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本帖最后由 DFT_Elite 于 2018-5-16 14:00 编辑
集成电路的生产异常复杂，是人类制造业向微观世界发展的巅峰前沿。任何生产偏差，设计漏洞甚至一粒PM2.5都会导致芯片出现各种缺陷，事实上生产过程中的造成defect的颗粒大小远远小于PM2.5 。Scan Chain(扫描链测试)作为数字集成电路测试的重要方法之一，可以有效的筛选出坏片，提高产品质量。不同意常规性的从测试，scan test测试触角伸入到芯片的任何角落，测试目标为电路中的标准单元，包括组合及时序逻辑。
扫描链测试可以很简单
作为结构性测试的主要手段（structural test），DFT工程师需要注意的是电路的可测性（足够的控制点和观测点）甚至不需要了解芯片的功能。在运用scan 测试方法的时候，整个芯片被看做是大量的寄存器和寄存器直接的组合逻辑。 这也符合scan test理论开发的初衷，为了侦测出生产过程中的defects。 芯片的功能不被检验，相反，从元器件最基本的电路反应入手，测试其中的异常，从而侦测到生产defect。
扫描链测试也可以很复杂
因为其横跨了在芯片设计的整个周期，各个角落。在设计scan test的时候需要综合考虑到芯片设计的方方面面，包括时钟设计，电源设计，芯片结构，PAD资源，逻辑综合规划等方方面面。
DFT的scan 工作流程之复杂，从以下流程图可见一斑:
scan工作流程大概分为5步。
test pattern release 及silicon bring-up and diagnosis不在scan 基础的scope之内，将会在后续session中继续深入讨论。
scan insertion 扫描链插入 在芯片功能设计完成后，整个网表是由一堆普通的寄存器和组合逻辑构成的。扫描链的插入就是指将普通寄存器替换成为扫描寄存器（scan flip-flop）的过程。 SE scan enable为其切换信号。
正常工作模式时，SE为0，这时scan FF的功能与原有的D-FF完全一致，data path 为D到Q。芯片的功能得以保持不变。 当SE被切换为1时，这时候scan FF执行其scan属性，data path为SI到Q。SI即为测试时的数据流向入口。
将片上的扫描寄存器Q-SI连接起来，就成为了扫描链。通过shift的方式可以由scan chain将数据串行输入的每个寄存器的SI端，达到控制每个寄存器的目的。 在capture模式下，将芯片组合逻辑的反馈传回寄存器，达到对芯片内部观测的作用。
Test Pattern Gen 测试向量的产生是基于故障模型[1]生成的。不同的故障模型所对应的测试向量由于其激活[2]和敏化[3]方式不同而不同。故障模型是对芯片上物理缺陷的抽象建模。
如图所示，或非门的输入于VDD短接，导致其不能为‘0’。将其建模为stuck-at-1故障。
如图所示，激活需要在故障点产生相反的值‘0’。A需要加载‘1’， 为了使该故障能在primary output O被观测到，B，C，D需要选定特殊的值使得该故障能在PO端被观测到。
测试向量便由此产生。
TIPS:
[1]这里以常用的stuck at fault model举例说明. [2]激活故障，在故障点产生于故障状态相反的值. [3]敏化路径，将故障点的值传递至输出并观察.
将此故障电路放入下图中的时序电路中，如果没有扫描链，激活故障和敏化路径的计算量将是天文级的。
扫描链测试可以极大的简化测试难度。通过SCAN SHIFT[1]模式，直接将1011向量通过pad串行加载到寄存器上。再通过SCAN CAPTURE[2]模式，让故障电路的输出被OB寄存器捕捉。再下一次load时，将故障点的值将通过scan chain串行输出到pad，由ATE[3]捕捉进行比较。
TIPS:
[1]shift模式是指将SE设置为1，scan FF通过si到q的通路首尾相接。数据传输为串行。 [2]capture模式是指将SE设置为0，此时scan FF工作为正常function 寄存器。 将function时候数据由D到q的通路capture到寄存器中。[3]ATE automated testing equipment.
该时序图反应了测试如上电路的pattern的时序关系。整个pattern分为3个阶段。 loading：将测试向量串行打入到寄存器中 capture：通过打一个clock pulse，将故障点的值加载到寄存器中 unload：将capture回来的值串行输出到pad供ATE测量比较。
Test Pattern Verify 测试向量验证 当测试向量产生以后，我们需要对其进行门级仿真。与芯片功能验证类似，也有不同之处，DFT工程师需要时刻紧绷，测试向量最终在ATE（自动测试机台）上能调用的资源只有芯片的输入输出端口。对芯片内部信号的force都必须慎之又慎。测试向量仿真从方法上可以分为，串行仿真和并行仿真。串行向量仿真时，测试激励加载于芯片测试输入端口，并在输出端口进行采样比较。并行向量仿真是将测试激励直接加载于扫描寄存器的SI端，并在寄存器的O端进行数据比较。两种方法各有优缺点，需要配合使用。
scan test的理论就先简单介绍到这里。尽管听起来好像很简单，但在实际应用中，尤其是Billion门级的集成电路，扫描链的应用已经变得相当复杂。扫描链伸入到芯片的边边角角，是芯片在功能维度之外最庞大的系统。在这一领域里，我们要思考的包含并不限于：在制定扫描链测试时要考虑如何不影响芯片功能的主线，减少给芯片带来过多的面积，功耗开销。
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发表于 2018-5-16 11:21:38
