低功耗制造測試技術(shù)

圖3：TetraMAX ATPG工具的“低功率填充”。

低功率填充向量可以檢測額外故障，但比標準ATPG向量要少，因為每個低功率填充激勵中的偽隨機位都被移除了。因此，低功率填充ATPG一般要比標準ATPG產(chǎn)生更多的向量才能獲得相同的故障覆蓋率。盡管如此，本節(jié)所描述的技術(shù)在壓縮方面非常靈活，如圖4所示：當應用更多的壓縮時，測試周期數(shù)只比基本案例(所有掃描啟動沒有被激活，沒有低功率填充)稍多一些。該圖也顯示了在捕獲模式期間由完整向量集與壓縮率之間關(guān)系所得到的峰值開關(guān)動作。而峰值開關(guān)動作的減少幾乎與壓縮率無關(guān)。

圖4：測試周期數(shù)和峰值開關(guān)動作與壓縮率之間的關(guān)系。

低功率填充ATPG還能降低掃描移位期間的平均功率，從而節(jié)省花在測試儀上的時間乃至成本。一般來說，復制關(guān)注位值可以減少激勵向量中90%以上的邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)換，以及減少響應向量中10-50%的邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)換。由于激勵和響應是同時被掃描的，因此觸發(fā)器開關(guān)動作的凈平均減少量約為50%。本文介紹的技術(shù)可以減少更高的量，因為模塊中只有極少的關(guān)注位沒被測試到。

在理解低功率填充功能如何工作之后，就很容易了解為什么各模塊要擁有自己的壓縮電路。如果壓縮是“平坦的”(指單個解壓器/壓縮器被嵌在各模塊的頂層而不是里面)，那么解壓器輸出就可以分別輸入到所有模塊上的掃描鏈。被測模塊的關(guān)注位因而無需被掃描進所有的其它模塊，并導致大量的邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)換。相反，將壓縮電路嵌入到模塊中會使到各模塊掃描鏈的輸出受到限制，從而形成了在移位操作時無法通過的關(guān)注位“邊界”。將壓縮邏輯嵌入進設(shè)計物理層里還有進一步的好處，即可以減少布線擁塞，最終減少壓縮的面積開銷成本。

通過時鐘域反映功率預算

雖然物理模塊內(nèi)的嵌入式壓縮有助于減少布線擁塞，但本節(jié)介紹的技術(shù)無需通過分割設(shè)計以反映功率預算。相反，可以使用TetraMAX中獨特的功能將觸發(fā)器開關(guān)動作預算規(guī)定為ATPG制約。

在該種情況下假設(shè)設(shè)計具備足夠多的時鐘，因而單個時鐘不能控制足夠的電路以超出功率預算。該工具試圖在捕獲模式下只啟動某些時鐘來滿足功率制約。剩余時鐘在捕獲模式中不工作，在移位操作結(jié)束時保持其狀態(tài)。這意味著這些范圍(邏輯網(wǎng)絡(luò)或時鐘網(wǎng)絡(luò))內(nèi)沒有開關(guān)動作，低功率填充的好處僅限于降低掃描移位期間的平均功率。需要注意的是，ATPG必須完全控制所有的時鐘(外部時鐘或PLL產(chǎn)生的時鐘由一個或多個片上時鐘控制器所管理)。

圖5所示設(shè)計具有受ATPG控制的7個時鐘域。值得注意的是，用于壓縮的物理模塊的分割不需與時鐘域一致，以確保測試期間的低功率操作。設(shè)計中的所有觸發(fā)器共享相同的掃描啟動，從而使得所有的故障包括域間故障能一次性地被ATPG發(fā)現(xiàn)。這種簡單、高度自動化的流程可以產(chǎn)生緊湊格式的低功率向量集。

圖5：具有7個時鐘域的設(shè)計。

本文小結(jié)

本文介紹了制造測試過程中引入的動態(tài)功耗如何反過來影響被測器件的性能。測試中過高的峰值功耗會增加延遲并導致不可預料的測試結(jié)果，而測試期間中過高的平均功率所引起的熱問題則會損壞器件。上述兩個功率問題如果處理不正確將增加制造商的成本，而使用最先進工藝制造的大規(guī)模SoC尤其容易受這些問題的影響。

不僅因為這些設(shè)計中使用了大量的觸發(fā)器，同時還因為需要用更高時間分辨率的實速測試來檢測小延遲故障。為了解決這些問題，設(shè)計師們正在整合測試自動化的先進成果和DFT方法來創(chuàng)建低功率制造測試。本文重點介紹了兩種創(chuàng)新性技術(shù)，它們可將開關(guān)動作降低到與器件任務(wù)模式工作時相當?shù)乃健＿@兩種方法的主要區(qū)別在于設(shè)計師將功率預算并入DFT過程中的方式。