專利名稱：采用加權(quán)掃描選通信號的基于掃描的自測試結(jié)構(gòu)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
采用加權(quán)掃描選通信號的基于掃描的自測試結(jié)構(gòu)及方法屬于集成電路可測試性技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
基于掃描的自測試技術(shù)(scan-based BIST)是一種針對時序電路的結(jié)構(gòu)化可測試性設(shè)計技術(shù)。它將傳統(tǒng)的內(nèi)建自測試技術(shù)和掃描設(shè)計技術(shù)結(jié)合在一起，以提高數(shù)字系統(tǒng)的測試效果。內(nèi)建自測試技術(shù)將測試碼產(chǎn)生器和測試響應(yīng)壓縮邏輯嵌入到電路系統(tǒng)內(nèi)部，從而降低了待測電路對外部測試設(shè)備的依賴，是節(jié)省芯片測試時間和測試成本的有效手段；掃描設(shè)計將電路中的時序單元轉(zhuǎn)化成為可控制和可觀測的單元，并將這些時序單元連接成一個或多個移位寄存器，構(gòu)造成一條或多條掃描鏈。在采用完全掃描方法后，時序電路的測試碼生成就轉(zhuǎn)化為組合電路的測試生成問題，因此可以大大降低測試碼生成代價，同時獲得很高的故障覆蓋率。因此，掃描設(shè)計是工業(yè)界中最為普遍采用的可測試性設(shè)計方法。
基于掃描的自測試技術(shù)通常被劃分為兩類每個時鐘周期測試一次(test-per-clock)和每個掃描周期測試一次(test-per-scan)。在每個時鐘周期測試一次的模式中，一個測試向量的置入以及電路響應(yīng)的接收和壓縮是在一個時鐘節(jié)拍里完成的。這種自測試結(jié)構(gòu)需要的測試時間比較短，但是實現(xiàn)它需要很大的硬件開銷；在每個掃描周期測試一次的模式中，一個測試向量在測試模式下通過l個時鐘節(jié)拍的移位操作被置入掃描鏈中(l是最長的掃描鏈中所含的掃描觸發(fā)器的數(shù)目)，在下一個時鐘節(jié)拍里電路轉(zhuǎn)到正常工作模式，測試向量被置入到電路中并產(chǎn)生響應(yīng)，并且響應(yīng)被接收到掃描鏈中。然后電路重新回到測試模式，掃描鏈中的響應(yīng)信息被移出到多輸入特征分析器(MISR)中，同時下一個測試向量被置入掃描鏈。這種自測試結(jié)構(gòu)減少了硬件開銷，但是所需的測試時間卻隨著掃描鏈的長度增加而增長。圖1是每個掃描周期測試一次的自測試結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)框圖。
圖1中線性反饋移位寄存器(LFSR)和相移器用于產(chǎn)生偽隨機的測試向量，SC為掃描鏈，它有電路中的時序元件(一般是指觸發(fā)器)經(jīng)過修改后(改為掃描觸發(fā)器)連接而成。多輸入特征分析器(MISR)的作用是收集測試響應(yīng)并進行特征壓縮。相移器輸出的測試向量進入掃描鏈和電路的組合邏輯部分，最終其響應(yīng)由多輸入特征分析器進行收集和壓縮。
每個掃描周期測試一次的自測試方法的掃描周期是指一個測試向量被移入(或者測試響應(yīng)被移出)掃描鏈所需的時間，在掃描周期內(nèi)電路處于測試狀態(tài)；捕捉周期是指收集測試響應(yīng)的時間，在此時間段內(nèi)，電路被設(shè)置為正常工作狀態(tài)。一個測試周期包含一個掃描周期以及緊隨其后的一個捕捉周期。不失一般性，對于信號線l，其i可控度C1(l)(i∈{0，1})定義為隨機選擇一輸入向量將信號線l賦值為i的概率；其可觀測度O(l)定義為隨機選擇一輸入向量將信號線l上的值傳到原始輸出或掃描輸出的概率。
隨機自測試的測試時間長度和隨機難測故障的數(shù)量有很大的關(guān)系。針對這個問題目前已提出很多技術(shù)，最主要的包括(1)加權(quán)隨機測試，(2)測試點插入，(3)改進測試碼產(chǎn)生器，(4)提出新的掃描結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的工作是基于掃描的自測試技術(shù)與加權(quán)隨機測試技術(shù)的結(jié)合。傳統(tǒng)的加權(quán)隨機測試是指將擁有不同信號概率(信號的值為1的概率)的加權(quán)隨機信號作為測試向量，以縮短達到預定故障覆蓋率所需要的時間。針對這項技術(shù)也出現(xiàn)了很多的研究成果Bardell，McAnney和Savir提出了一種回溯算法來計算電路原始輸入出的權(quán)，這種方法的計算非常簡便；Pomeranz和Reddy提出了一種可以提高故障覆蓋率的加權(quán)確定性測試碼產(chǎn)生方法。最近，Tsai，Cheng和Bhawmik提出了一種多響應(yīng)收集周期的自測試方法，這種方法通過提高電路的可觀測度來提高測試的效果。
本發(fā)明采用通過對掃描鏈的選通信號加權(quán)的策略達到產(chǎn)生加權(quán)隨機測試向量的目的。這種策略的優(yōu)點在于可以實現(xiàn)任意時鐘的測試響應(yīng)收集，以及很容易實現(xiàn)對掃描鏈里的測試向量加權(quán)。同時，實現(xiàn)這種策略并不需要對現(xiàn)有自測試方法的硬件結(jié)構(gòu)作太大的改動，通用的測試碼產(chǎn)生器以及響應(yīng)壓縮邏輯完全適用于該方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種新穎的采用加權(quán)掃描選通信號的基于掃描的自測試電路結(jié)構(gòu)及其實現(xiàn)方法，這種電路結(jié)構(gòu)本身可用于數(shù)字電路的可測試性設(shè)計，而實現(xiàn)這種電路結(jié)構(gòu)的方法又可以作為一種標準的EDA算法嵌入到工業(yè)界普遍使用的各種EDA軟件中。本發(fā)明所述電路結(jié)構(gòu)的基本框圖如圖2所示。權(quán)w1，w2，……，wk∈{0.5，0.625，0.75，0.85}分別被賦給了掃描鏈SC1，SC2，……，SCk的掃描選通信號。信號test是切換測試模式和正常工作模式的開關(guān)，當test＝1時，系統(tǒng)進入測試模式，加權(quán)的掃描選通信號作用于掃描鏈產(chǎn)生加權(quán)的測試碼；當test＝0時，系統(tǒng)回到正常功能模式。
