低功耗制造測試技術

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系所得到的峰值開關動作。而峰值開關動作的減少幾乎與壓縮率無關。

圖4：測試周期數和峰值開關動作與壓縮率之間的關系。

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，復制關注位值可以減少激勵向量中90%以上的邏輯狀態(tài)轉換，以及減少響應向量中10-50%的邏輯狀態(tài)轉換。由于激勵和響應是同時被掃描的，因此觸發(fā)器開關動作的凈平均減少量約為50%。本文介紹的技術可以減少更高的量，因為模塊中只有極少的關注位沒被測試到。

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注位“邊界”。將壓縮邏輯嵌入進設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

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

在該種情況下假設設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，在移位操作結束時保持其狀態(tài)。這意味著這些范圍(邏輯網絡或時鐘網絡)內沒有開關動作，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。這種簡單、高度自動化的流程可以產生緊湊格式的低功率向量集。

圖5：具有7個時鐘域的設計。

本文小結

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，它們可將開關動作降低到與器件任務模式工作時相當的水平。這兩種方法的主要區(qū)別在于設計師將功率預算并入DFT過程中的方式。