數(shù)字電路測試課件

數(shù)字集成電路測試原理

器件測試的主要目的是保證器件在惡劣的環(huán)境條件下能完全實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)格書所規(guī)定的功能及性能指標(biāo)。用來完成這一功能的自動(dòng)測試設(shè)備是由計(jì)算機(jī)控制的。因此，測試工程師必須對計(jì)算機(jī)科學(xué)編程和操作系統(tǒng)有詳細(xì)的認(rèn)識。測試工程師必須清楚了解測試設(shè)備與器件之間的接口，懂得怎樣模擬器件將來的電操作環(huán)境，這樣器件被測試的條件類似于將來應(yīng)用的環(huán)境。

器件測試的關(guān)鍵目的就是幫助降低器件的生產(chǎn)成本。甚至在優(yōu)化的條件下，測試成本有時(shí)能占到器件總體成本的40%左右。良品率和測試時(shí)間必須達(dá)到一個(gè)平衡，以取得最好的成本效率。數(shù)字集成電路測試原理數(shù)字集成電路測試原理圖如下：

被測器件（DUT）輸入輸出測試向量輸出向量測試圖形10100X…HLXLH……10X10…HHLLX…測試圖形n…………測試集數(shù)字集成電路測試原理主要測試其功能、時(shí)序關(guān)系和邏輯關(guān)系等

故障檢測僅測試電路是否存在故障。故障診斷不僅檢測電路是否存在故障，而且要指出故障位置，進(jìn)行故障定位。測試原理數(shù)字集成電路常見故障類型隨著VLSI集成度的不斷提高，信號線之間出現(xiàn)短路的概率大大增加，把這種由于信號線短路引起電路失效的故障稱為“橋接故障”。橋接故障橋接故障分為三類：輸入橋接故障、反饋橋接故障、非反饋橋接故障。數(shù)字集成電路常見故障類型在CMOS集成電路中的故障橋接故障對應(yīng)的模型一般用“線與”或“線或”來表示，這種模型能滿足TTL電路需要，但是CMOS電路中，其故障就不能用此表示。橋接故障與版圖設(shè)計(jì)密切相關(guān)，所以在設(shè)計(jì)電路時(shí)必須嚴(yán)格遵守加工廠家規(guī)定的設(shè)計(jì)規(guī)則。數(shù)字集成電路常見故障類型1中斷故障CMOS電路中的中斷（也叫開路）是由實(shí)際工藝實(shí)施中某點(diǎn)處導(dǎo)電層淀積不充分或某點(diǎn)絕緣材料沉積太多所引起的。用來解釋各種中斷故障的CMOS與非門電路數(shù)字集成電路常見故障類型2晶體管固定關(guān)斷故障在設(shè)計(jì)集成電路時(shí)，為了考慮問題的方便，把電路分成了系統(tǒng)級、寄存器級、門級和晶體管級。在實(shí)際故障分析時(shí)，必須在晶體管級進(jìn)行，因?yàn)橹挥羞@一級才能觀察到全部的物理結(jié)構(gòu)。CMOS電路中，10%~13%的故障屬于“固定常開晶體管故障”（“固定短路晶體管故障”）；1%屬于“固定常關(guān)晶體管故障”（“固定斷路晶體管故障”）。數(shù)字集成電路常見故障類型下圖為兩輸入的CMOS與或門結(jié)構(gòu)示意圖，如果輸出端Z有“固定斷路故障”，會(huì)導(dǎo)致輸出既不與電源

