMAX XLBIST）使設計人員能夠避免這些權衡，最大限度地減少Xs對整個鏈掩碼造成的測試質量的影響，同時還消除了設計更改的需要。TestMAX XLBIST可以對包含Xs的掃描單元執行動態屏蔽，而不是屏蔽導致高測試覆蓋率損失的整個掃描鏈。 掃描單元掩碼允許鏈可觀察性，并在大多數場景中實現與X-clean設計相似的測試時間和覆蓋范圍，而無需相關的開銷。TestMAX XLBIST 通過智能地使用其 PRPG 重新播種功能、動態 X 容忍解碼器和 X 掩碼解碼邏輯來實現測試目標（如圖 4 所示）。圖 5 顯示了給定數量的模式種子的測試覆蓋率與模式計數的示例比較。

圖 4：TestMAX XLBIST 架構。

圖5：TestMAX XLBIST通過多個種子實現了高覆蓋率。

除了測試時間和覆蓋范圍要求外，安全關鍵應用中使用的IC還需要在其功能操作的不同階段進行測試，以確保及早發現和減輕任何潛在缺陷及其影響。TestMAX XLBIST支持系統內測試的三個主要階段：上電系統測試（POST），功能操作期間的測試和斷電系統測試。TestMAX XLBIST架構還設計用于支持用于制造測試的確定性測試模式生成，當芯片需要制造和系統內測試時，無需單獨的編解碼器邏輯。除了X容差功能外，TestMAX XLBIST還可以生成硬件，為系統內測試和制造測試啟用功耗感知模式。它還支持基于高級故障模型（包括單元感知、路徑延遲和轉換）的系統內測試模式。

在當今充滿復雜設計的競爭格局中，設計人員不能在IC的設計進度和測試質量之間做出妥協，尤其是在安全關鍵型應用中。通過進行設計更改迭代或按照標準 LBIST 的要求添加更多測試模式來實現 X-clean 設計以滿足測試目標是不可接受的解決方案。TestMAX XLBIST 在 X-clean 設計上以最佳方式執行，同時還能夠處理具有 X 值的設計，而無需更改設計或屏蔽整個掃描鏈，從而滿足設計進度和測試質量目標。

審核編輯：郭婷