實現(xiàn)本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)要點在于如何為圖2中的各條掃描鏈選擇合適的權(quán)值，這關(guān)系到最終電路測試結(jié)果的優(yōu)劣程度。我們提出了一個算法和一個電路可測度評價函數(shù)來保證所選擇的權(quán)值是最優(yōu)的。我們提出的電路可測度評價如下G=Σl/i∈F|C1(l)-C0(l)|O(l)----(1)]]>在方程(1)中，F(xiàn)是隨機難測故障集，l/i代表隨機難測故障集F中信號線l處的單固定性i型故障(i∈{0，1})，C1(l)、C0(l)、O(l)分別表示信號線l處的1可控度、0可控度和可觀測度。顯然，G越小，則電路的整體可測試性越好。因此，對于每一條掃描鏈，均要從集合S＝{0.5，0.625，0.75，0.875}中選擇可以使函數(shù)(1)最小化的元素作為這條掃描鏈的權(quán)。
本發(fā)明所述的自測試結(jié)構(gòu)的特征在于線性反饋移位寄存器；相移器，它的各輸入端接收上述線性反饋移位寄存器的相應(yīng)的輸出信號，它的輸出信號是偽隨機測試向量，分別進入掃描鏈和被測電路的組合邏輯部分；與門電路組合單元，單元中每個與門的一個輸入信號是切換測試模式和正常工作模式的開關(guān)信號，用test表示；每個與門的另一個輸入信號是一個已加權(quán)的隨機信號，不同與門的此信號各自具有的權(quán)值分別用W1、W2、W3……Wk表示；掃描鏈，它由SC1、SC2……SCk條掃描鏈組成，k為掃描鏈的個數(shù)；上述各掃描鏈由結(jié)構(gòu)彼此相同的掃描觸發(fā)器多級地串聯(lián)而成，每個掃描觸發(fā)器由一個多路轉(zhuǎn)換器和一個觸發(fā)器依次串聯(lián)而成，每個觸發(fā)器共用一條時鐘線；從第二級掃描觸發(fā)器開始，各級掃描觸發(fā)器中多路轉(zhuǎn)換器的一個輸入端與上一級掃描觸發(fā)器中觸發(fā)器的輸出端相連，第一級掃描觸發(fā)器中的多路轉(zhuǎn)換器的一個輸入端與上述相移器的相應(yīng)測試向量輸出端相連；各級掃描觸發(fā)器中各多路轉(zhuǎn)換器的另一個輸入端與下述被測電路的組合邏輯部分中對應(yīng)的信號線相連，此信號線既是掃描觸發(fā)器的一條輸入信號線，在整個電路中又是一個偽輸出端，用PPO表示；掃描觸發(fā)器的輸出信號線既連接到下一級掃描觸發(fā)器的某個輸入端，又連接到下述被測電路的組合邏輯部分中對應(yīng)的信號線上，此信號線也稱為電路的一個偽輸入端，用PPI表示，最后一級掃描觸發(fā)器的輸出信號直接作為整個電路的一個掃描輸出端；多路選擇器，用MUX表示，它有上述test信號、來自外部的原始輸入信號以及由上述相移器輸出的測試向量信號共三個信號輸入端；被測電路的組合邏輯部分，它的輸入端與上述多路選擇器的輸出端相連，其中可能包含的若干可控點的輸入端與上述相移器的測試向量輸出端相連；多輸入特征分析器，它的輸入端分別與上述被測電路的組合邏輯部分的原始輸出端、可觀點輸出端、以及上述個掃描鏈的末位掃描觸發(fā)器的原始輸出端相連；加權(quán)隨機信號產(chǎn)生邏輯單元，其輸入信號來源于相移器輸出的未加權(quán)的偽隨機信號；隨機選擇三個偽隨機信號分別經(jīng)過一個二輸入與門和一個二輸入或門的組合產(chǎn)生權(quán)值為0.625的隨機信號；再隨機選擇另外二個偽隨機信號經(jīng)過一個二輸入或門產(chǎn)生權(quán)值為0.75的隨機信號；再隨機選擇另外三個偽隨機信號經(jīng)過一個三輸入或門產(chǎn)生權(quán)值為0.875的隨機信號，其余各權(quán)值的隨機信號以此類推產(chǎn)生。以上各加權(quán)的隨機信號分別被賦給各掃描鏈的掃描選通信號輸入端，以控制掃描鏈在掃描模式和功能模式之間的轉(zhuǎn)換。
3、本發(fā)明所述的自測試方法的特征在于，它依次含有一下步驟假設(shè)有k個掃描鏈SC1、SC2……SCk；權(quán)w1＝0.5，w2＝0.625，w3＝0.75，w4＝0.875構(gòu)成權(quán)集W；建立電路可測度評價函數(shù)如下G=Σl/i∈F|C1(l)-C0(l)|O(l)]]>上述可測度評價函數(shù)中，F(xiàn)是隨機難測故障集，l/i代表隨機難測故障集F中信號線l處的單固定性i型故障(i∈{0，1})，C1(l)、C0(l)、O(l)分別表示信號線l處的1可控度、0可控度和可觀測度；步驟1把所有掃描鏈的測試模式預設(shè)置為傳統(tǒng)的每個掃描周期測試一次的模式，并用下式計算此狀態(tài)下的電路可測度評價函數(shù)G(w10)，下標1表示要處理的掃描鏈是第1條，即SC1，上標0表示此時SC1還處于未加權(quán)的狀態(tài)；步驟2在其它掃描鏈保持在傳統(tǒng)的每掃描周期測試一次的模式下，選定第1條掃描鏈SC1，把權(quán)集W中的每個權(quán)值w1＝0.5，w2＝0.625，w3＝0.75，w4＝0.875依次在第一條掃描鏈上嘗試，計算出與權(quán)值w1，w2，w3，w4分別對應(yīng)的各個電路可測度評價函數(shù)值G(w11)，G(w12)，G(w13)，G(w14)；步驟2依次含有以下各個步驟步驟2.1將權(quán)w1＝0.5賦給第1條掃描鏈SC1，用W1＝w1＝0.5來表示這種情況，W1中下標1表示要處理的掃描鏈是第1條，w1中上標1表示所選掃描鏈采用的是權(quán)集中的第1個值0.5；其它掃描鏈，即SC2至SCk，仍保持在傳統(tǒng)的每掃描周期測試一次的模式下；步驟2.2對于所有保持在傳統(tǒng)的每掃描周期測試一次的模式下的掃描鏈，即SC2至SCk，將其內(nèi)部的所有PPI的0可控度C0和1可控度C1均設(shè)置為0.5；步驟2.3對于加權(quán)的掃描鏈，即第1條掃描鏈，按照從第一級到最后一級的順序依次計算此鏈中每個掃描觸發(fā)器的各信號線的可控度，每級掃描觸發(fā)器可控度的計算方式相同，對于第n級掃描觸發(fā)器，其可控度計算方式如下C1(PPIn)＝W1C1(an-1)+C1(PPOn)*(1-W1)C1(an-1)＝C1(PPIn-1)
其中W1表示第1條掃描鏈所對應(yīng)的權(quán)，αn-1表示第n-1級掃描觸發(fā)器的輸出端信號線，PPIn-1表示從第n-1級掃描觸發(fā)器的輸出端連接到上述電路組合邏輯部分的分支信號線，PPIn表示從第n級掃描觸發(fā)器的輸出端連接到上述電路組合邏輯部分的分支信號線，PPOn表示從上述電路組合邏輯部分連接到第n個掃描出發(fā)器的信號線；W1C1(αn-1)表示當權(quán)值為W1時，在掃描模式下PPIn被置為1的概率，當n＝1時，則C1(α0)＝0.5；C1(PPOn)·(1-W1)表示當權(quán)值為W1時，在功能模式下PPIn被置為1的概率步驟2.4計算上述電路組合邏輯部分中每條信號線的可控度，其具體計算公式如下對于電路的原始輸入端PI，有C1(PI)＝C0(PI)＝0.5；對于緩沖門，其中A為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有C1(B)＝C1(A)，C0(B)＝C0(A)；對于D觸發(fā)器，其中A為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有C1(B)＝C1(A)，C0(B)＝C0(A)；對于非門，其中A為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有C1(B)＝C0(A)，C0(B)＝C1(A)；對于j輸入的與門，其中A1至Aj為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有C1(B)=Πh=1jC1(Ah),C0(B)=1-C1(B);]]>對于j輸入的或門，其中A1至Aj為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有C0(B)=Πh=1jC0(Ah),C1(B)=1-C0(B);]]>對于j輸入的與非門，其中A1至Aj為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有C0(B)=Πh=1jC1(Ah),C1(B)=1-C0(B);]]>對于j輸入的或非門，其中A1至Aj為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有C1(B)=Πh=1jC0(Ah),C0(B)=1-C1(B);]]>步驟2.5對于所有保持在傳統(tǒng)的每掃描周期測試一次的模式下的掃描鏈，即SC2至SCk，將其內(nèi)部的所有PPO的可觀測度0均設(shè)置為1/(m+1)，其中m是這條掃描鏈中所含掃描觸發(fā)器的數(shù)目；步驟2.6對于加權(quán)的掃描鏈，即第1條掃描鏈，按照從最后一級到第一級的順序依次計算此鏈中每個掃描觸發(fā)器的各信號線的可觀測度，每級掃描觸發(fā)器可觀測度的計算方式相同，對于第n級掃描觸發(fā)器，其可觀測度計算方式如下O(an-1)＝1-(1-O(PPIn-1))*(1-O(bn-1))O(bn-1)＝W1*O(an)
O(PPOn)＝O(an)(1-W1)；其中W1、αn-1、αn、PPIn-1及PPOn的定義同上，bn-1表示從第n-1級掃描觸發(fā)器輸出連接到第n級掃描觸發(fā)器輸入的信號線，當n＝m，即第n級掃描觸發(fā)器為最后一級時，則O(αn)＝1；步驟2.7計算上述電路組合邏輯部分中每條信號線的可觀測度，其具體計算公式如下對于電路的原始輸出端PO，有O(PO)＝1；對于緩沖門，其中A為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有O(A)＝O(B)；對于D觸發(fā)器，其中A為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有O(A)＝O(B)；對于非門，其中A為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有O(A)＝O(B)；對于j輸入的與門，其中A1至Aj為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有O(Aq)=O(B)*Π1≤h≤jh≠qC1(Ah);]]>對于j輸入的或門，其中A1至Aj為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有O(Aq)=O(B)*Π1≤h≤jh≠qC0(Ah);]]>對于j輸入的與非門，其