SoC測(cè)試的概念及實(shí)例詳解

1. 掃描ATPG測(cè)試

掃描配置如圖1所示。需要注意的是，掃描鏈的輸入邊沿正好是相對(duì)的，因此在測(cè)試儀上可以對(duì)多個(gè)器件進(jìn)行并行掃描測(cè)試。本文用到的器件比較特殊，因?yàn)樗狭藢用舾袙呙韬蛷?fù)合掃描。DRAM的BIST控制器是一家技術(shù)合伙公司的某個(gè)硬宏中的一部分，具有LSSD掃描功能。設(shè)計(jì)的剩余部分盡可能地采用了標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合掃描觸發(fā)器。在LSSD掃描電路與內(nèi)核(復(fù)合掃描)邏輯之間沒(méi)有插入任何隔離邏輯。LSSD和復(fù)合掃描的整合存在一定的問(wèn)題，因?yàn)橛捎跁r(shí)序問(wèn)題可能會(huì)導(dǎo)致某些觸發(fā)器捕捉值的不確定性，從而失去故障覆蓋。LSSD和復(fù)合掃描之間的不同時(shí)序概念使得很難做到時(shí)序匹配，不過(guò)借鑒其它設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)可以解決這些問(wèn)題。

考慮到掃描期間某些不想要的模式可能會(huì)被激活，可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)的某些部分不會(huì)被掃描到，而邏輯部分只占整個(gè)硅片面積的很小部分，因此邏輯故障覆蓋率的降低是可以容忍的，它不會(huì)降低器件的總體故障覆蓋率。邏輯部分的單次掃描故障覆蓋率大約是95%，而總的單次掃描故障覆蓋率將超過(guò)98%。

2. SRAM測(cè)試

SoC中包含有不同尺寸和類型的多個(gè)SRAM模塊和DRAM。先來(lái)看看SRAM，它們被組合成與微處理器(數(shù)據(jù)、代碼存儲(chǔ)器)緊密相連的CPU SRAM以及主要由硬盤控制器邏輯使用的HDC SRAM。有些組是微控制器可以訪問(wèn)的，有些組則不能被微控制器訪問(wèn)。下文將討論專門用于存儲(chǔ)器測(cè)試的測(cè)試配置，包括通過(guò)BIST完成的CPU SRAM測(cè)試和HDC SRAM測(cè)試以及DRAM測(cè)試。

a) 基于CPU的SRAM測(cè)試策略

較大的SRAM宏被實(shí)現(xiàn)為密集SRAM，其版圖經(jīng)手工優(yōu)化后將技術(shù)用至極限以節(jié)省空間和功耗。為了達(dá)到更高的良品率，在密集SRAM中還需增加一些冗余單元。為了減少測(cè)試成本，測(cè)試插入應(yīng)盡可能少。大多數(shù)測(cè)試流程是由運(yùn)行于存儲(chǔ)器測(cè)試系統(tǒng)中的eDRAM存儲(chǔ)器測(cè)試驅(qū)動(dòng)的，因此要求也能在存儲(chǔ)器測(cè)試儀上進(jìn)行SRAM測(cè)試。由于這樣的原因，用于微控制器可存取存儲(chǔ)器模塊的SRAM測(cè)試算法需要被存儲(chǔ)在ROM中，因此也被稱為MSIST(存儲(chǔ)器軟件實(shí)現(xiàn)的自測(cè)試)。很容易在存儲(chǔ)器測(cè)試儀上對(duì)該程序加以控制，也可以經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的掩模重設(shè)計(jì)對(duì)它進(jìn)行修改。測(cè)試配置如圖2所示。微控制器內(nèi)核無(wú)法測(cè)試HDC內(nèi)部的小模塊，這些模塊必須通過(guò)如圖3所示的MBIST(存儲(chǔ)器內(nèi)置自檢)結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試。因此在一個(gè)專用的存儲(chǔ)器測(cè)試儀上用單個(gè)測(cè)試插入就可以執(zhí)行所有的存儲(chǔ)器測(cè)試，第二步完成冗余單元的融接。

b) 用于雙端口SRAM的軟件BIST

通過(guò)下載軟件和使用處理器實(shí)現(xiàn)BIST算法完成對(duì)設(shè)計(jì)中雙端口SRAM的測(cè)試。并不是SoC器件中的所有SRAM都可以直接被處理器讀寫，因此可能還需要額外的邏輯，如FIFO。雖然一般情況下BIST算法不是太復(fù)雜，但仍需要為這種方法在準(zhǔn)備軟件測(cè)試式樣方面作出一些努力。然而還需十分小心以確保創(chuàng)建片上MBIST邏輯時(shí)考慮了RAM的硬件版圖(圖3)。軟件方法的優(yōu)點(diǎn)在于，至少對(duì)于大多數(shù)SRAM來(lái)說(shuō)，MBIST執(zhí)行訪問(wèn)的方式和速度與功能訪問(wèn)完全相同。

c) DFM

所有SRAM測(cè)試都能創(chuàng)建位故障圖(BFM)，一般通過(guò)CPU的數(shù)據(jù)總線輸出BFM。這些BFM就是基本的DFM，可以為工藝工程師學(xué)習(xí)和改善良品率提供必要的信息。

