本文通過對一種控制芯片的測試，證明通過采用插入掃描鏈和自動測試向量生成(ATPG)技術，可有效地簡化電路的測試，提高芯片的測試覆蓋率，大大減少測試向量的數(shù)量，縮短測試時間，從而有效地降低芯片的測試成本。

　　基于掃描的DFT方法掃描設計的基本原理

　　時序電路中時序元件的輸出不僅由輸入信號決定，還與其原始狀態(tài)有關，因此，對它的故障檢測比組合電路要困難的多。掃描設計就是將時序電路轉化為組合電路，然后使用已經很成熟的組合電路測試生成系統(tǒng)，來完成測試設計。

　　掃描設計可將電路中的時序元件替換為相應的可掃描的時序元件(也叫掃描觸發(fā)器)，然后把它們串起來，形成一個從輸入到輸出的測試串行移位寄存器(即掃描鏈)，以實現(xiàn)對時序元件和組合邏輯的測試。

　　如圖1所示，采用掃描設計技術后，通過掃描輸入端，可以把需要的數(shù)據(jù)串行地移位到掃描鏈的相應單元中，以串行地控制各個單元;同時，也可以通過掃描輸出端串行地觀測它們。這樣就消除了時序電路的不可控制性和不可觀測性，提高了電路的可測性。需要注意的是，可測性設計的前提是不能改變原始設計的功能。

　　掃描設計的基本流程

　　掃描設計測試的實現(xiàn)過程是：

　　1) 讀入電路網表文件，并實施設計規(guī)則檢查(DRC)，確保設計符合掃描測試的設計規(guī)則;

　　2) 將電路中原有的觸發(fā)器或者鎖存器置換為特定類型的掃描觸發(fā)器或者鎖存器(如多路選擇D觸發(fā)器)，并且將這些掃描單元鏈接成一個或多個掃描鏈，這一過程稱之為測試綜合;

　　3) 測試向量自動生成(ATPG)工具根據(jù)插入的掃描電路以及形成的掃描鏈自動產生測試向量;

　　4) 故障仿真器(Fault Simulator)對這些測試向量實施評估，并確定故障覆蓋率情況。

　　DFT對芯片的影響

　　DFT是為了簡化芯片測試而采用的技術，對芯片的功能沒有影響，但不可避免地會增加邏輯，對芯片產生一些影響。

　　對芯片面積的影響

　　DFT以增加邏輯來達到簡化測試的目的，增加的邏輯勢必會增加芯片面積。一般，采用DFT會增加10%"15%的芯片面積。

　　對芯片性能的影響

　　邊界掃描要在每個輸入輸出端口處插入邊界掃描寄存器(BSC)，因此，在正常工作時，信號要多通過一個多路開關，這就帶來了額外延時，降低了芯片原本可以達到的工作頻率。

　　對芯片故障覆蓋率的影響

　　芯片測試的要求就是要盡可能地將有故障的芯片檢測出來，從而降低芯片的逃逸率(Escape)。DFT的目的在于方便測試，提高故障覆蓋率，從而降低逃逸率。故障覆蓋率并非越高越好，因為提高故障覆蓋率可能會大大增加測試成本，所以應該在測試成本與取得的逃逸率之間進行折衷。

　　對芯片上市時間的影響

　　產品的上市時間對于企業(yè)至關重要，與芯片測試相關的影響上市時間的因素有：測試電路的設計時間、測試準備(ATPG，Test仿真)及工藝測試時間。

　　在上述因素中，測試電路設計時間的增加無疑會延遲芯片的上市時間，但DFT設計軟件的不斷完善能夠縮短該設計時間。測試準備包括測試向量的編寫和仿真，一個高效的測試向量集可以大大縮短工藝測試時間。若不采用DFT技術，就要付出相當長的時間來編寫測試向量集，而且，隨著VLSI的快速發(fā)展，由人工提供測試向量將越來越不現(xiàn)實。如果采用DFT技術，就可以縮短測試準備和工藝測試時間。因此，從總體上看，DFT是可以縮短芯片上市時間的。