中A1至Aj為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有O(Aq)=O(B)*Π1≤h≤jh≠qC1(Ah);]]>對于j輸入的或非門，其中A1至Aj為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有O(Aq)=O(B)*Π1≤h≤jh≠qC0(Ah);]]>步驟2.8利用上述電路可測度評價函數(shù)計算對應(yīng)于權(quán)集W中第1個權(quán)值w1的函數(shù)值G(w11)，電路可測度評價函數(shù)值的計算公式為G=Σl/i∈F|C1(l)-C0(l)|O(l)]]>此公式中各符號的定義同上；步驟2.9對于權(quán)集W中的其它權(quán)值w2、w3、w4，分別重復步驟2.1至步驟2.8，從而計算出與w2、w3、w4分別對應(yīng)的電路可測度評價函數(shù)值G(w12)，G(w13)，G(w14)；
步驟3比較G(w10)，G(w11)，G(w12)，G(w13)，G(w14)，選出G(w1v)=min{G(w10),G(w11,),G(w12),G(w13),G(w14)};]]>當v＝0時，則保留SC1為傳統(tǒng)的每個掃描周期測試一次的自測試模式；當v≠0時，則把權(quán)值wv賦給SC1的掃描選通信號，記為w1v；步驟4把步驟3得到的第1條掃描鏈的SC1選通信號的加權(quán)信息帶入上述自測試結(jié)構(gòu)，并更新電路的測度信息以及電路的可測度評價函數(shù)值G(w20)，下標表示要處理的是第2條掃描鏈，上標0表示此時SC2還處于未加權(quán)的狀態(tài)；步驟5選定第2條掃描鏈SC2，重復步驟2、3，獲得SC2選通信號所對應(yīng)的權(quán)值w2v，當v＝0時，則保留SC2為傳統(tǒng)的每個掃描周期測試一次的自測試模式；當v≠0時，則把權(quán)值wv賦給SC2的掃描選通信號；更新電路的測度信息；步驟6；對于剩下的掃描鏈SC3……SCk，重復上述步驟，得到所有掃描鏈的選通信號各自對應(yīng)的權(quán)值。
我們將發(fā)明所述方法(簡稱為WTS)在ISCAS 89、93以及ITC 99的電路上進行了實驗并和兩種近年來得到廣泛運用的方法進行了實驗結(jié)果的比較。在自測試結(jié)構(gòu)中，我們使用了一個24級的線性反饋移位寄存器(LFSR)和一個相移器的組合作為偽隨機測試碼產(chǎn)生器。我們將所有的掃描鏈的長度設(shè)定為10，同時將故障模擬時間設(shè)為50萬個時鐘周期。
用于比較的兩種方法分別是1、多響應(yīng)收集周期的自測試方法MTS，2、傳統(tǒng)的每個掃描周期測試一次的方法STS。WTS與它們的比較結(jié)果以及WTS方法的其它相關(guān)指標如表1所示。
表1的第2列至第5列分別列出了原電路的面積(area(orig.))、WTS方法用到的相移器的面積(area(PS))、圖3中權(quán)產(chǎn)生邏輯的面積(area(WG))以及后兩者面積之和相對于原電路面積的百分比(AO)。值得注意的是，權(quán)產(chǎn)生邏輯的面積是非常小且不隨電路規(guī)模變化的。第6列是本發(fā)明的方法在各電路上的運算時間。即使是處理規(guī)模很大的電路，本發(fā)明的方法所需的運行時間也是很短的。
第7列至第9列分別列出三種方法所能獲得的故障覆蓋率(簡稱FC)。對于所有電路，WTS方法都可以獲得非常高的故障覆蓋率。其中s4863獲得了100％的故障覆蓋率，s1269、s1423、s3271和s5378也獲得了超過99％的故障覆蓋率，其它電路也都獲得了很高的故障覆蓋率，大部分電路的故障覆蓋率都接近100％。實驗結(jié)果表明WTS、MTS兩種方法在測試效果上均明顯優(yōu)于STS。同時，WTS對所有電路都獲得了比MTS高的故障覆蓋率，其優(yōu)勢在s3330、s9234、s13207.1、b20、s15850和s15850.1這幾個電路上體現(xiàn)得尤為明顯。最后一行的平均故障覆蓋率(Ave.)對比則反映了WTS相對于其它兩種方法的總體優(yōu)勢。
第10列至第15列分別列出了WTS、MTS和STS三種方法結(jié)合測試點插入以后的故障覆蓋率。我們針對部分較為難測的電路做了這個對比實驗。對于每個特定的電路，三種方法所用測試點數(shù)目(#tp)均相等。實驗結(jié)果證明，結(jié)合測試點插入等可測性方法以后，WTS方法可以把難測電路的故障覆蓋率進一步提高到接近100％的水平。同時，在測試點插入以后，WTS相對于MTS和STS的優(yōu)勢仍然是非常明顯的。
圖6反映了三種方法在測試過程中的故障覆蓋率隨時鐘周期的上升曲線的對比。我們選擇的是s3330、s15850.1、s38584和b20這四個具有代表性的電路。值得注意的是，WTS從一開始就體現(xiàn)出了故障覆蓋率上的優(yōu)勢，而且這種優(yōu)勢在越早的時鐘周期體現(xiàn)得越明顯。這說明運用WTS可以很快的獲得預期的故障覆蓋率，這對于縮短測試時間成本具有非常重要的意義。


圖1.每個掃描周期測試一次的自測試結(jié)構(gòu)；圖2.采用加權(quán)掃描選通信號的自測試結(jié)構(gòu)；圖3.加權(quán)隨機掃描選通信號的產(chǎn)生邏輯；圖4.具有加權(quán)掃描選通信號的掃描鏈；圖5.實現(xiàn)本發(fā)明的總流程圖；圖6.故障覆蓋率上升曲線對比6.1s3330電路，6.2s15850.1電路，6.3s38584電路，6.4b20電路；具體實施方式