連接，也不與GND連接。如果T2是一個(gè)開路器件，當(dāng)輸入AB=00時(shí)，輸出應(yīng)該轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖?，但由于T2開路，導(dǎo)致輸出不發(fā)生相應(yīng)的變化等。數(shù)字集成電路常見故障類型Z列是正常值表，As-op表示與晶體管T3相關(guān)的開路故障，BBs-op表示與晶體管T4相關(guān)的開路故障，VDDs-op表示與電源線VDD相關(guān)的開路故障，Zt表示輸出維持原狀態(tài)不變。數(shù)字集成電路常見故障類型延遲故障按故障對電路功能的影響來區(qū)分，故障則可以分為“大故障”和“小故障”。使電路功能徹底失效失效可能導(dǎo)致電路局部的開路或短路，只使電路的反應(yīng)時(shí)間變化大故障小故障目前延遲故障分為：門延遲故障、路徑延遲故障延遲故障數(shù)字集成電路常見故障類型暫態(tài)故障在數(shù)字電路中，暫態(tài)故障發(fā)生的可能性非常高，在系統(tǒng)測試和芯片調(diào)試中，暫態(tài)故障所帶來的調(diào)試成本高達(dá)整個(gè)測試成本的90%以上，其中一方面跟測試工程師的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)，另外主要是暫態(tài)故障很難捉摸和預(yù)測。暫態(tài)故障還被稱為斷續(xù)故障或臨時(shí)故障。暫態(tài)故障的測試臨時(shí)故障指那些不可重復(fù)發(fā)生的暫時(shí)的故障。斷續(xù)故障指可以重復(fù)發(fā)生但非周期性發(fā)生的故障。因?yàn)閿嗬m(xù)故障具有一定的隨機(jī)性，目前對它的描述只能通過概率的方法，一下介紹幾種基于不同概率函數(shù)的模型：兩態(tài)一階的Markov模型暫態(tài)故障的測試兩態(tài)一階的Markov模型不能描述所有的斷續(xù)故障，只能用來描述具有“行為性”和“信號獨(dú)立性”的斷續(xù)故障。（行為性：電路測試時(shí)，當(dāng)施加測試向量時(shí)，電路表現(xiàn)出來的或者是正常狀態(tài)，或者是故障狀態(tài)，不存在任何中間狀態(tài)）（信號獨(dú)立性：故障存在與否與輸入信號或電路所處的狀態(tài)無關(guān)）FA代表故障活躍狀態(tài)FN代表故障非活躍狀態(tài)兩態(tài)一階的Markov模型暫態(tài)故障的測試對兩態(tài)一階的Markov模型修正主要將從FA態(tài)向FN態(tài)的轉(zhuǎn)移用兩個(gè)參數(shù)來描述。分別是和，表示的是轉(zhuǎn)換的頻率，定義/為latency系數(shù)，該系數(shù)越大，活躍狀態(tài)的故障發(fā)生概率就越低。零階的Markov模型該模型先假設(shè)一個(gè)電路具有斷續(xù)故障的概率，同時(shí)也假設(shè)一個(gè)故障激活的概率。然后開始實(shí)際測試，實(shí)際測試時(shí)對電路重復(fù)多次測量，從而測量固定故障。所給定的斷續(xù)故障的檢測概率可以應(yīng)用Bayes規(guī)則暫態(tài)故障的測試規(guī)則一：當(dāng)被測量的電路中某一斷續(xù)故障發(fā)生的概率低于某一設(shè)定值時(shí)，認(rèn)為該故障發(fā)生的可能性較低，可以終止對該故障的測試。規(guī)則二：針對故障發(fā)生概率定義一個(gè)比率值，當(dāng)這個(gè)值低于某門檻值時(shí)，認(rèn)為該故障發(fā)生的可能性較低，可以終止對該故障的測試。這種重復(fù)測試要求的重復(fù)次數(shù)非常高。連續(xù)參數(shù)的Markov模型這種連續(xù)參數(shù)是前人所提出的分立化參數(shù)模型的統(tǒng)一化處理結(jié)果暫態(tài)故障的測試如圖所示，各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移概率與Δt成正比。當(dāng)Δt時(shí)間很長時(shí)，連續(xù)參數(shù)的Markov模型就轉(zhuǎn)變成斷續(xù)零階的Markov模型。暫態(tài)故障的測試總之，斷續(xù)模型基本都是基于Markov模型的狀態(tài)概率轉(zhuǎn)換模型，這種模型最大的難點(diǎn)在于各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換概率沒辦法精確確定，而且由于是統(tǒng)計(jì)結(jié)果，目前還沒有大量的數(shù)據(jù)積累可供驗(yàn)證。斷續(xù)故障模型針對這個(gè)問題，Stifler等人提出了一個(gè)模型，如下：暫態(tài)故障的測試A：故障活躍狀態(tài)B：正常狀態(tài)D：故障檢測狀態(tài)E：錯(cuò)誤狀態(tài)F：檢測不到的錯(cuò)誤積累導(dǎo)致系統(tǒng)失效的狀態(tài)如果故障發(fā)生，A進(jìn)入EC代表覆蓋率，表示在故障實(shí)際發(fā)生以前就檢測到的概率。暫態(tài)故障的測試目前