　　兩種測試方法的比較

　　本文針對某一種控制芯片，對采用DFT和不采用DFT的兩種測試方法進行了比較，以說明DFT技術對芯片故障覆蓋率及測試向量集的影響。對芯片進行“結構測試”時的測試激勵來源有兩種：一種是直接根據(jù)芯片的功能測試激勵得到芯片的生產測試向量;另一種就是采用DFT技術，通過對設計插入掃描鏈，采用ATPG的方法得到測試向量。

　　不采用DFT技術的芯片測試測試工具與測試流程

　　Cadence公司的Verifault_XL工具可以統(tǒng)計一個測試向量集能測出多少故障，從而給出該測試向量集的故障覆蓋率。采用該工具的測試流程為：

　　1) 用芯片功能測試激勵中的部分激勵對芯片的RTL級代碼進行代碼覆蓋率的測試;

　　2) 在激勵中調用Verifault的系統(tǒng)任務，實現(xiàn)故障的管理、注入等工作;

　　3) 使用Verilog_XL運行本組測試激勵，得到Verifault統(tǒng)計結果;

　　4) 根據(jù)統(tǒng)計結果報告的故障覆蓋率調整測試激勵，直至達到滿足要求的故障覆蓋率;

　　5) 對達到要求的測試激勵進行測試向量的提取。

　　需要注意的是流程中第3步，由于受機器內存的限制，Verifault能復制的設計數(shù)量有限，為了驗證所有的prime故障，Verifault會重復進行多遍測試(pass)，這是對Verifault仿真時間影響最大的因素。每測試完一遍，Verifault會報告一次統(tǒng)計結果。

　　測試結果

　　本文經過對測試激勵的不斷調整，最終可達到的最高故障覆蓋率為81.3%，在時鐘的下降沿提取測試向量，得到了超過88萬個的測試向量，其位數(shù)為54b。

　　采用DFT技術的芯片測試測試工具與測試流程

　　因為該芯片邏輯是全同步設計，所以采用ATPG+掃描鏈的DFT技術可以得到高效的測試向量集和較高的故障覆蓋率。Synopsys公司的DC和TetraMAX工具是完成該可測性設計的最佳選擇。

　　DC用來完成掃描鏈的插入，同時生成TetraMAX需要的約束文件(.spf文件)和插入掃描鏈后的網表文件。TetraMAX是用來實現(xiàn)ATPG的工具，需要與DC配合使用。 采用這些工具的測試流程為：

　　1) 首先把不符合可測性設計要求的邏輯模塊從邏輯內核中分離出來，保證邏輯內核的時鐘可以直接使用管腳輸入的時鐘，而非門生時鐘;

　　2) 增加test_en端口，以及一些必要的邏輯門;

　　3) 在綜合后的網表基礎上插入掃描鏈;

　　4) 使用TetraMAX做ATPG，生成測試向量;

　　5) 用得到的測試向量測試邏輯內核;

　　在最后一步中，由于TetraMAX生成測試激勵的時候，掃描鏈的數(shù)據(jù)是并行加載的，與實際情況不同，所以需要重新編寫測試激勵對得到的測試向量的可靠性進行測試。

　　測試結果

　　TetraMAX生成的測試向量共有324個，其位數(shù)為359b。測試覆蓋率達到92.86%。掃描器件的使用以及與DFT相關的附加邏輯的加入，導致了芯片面積的增長，據(jù)輸出報告可知，采用DFT技術后，芯片面積增加了大約13%。

　　結語

　　通過兩種測試方法的對比，可以看到，不采用DFT技術，不必增加邏輯，但僅使用功能驗證時的測試激勵可能無法達到要求的故障覆蓋率，而且測試深度(生產測試用向量)也容易超過測試機的存儲量。本文對該控制芯片進行測試時，如果不采用DFT技術，雖然測試覆蓋率可以達到80%以上，但測試向量卻高達80多萬，若以人工的方法修改測試向量，將大大延長芯片開發(fā)周期，推遲芯片上市時間。采用DFT技術雖然增加了芯片面積，但可以自動生成高效簡潔的測試向量，且故障覆蓋率能達到90%以上，極大地提高了芯片的測試效率，降低了測試成本。