下面我們詳述為每個掃描鏈選擇權(quán)值的方法。假設(shè)掃描電路中有k條掃描鏈SC1，SC2，……，SCk，權(quán)w1＝0.5，w2＝0.625，w3＝0.75，w4＝0.875構(gòu)成權(quán)集S，為了便于表述，我們用w0表示掃描鏈的測試信號不加權(quán)的狀態(tài)(此狀態(tài)下掃描鏈仍保持為傳統(tǒng)的每個掃描周期測試一次的模式)。此方法可描述如下為每條掃描鏈的選通信號選擇相應(yīng)的權(quán)值的方法1.將所有掃描鏈的測試模式預設(shè)置為傳統(tǒng)的每個掃描周期測試一次的模式，并用方程(1)計算此狀態(tài)下的電路可測度評價函數(shù)值G(w10)(下標1表示要處理的掃描鏈是第1條，即SC1，上標0表示此時SC1還處于未加權(quán)的狀態(tài))。
2.選定第一條掃描鏈SC1，將權(quán)集合S中的每個權(quán)w1，w2，w3，w4依次在該掃描鏈上嘗試(此時其它掃描鏈保持在傳統(tǒng)的每個掃描周期測試一次的模式下)，算出與w1，w2，w3，w4分別對應(yīng)的電路可測度評價函數(shù)值G(w11)，G(w12)，G(w13)，G(w14)。
3.比較G(w10)，G(w11)，G(w12)，G(w13)，G(w14)，選出G(w1v)=min{G(w10),G(w11,),G(w12),G(w13),G(G14)}.]]>若v＝0，則保持SC1為傳統(tǒng)的每個掃描周期測試一次的模式；若v≠0，則將權(quán)wv賦給SC1的掃描選通信號，記為w1v。
4.將SC1選通信號的加權(quán)信息w1v帶入電路(若v＝0，則保持SC1為傳統(tǒng)的每個掃描周期測試一次的模式)，并更新電路的測度信息以及電路可測度評價函數(shù)值G(w20)(下標2表示要處理的掃描鏈是第2條，即SC2，上標0表示此時SC2還處于未加權(quán)的狀態(tài))。
5.選定第二條掃描鏈SC2，重復步驟2、3，獲得SC2選通信號所對應(yīng)的權(quán)w2v(若v＝0，則保持SC2為傳統(tǒng)的每個掃描周期測試一次的模式)。將w2v應(yīng)用于電路并更新測度信息。
6.對于剩下的掃描鏈SC3，……，SCk，重復上述方法。從而獲得所有掃描鏈的選通信號各自對應(yīng)的權(quán)。
上述為每個掃描鏈選擇權(quán)值的方法中，電路可測度評價函數(shù)值G的計算是建立在對電路內(nèi)部信號線(節(jié)點)上的測度參數(shù)(可控度和可觀測度)的精確衡量的基礎(chǔ)上。電路內(nèi)部節(jié)點的測度計算是利用經(jīng)典COP(可控度及可觀測度計算程序)概率測度來完成的。測度計算的細節(jié)將在后文中介紹。
本發(fā)明還定義了圖2中的“加權(quán)隨機掃描選通信號的產(chǎn)生邏輯”模塊，這個模塊是產(chǎn)生加權(quán)的掃描選通信號的硬件結(jié)構(gòu)，其具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。相移器(phase shifter)輸出的是未加權(quán)(也可認為是權(quán)為0.5)的隨機信號。相移器的輸出信號經(jīng)過一個二輸入與門和一個二輸入或門的組合產(chǎn)生w2(0.625)信號；經(jīng)過一個二輸入或門產(chǎn)生w3(0.75)信號；經(jīng)過一個三輸入或門產(chǎn)生w4(0.875)信號。在掃描電路中，對應(yīng)著同一個權(quán)的掃描鏈可共用相同的掃描選通信號，由此帶來的額外硬件開銷是非常小的。
要實現(xiàn)上述為每個掃描鏈選擇權(quán)值的方法，需要對電路中每個節(jié)點的測度值(包括可控度值和可觀測度值)進行計算。我們提出了一個新的計算方法。測度計算使用的是COP測度，就具體的計算過程而言，可將原始輸入端(簡稱PI)、掃描觸發(fā)器輸出端(由于在測試中其功能相當于原始輸入端，所以也可以稱為偽原始輸入，簡稱PPI)的0/1可控度，以及原始輸出端(簡稱PO)、掃描觸發(fā)器輸入端(由于在測試中其功能相當于原始輸出端，所以也可以稱為偽原始輸出，簡稱PPO)的可觀測度作為邊界條件，根據(jù)COP測度的計算規(guī)則求出電路中每個節(jié)點的可控度和可觀測度。本方法在計算過程中與傳統(tǒng)方法的主要區(qū)別在于掃描鏈上(包括PPI和PPO)可控度和可觀測度這兩組邊界條件的確定。這也是本節(jié)介紹的重點。
對于不加權(quán)(維持傳統(tǒng)的每個掃描周期測試一次的模式)的掃描鏈，我們可以認為其內(nèi)部的所有PPI的0可控度和1可控度均為0.5；其內(nèi)部的所有PPO的可觀測度均為1/(l+1)，其中l(wèi)是這條掃描鏈中所含掃描觸發(fā)器的數(shù)目(雖然是估量值，但是卻足夠精確，而且可以大大簡化內(nèi)部節(jié)點測度計算的復雜度)。對于加權(quán)選通的掃描鏈，其內(nèi)部PPI的可控度計算和內(nèi)部PPO的可觀測度計算如下(一個電路可能有多條加權(quán)選通的掃描鏈，我們以一條掃描鏈為例來說明計算方法)加權(quán)選通的掃描鏈中PPI的可控度計算圖4是一條長度為m的掃描鏈(參看圖2中的掃描鏈SC)，它的掃描選通信號的權(quán)為W，圖中Mn表示第n級掃描觸發(fā)器中的多路轉(zhuǎn)換器(它與D觸發(fā)器一起構(gòu)成一個掃描觸發(fā)器，多個掃描觸發(fā)器連在一起構(gòu)成掃描鏈)，PPIn和PPOn分別代表第n級掃描觸發(fā)器的輸出(也是電路的偽輸入)和輸入(也是電路的偽輸出)。