DRAM測(cè)試

圖4：DRAM測(cè)試配置。

在過(guò)去幾年中，嵌入式DRAM測(cè)試一直是重點(diǎn)開發(fā)對(duì)象，在這個(gè)SoC器件中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了相關(guān)文獻(xiàn)中提及的一些想法。DRAM BIST能夠進(jìn)行內(nèi)置冗余計(jì)算(也被稱為BISR(內(nèi)置自修))，但該功能一般不用。BIST邏輯本身是利用ATPG模式和LSSD掃描寄存器進(jìn)行測(cè)試的。DRAM配置用于高度并行的測(cè)試。DRAM測(cè)試時(shí)間一般要比邏輯測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)得多，因此我們需要重點(diǎn)關(guān)注高度并行的測(cè)試以減少每個(gè)器件的有效測(cè)試時(shí)間。

嵌入式DRAM預(yù)融接測(cè)試是在專門的存儲(chǔ)器測(cè)試儀上使用直通模式下的BIST完成的(圖4)。采用這種方法的原因是可以通過(guò)減少冗余修補(bǔ)計(jì)算時(shí)間和高度并行測(cè)試縮短測(cè)試時(shí)間。專用存儲(chǔ)器測(cè)試儀具有一些典型的優(yōu)勢(shì)：為存儲(chǔ)器測(cè)試算法提供硬件支持，為整個(gè)數(shù)兆存儲(chǔ)器提供存儲(chǔ)和分析故障位信息的容量，可以為高度并行測(cè)試提供大量充足的電源。

為了方便與存儲(chǔ)器ATE一起使用，對(duì)本文提及的SoC器件做了適當(dāng)?shù)男薷?。為了配置成存?chǔ)器，該器件需要最小的測(cè)試模式輸入(預(yù)備序列)。一旦配置好后，就能提供典型的包括可訪問(wèn)冗余數(shù)據(jù)輸入和輸出的存儲(chǔ)器接口。通過(guò)限制地址和數(shù)據(jù)輸入的數(shù)量以及在裸模的二個(gè)相向邊沿物理定位所有必須的襯墊實(shí)現(xiàn)高度并行的測(cè)試(圖4)。

利用BIST完成DRAM測(cè)試

如前所述，DRAM模塊內(nèi)含一個(gè)BIST控制器，可以利用一條IEEE1149.1指令對(duì)芯片作出適當(dāng)配置后激活該控制器(圖4)。當(dāng)融接完成后，可以不用專門考慮存儲(chǔ)器修復(fù)即可在標(biāo)準(zhǔn)邏輯ATE上進(jìn)行DRAM測(cè)試。所需的連接數(shù)量也有大幅下降，因?yàn)锽IST可以產(chǎn)生地址和片上控制信號(hào)，并產(chǎn)生單次通過(guò)/失敗結(jié)果。

DFM原理可以用來(lái)指導(dǎo)DRAM結(jié)構(gòu)的開發(fā)。重點(diǎn)不是限制襯墊的數(shù)量和位置，而是使嵌入式存儲(chǔ)器具有最大的可控制性和可觀察性，并可以通過(guò)JTAG控制器選擇最小測(cè)試模式入口序列。然而，實(shí)際使用的是更寬的控制和數(shù)據(jù)總線訪問(wèn)，包括裸片各邊沿上的襯墊。這種模式適用于故障分析，在生產(chǎn)測(cè)試過(guò)程中并不使用，因?yàn)镾RAM測(cè)試同樣會(huì)創(chuàng)建位故障圖，并將它傳送給ATE用于進(jìn)一步分析。

上述SoC器件中包含有二個(gè)環(huán)形振蕩器，主要用于生產(chǎn)期間的速度測(cè)試。這二個(gè)環(huán)形振蕩器的固有周期約為2ns，并各自連接32分頻邏輯電路。因此典型的外部周期是64ns，由此產(chǎn)生的速度就可以用標(biāo)準(zhǔn)的ATE進(jìn)行測(cè)量。為了方便比較走線和門延時(shí)效應(yīng)，通常使用一個(gè)具有密集版圖的環(huán)形振蕩器和一個(gè)具有人工分布版圖的環(huán)形振蕩器。環(huán)形振蕩器的測(cè)試結(jié)果表明了硅片速度，從而允許用戶跟蹤工藝變化，并排除速度太慢或太快的器件。

本文小結(jié)

本文主要討論了一個(gè)具有可測(cè)性設(shè)計(jì)和可制造性設(shè)計(jì)的新型單片系統(tǒng)，同時(shí)提出了這樣一個(gè)集成了嵌入式DRAM和模擬模塊以及較常見的數(shù)字邏輯和靜態(tài)RAM的系統(tǒng)在生產(chǎn)測(cè)試中所面臨的挑戰(zhàn)。為了滿足測(cè)試要求，需要采取各種不同的策略，同時(shí)利用單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的IEEE1149.1接口將被測(cè)器件配置成各種相應(yīng)的模式。

將來(lái)設(shè)計(jì)師必須了解更多的測(cè)試信息。隨著技術(shù)和密度的提高，制造商可以在單個(gè)芯片中集成更多的單元，設(shè)計(jì)師只具備掃描和BIST技術(shù)的基本知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。為了針對(duì)任何特殊器件選出最適合的測(cè)試策略，設(shè)計(jì)師必須通曉各種可能的器件生產(chǎn)測(cè)試方法。