FPGA潜在缺陷测试技术综述.pdf

FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）是现代电子设计中广泛使用的一种集成电路，尤其在航空航天、国防、电子通信、医疗等领域具有重要应用。随着FPGA朝着高集成度和大规模的方向发展，其测试的难度和成本也逐渐增高，测试成为保证FPGA器件质量的关键步骤。 FPGA的基本结构包括可编程逻辑块（CLB）、互联线资源（interconnect line resources）、输入输出资源（input/output resources）以及内嵌核心（embedded core）。CLB是FPGA的主要组成部分，负责实现逻辑功能。互联线资源用于连接不同的CLB以及输入输出资源。内嵌核心则提供了额外的处理功能，比如存储器或处理器核心。 FPGA的潜在缺陷主要分为两种类型，即固定1型故障和固定0型故障。固定1型故障是指电路应该输出1，但实际上总是输出0的故障；而固定0型故障则是指电路应该输出0，但实际上总是输出1的情况。除了这两种基本故障外，桥接故障也是FPGA中的常见问题，桥接故障通常是指短路故障，通常发生在相邻的连线之间，其产生的原因比较复杂。 针对这些潜在的缺陷，主要的FPGA测试方法包括功能测试、静态电流测试、延时测试、扫描链测试以及边界扫描测试等。功能测试是通过施加不同的输入激励，观察FPGA的输出响应是否符合预期功能来检测潜在缺陷的一种方式。静态电流测试则基于静态电流分析，依赖于静态电流异常来识别电路中的缺陷。延时测试关注于电路信号的传输延迟，通过检测信号传输时间是否超过正常范围来确定是否存在缺陷。扫描链测试则是利用FPGA内的测试逻辑，通过特定的扫描路径，以检测内部节点状态的方法。边界扫描测试是一种IEEE标准测试方法（IEEE 1149.1标准），它允许通过少量的引脚对设备进行测试。 除此之外，分类测试法是针对FPGA中不同模块进行测试的一种方法。具体来说，对于构成FPGA的可编程逻辑资源、互联线资源、端口资源、内嵌核这四大模块，需要分别进行测试，并针对各模块的典型缺陷归纳出相应的测试方法。 在可编程逻辑资源测试方面，主要缺陷包括逻辑块的配置错误和逻辑块内部的短路故障。互联线资源测试则关注线与线之间的桥接故障和断路故障。端口资源测试需要检查输入输出端口是否能够正确接收和发送信号，以及端口是否存在电气特性不符合要求的情况。内嵌核的测试则关注于内嵌核是否能正确执行预定的功能，以及是否存在运算错误等问题。 测试方法的选择不仅取决于缺陷类型，还受FPGA的规模、测试设备、测试时间等因素的影响。例如，对于大型FPGA器件，由于管脚数量众多，边界扫描测试由于其只需要少数几根管脚进行测试，因此在测试成本和测试时间上具有优势。另一方面，功能测试能够更全面地检验FPGA的实际工作能力，但可能需要更多的时间和资源。 总而言之，FPGA潜在缺陷的测试技术对于保证器件的可靠性和稳定性至关重要。随着FPGA技术的不断进步，测试技术也需要不断更新和优化，以应对新的挑战和需求。论文中所提到的测试方法和分类测试法的讨论，为FPGA测试工作提供了重要的参考和指导。