PPI1的信號概率(1可控度)可表示為C1(PPI1)=12·W+C1(PPO1)·(1-W)----(2)]]>式(2)中， 表示PPI1在測試模式下被偽隨機掃描輸入信號Sin置為1的概率；C1(PPO1)·(1-W)表示PPI1在功能模式(響應(yīng)收集周期)下被同一掃描觸發(fā)器的輸入PPO1置為1的概率。PPI2的信號概率(1可控度)可表示為C1(PPI2)＝W·C1(a1)+C1(PPO2)·(1-W) (3)式(3)中W·C1(a1)表示PPI2在測試模式下被置為1的概率，其中，C1(a1)＝C1(PPI1)；C1(PPO2)·(1-W)表示PPI2在功能模式(響應(yīng)收集周期)下被同一掃描觸發(fā)器的輸入PPO2置為1的概率。PPIm的信號概率(1可控度)可計算如下C1(PPIm)＝W·C1(am-1)+C1(PPOm)·(1-W) (4)式(4)中有C1(am-1)＝C1(PPIm-1)。
對于電路中組合邏輯部分中的節(jié)點，其可控度計算方式與傳統(tǒng)的使用COP測度的每個掃描周期測試一次的自測試相同。
加權(quán)選通的掃描鏈中PPO的可觀測度計算對于加權(quán)選通的掃描鏈，可觀測度的計算應(yīng)該從掃描輸出開始。首先考慮第m個掃描觸發(fā)器O(am-1)＝1-(1-O(PPIm-1))·(1-O(bm-1)) (5)O(bm-1)＝W·O(am)＝W (6)O(PPOm)＝O(am)·(1-W)＝1-W(7)式(5)表示am-1處的故障效應(yīng)可以從bm1和PPIm-1兩條路徑分別以一定的幾率傳遞出去。式(6)表示bm-1處的故障效應(yīng)在測試模式下通過am傳遞到掃描輸出的概率。式(7)表示PPOm處的故障效應(yīng)在功能模式下通過am傳遞到掃描輸出的概率。第2個掃描觸發(fā)器相關(guān)信號的可觀測度計算如下O(a2)＝1-(1-O(PPI2))·(1-O(b2)) (8)O(b2)＝W·O(a3) (9)O(PPO2)＝O(a2)·(1-W) (10)同樣的，第1個掃描觸發(fā)器相關(guān)信號的可觀測度計算如下O(a1)＝1-(1-O(PPI1))·(1-O(b1)) (11)O(b1)＝W·O(a2) (12)O(PPO1)＝O(a1)·(1-W) (13)式(2)-(13)用于計算加權(quán)選通的掃描鏈上所有PPI和PPO的可控度和可觀測度。式中也反映出大部分PPI和PPO與電路中組合邏輯部分在測度計算上存在相互依賴性，因此我們無法一次性的確定測度計算的所有邊界條件。實際采用的測度計算方法是首先給所有不能確定精確測度值的PPI和PPO預設(shè)一個測度初值，然后按照上述掃描鏈上的測度規(guī)則以及組合邏輯中的COP測度規(guī)則進行計算并迭代數(shù)次。實驗證明這個迭代不具備初值敏感性，而且迭代收斂得非?？?。
我們將上面介紹的各項細節(jié)技術(shù)匯總銜接以后，就可以概括出實現(xiàn)本發(fā)明的總流程圖，如圖5所示。
本發(fā)明提出了一種有效的基于掃描的自測試方法。這種方法將采用加權(quán)的隨機信號來控制掃描鏈的掃描選通信號，并由此引入了一種新的測試碼產(chǎn)生方法該方法在PPI處產(chǎn)生加權(quán)的測試信號，并可在測試過程中隨機的收集測試響應(yīng)。本方法無需在電路的功能路徑上插入任何邏輯，僅需要在自測試控制器中加入一個面積很小的權(quán)產(chǎn)生邏輯，因而幾乎不帶來任何硬件開銷，更不會帶來額外的延遲開銷。采用本發(fā)明，每個測試周期的掃描輸入周期及測試響應(yīng)接收周期數(shù)都是不固定的。本發(fā)明完全跳出了傳統(tǒng)的每個掃描周期測試一次的自測試方法的框架，建立了一種新的測試概念。我們所采用的自測試結(jié)構(gòu)可以很容易地由工業(yè)界廣泛運用的結(jié)構(gòu)修改而成，同時本方法可以非常容易地嵌入到現(xiàn)有的EDA工具中，因而有很好的實用前景。大量的實驗數(shù)據(jù)證明本方法可以非常顯著的提高基于掃描的自測試的效果。
表1實驗結(jié)果比較


權(quán)利要求
1.采用加權(quán)掃描選通信號的基于掃描的自測試結(jié)構(gòu)，其特征在于線性反饋移位寄存器；相移器，它的各輸入端接收上述線性反饋移位寄存器的相應(yīng)的輸出信號，它的輸出信號是偽隨機測試向量，分別進入掃描鏈和被測電路的組合邏輯部分；與門電路組合單元，單元中每個與門的一個輸入信號是切換測試模式和正常工作模式的開關(guān)信號，用test表示；每個與門的另一個輸入信號是一個已加權(quán)的隨機信號，不同與門的此信號各自具有的權(quán)值分別用W1、W2、W3……Wk表示；掃描鏈，它由SC1、SC2……SCk條掃描鏈組成，k為掃描鏈的個數(shù)；上述各掃描鏈由結(jié)構(gòu)彼此相同的掃描觸發(fā)器多級地串聯(lián)而成，每個掃描觸發(fā)器由一個多路轉(zhuǎn)換器和一個觸發(fā)器依次串聯(lián)而成，每個觸發(fā)器共用一條時鐘線；從第二級掃描觸發(fā)器開始，各級掃描觸發(fā)器中多路轉(zhuǎn)換器的一個輸入端與上一級掃描觸發(fā)器中觸發(fā)器的輸出端相連，第一級掃描觸發(fā)器中的多路轉(zhuǎn)換器的一個輸入端與上述相移器的相應(yīng)測試向量輸出端相連；各級掃描觸發(fā)器中各多路轉(zhuǎn)換器的另一個輸入端與下述被測電路的組合邏輯部分中對應(yīng)的信號線相連，此信號線既是掃描觸發(fā)器的一條輸入信號線，在整個電路中又是一個偽輸出端，用PPO表示；掃描觸發(fā)器的輸出信號線既連接到下一級掃描觸發(fā)器的某個輸入端，又連接到下述被測電路的組合邏輯部分中對應(yīng)的信號線上，此信號線也稱為電路的一個偽輸入端，用PPI表示，最后一級掃描觸發(fā)器的輸出信號直接作為整個電路的一個掃描輸出端；多路選擇器，用MUX表示，它有上述test信號、來自外部的原始輸入信號以及由上述相移器輸出的測試向量信號共三個信號輸入端；被測電路的組合邏輯部分，它的輸入端與上述多路選擇器的輸出端相連，其中可能包含的若干可控點的輸入端與上述相移器的測試向量輸出端相連；多輸入特征分析器，它的輸入端分別與上述被測電路的組合邏輯部分的原始輸出端、可觀點輸出端、以及上述個掃描鏈的末位掃描觸發(fā)器的原始輸出端相連；加權(quán)隨機信號產(chǎn)生邏輯單元，其輸入信號來源于相移器輸出的未加權(quán)的偽隨機信號；隨機選擇三個偽隨機信號分別經(jīng)過一個二輸入與門和一個二輸入或門的組合產(chǎn)生權(quán)值為0.625的隨機信號；再隨機選擇另外二個偽隨機信號經(jīng)過一個二輸入或門產(chǎn)生權(quán)值為0.75的隨機信號；再隨機選擇另外三個偽隨機信號經(jīng)過一個三輸入或門產(chǎn)生權(quán)值為0.875的隨機信號，其余各權(quán)值的隨機信號以此類推產(chǎn)生。以上各加權(quán)的隨機信號分別被賦給各掃描鏈的掃描選通信號輸入端，以控制掃描鏈在掃描模式和功能模式之間的轉(zhuǎn)換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用加權(quán)掃描選通信號的基于掃描的自測試結(jié)構(gòu)而提出的自測試方法其特征在于，它依次含有一下步驟假設(shè)有k個掃描鏈SC1、SC2……SCk；權(quán)w1＝0.5，w2＝0.625，w3＝0.75，w4＝0.875構(gòu)成權(quán)集W；建立電路可測度評價函數(shù)如下G=Σl/i∈F|C1(l)-C0(l)|O(l)]]>上述可測度評價函數(shù)中，F(xiàn)是隨機難測故障集，l/i代表隨機難測故障集F中信號線l處的單固定性i型故障(i∈{0，1})，C1(l)、C0(l)、O(l)分別表示信號線l處的1可控度、0可控度和可觀測度；步驟1把所有掃描鏈的測試模式預設(shè)置為傳統(tǒng)的每個掃描周期測試一次的模式，并用下式計算此狀態(tài)下的電路可測度評價函數(shù)G(w10)，下標1表示要處理的掃描鏈是第1條，即SC1，上標0表示此時SC1還處于未加權(quán)的狀態(tài)；步驟2在其它掃描鏈保持在傳統(tǒng)的每掃描周期測試一次的模式下，選定第1條掃描鏈SC1，把權(quán)集W中的每個權(quán)值w1＝0.5，w2＝0.625，w3＝0.75，w4＝0.875依次在第一條掃描鏈上嘗試，計算出與權(quán)值w1，w2，w3，w4分別對應(yīng)的各個電路可測度評價函數(shù)值G(w11)，G(w12)，G(w13)，G(w14)；步驟2依次含有以下各個步驟步驟2.1將權(quán)w1＝0.5賦給第1條掃描鏈SC1，用W1＝w1＝0.5來表示這種情況，W1中下標1表示要處理的掃描鏈是第1條，w1中上標1表示所選掃描鏈采用的是權(quán)集中的第1個值0.5；其它掃描鏈，即SC2至SCk，仍保持在傳統(tǒng)的每掃描周期測試一次的模式下；步驟2.2對于所有保持在傳統(tǒng)的每掃描周期測試一次的模式下的掃描鏈，即SC2至SCk，將其內(nèi)部的所有PPI的0可控度C0和1可控度C1均設(shè)置為0.5；步驟2.3對于加權(quán)的掃描鏈，即第1條掃描鏈，按照從第一級到最后一級的順序依次計算此鏈中每個掃描觸發(fā)器的各信號線的可控度，每級掃描觸發(fā)器可控度的計算方式相同，對于第n級掃描觸發(fā)器，其可控度計算方式如下C1(PPIn)＝W1C1(an-1)+C1(PPOn)*(1-W1)C1(an-1)＝C1(PPIn-1)其中W1表示第1條掃描鏈所對應(yīng)的權(quán)，an-1表示第n-1級掃描觸發(fā)器的輸出端信號線，PPIn-1表示從第n-1級掃描觸發(fā)器的輸出端連接到上述電路組合邏輯部分的分支信號線，PPIn表示從第n級掃描觸發(fā)器的輸出端連接到上述電路組合邏輯部分的分支信號線，PPOn表示從上述電路組合邏輯部分連接到第n個掃描出發(fā)器的信號線；W1C1(an-1)表示當權(quán)值為W1時，在掃描模式下PPIn被置為1的概率，當n＝1時，則C1(a0)＝0.5；C1(PPOn)·(1-W1)表示當權(quán)值為W1時，在功能模式下PPIn被置為1的概率；步驟2.4計算上述電路組合邏輯部分中每條信號線的可控度，其具體計算公式如下對于電路的原始輸入端PI，有C1(PI)＝C0(PI)＝0.5；對于緩沖門，其中A為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有C1(B)＝C1(A)，C0(B)＝C0(A)；對于D觸發(fā)器，其中A為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有C1(B)＝C1(A)，C0(B)＝C0(A)；對于非門，其中A為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有C1(B)＝C0(A)，C0(B)＝C1(A)；對于j輸入的與門，其中A1至Aj為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有C1(B)=Πh=1jC1(Ah),C0(B)=1-C1(B);]]>對于j輸入的或門，其中A1至Aj為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有C0(B)=Πh=1jC0(Ah),C1(B)=1-C0(B);]]>對于j輸入的與非門，其中A1至Aj為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有C0(B)=Πh=1jC1(Ah),C1(B)=1-C0(B);]]>對于j輸入的或非門，其中A1至Aj為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有C1(B)=Πh=1jC0(Ah),C0(B)=1-C1(B);]]>步驟2.5對于所有保持在傳統(tǒng)的每掃描周期測試一次的模式下的掃描鏈，即SC2至SCk，將其內(nèi)部的所有PPO的可觀測度O均設(shè)置為1/(m+1)，其中m是這條掃描鏈中所含掃描觸發(fā)器的數(shù)目；步驟2.6對于加權(quán)的掃描鏈，即第1條掃描鏈，按照從最后一級到第一級的順序依次計算此鏈中每個掃描觸發(fā)器的各信號線的可觀測度，每級掃描觸發(fā)器可觀測度的計算方式相同，對于第n級掃描觸發(fā)器，其可觀測度計算方式如下O(an-1)＝1-(1-O(PPIn-1))*(1-O(bn-1))O(bn-1)＝W1*O(an)O(PPOn)＝O(an)(1-W1)；其中W1、an-1、an、PPIn-1及PPOn的定義同上，bn-1表示從第n-1級掃描觸發(fā)器輸出連接到第n級掃描觸發(fā)器輸入的信號線，當n＝m，即第n級掃描觸發(fā)器為最后一級時，則O(an)＝1；步驟2.7計算上述電路組合邏輯部分中每條信號線的可觀測度，其具體計算公式如下對于電路的原始輸出端PO，有O(PO)＝1；對于緩沖門，其中A為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有O(A)＝O(B)；對于D觸發(fā)器，其中A為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有O(A)＝O(B)；對于非門，其中A為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有O(A)＝O(B)；對于j輸入的與門，其中A1至Aj為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有O(Aq)=O(B)*Π1≤h≤jh≠qC1(Ah)]]>對于j輸入的或門，其中A1至Aj為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有O(Aq)=O(B)*Π1≤h≤jh≠qC0(Ah)]]>對于j輸入的與非門，其中A1至Aj為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有O(Aq)=O(B)*Π1≤h≤jh≠qC1(Ah)]]>對于j輸入的或非門，其中A1至Aj為其輸入信號線，B為其輸出信號線，則有O(Aq)=O(B)*Π1≤h≤jh≠qC0(Ah)]]>步驟2.8利用上述電路可測度評價函數(shù)計算對應(yīng)于權(quán)集W中第1個權(quán)值w1的函數(shù)值G(w11)，電路可測度評價函數(shù)值的計算公式為G=Σl/i∈F|C1(l)-C0(l)|O(l)]]>此公式中各符號的定義同上；步驟2.9對于權(quán)集W中的其它權(quán)值w2、w3、w4，分別重復步驟2.1至步驟2.8，從而計算出與w2、w3、w4分別對應(yīng)的電路可測度評價函數(shù)值G(w12)，G(w13)，G(w14)；步驟3比較G(w10)，G(w11)，G(w12)，G(w13)，G(w14)，選出G(w1v)=min{G(w10),G(w11),G(w12),G(w13),G(w14)};]]>當v＝0時，則保留SC1為傳統(tǒng)的每個掃描周期測試一次的自測試模式；當v≠0時，則把權(quán)值wv賦給SC1的掃描選通信號，記為w1v；步驟4把步驟3得到的第1條掃描鏈的SC1選通信號的加權(quán)信息帶入上述自測試結(jié)構(gòu)，并更新電路的測度信息以及電路的可測度評價函數(shù)值G(w20)，下標表示要處理的是第2條掃描鏈，上標0表示此時SC2還處于未加權(quán)的狀態(tài)；步驟5選定第2條掃描鏈SC2，重復步驟2、3，獲得SC2選通信號所對應(yīng)的權(quán)值w2v，當v＝0時，則保留SC2為傳統(tǒng)的每個掃描周期測試一次的自測試模式；當v≠0時，則把權(quán)值wv賦給SC2的掃描選通信號；更新電路的測度信息；步驟6對于剩下的掃描鏈SC3……SCk，重復上述步驟，得到所有掃描鏈的選通信號各自對應(yīng)的權(quán)值。
全文摘要
采用加權(quán)掃描選通信號的基于掃描的自測試結(jié)構(gòu)及方法屬于集成電路可測試性技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于將由專門的加權(quán)隨機信號產(chǎn)生邏輯輸出的加權(quán)隨機信號作為掃描電路中掃描鏈的掃描選通信號。電路中不同的掃描鏈可能對應(yīng)于不同的權(quán)值。因此，本發(fā)明還提出了一種方法，其作用是從一個權(quán)集里選出各掃描鏈分別對應(yīng)的權(quán)值。本發(fā)明提出的采用加權(quán)掃描選通信號的基于掃描的自測試結(jié)構(gòu)在任意周期都可能實現(xiàn)對測試響應(yīng)的收集。它具有幾乎不帶來任何硬件開銷，更不會帶來額外的延遲開銷、結(jié)構(gòu)簡單、便于工業(yè)界廣泛使用，易于嵌入現(xiàn)有的EDA工具中，而且又能顯著提高基于掃描的自測試效果的優(yōu)點。
文檔編號G01R31/3185GK1654973SQ20051001138
公開日2005年8月17日 申請日期2005年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月4日
發(fā)明者向東, 孫家廣, 陳明靜 申請人:清華大學