SOC芯片的可测试性设计与功耗优化.pdf

SOC（System-on-Chip）芯片的可测试性设计与功耗优化是一项关键的技术，其目的在于通过设计阶段的考虑，提高芯片的测试效率，减少测试成本，以及降低功耗，最终确保芯片能够顺利通过量产测试并具备较高的可靠性。 可测试性设计（Design for Testability，简称DFT）技术是在集成电路设计阶段就开始考虑到测试的需求，通过对电路设计的合理调整，增加一些有助于测试的电路结构，使得测试工程师可以有效地从外部对芯片内部的电路进行充分测试。常见的DFT技术包括扫描设计（Scan Design）、内建自测试（Build-In Self-Test, BIST）、边界扫描设计（Boundary Scan Design）等。 由于集成电路工艺的不断进步，芯片制造过程中引入故障的几率也随之增高，同时，设计方法学的发展对测试工作带来了新的挑战。研究显示，随着晶体管数量和故障模型种类的增加，测试数据量显著增加。此外，日益先进的低功耗设计以及不断提升的工作频率，都对测试功耗提出了更严格的要求，使得DFT成为了数字集成电路设计领域的焦点。 在扫描设计中，一个重要的测试质量评价标准是故障覆盖率，即测试向量能够检测出的故障所占的比例。测试向量集则是指为了达到设计要求的测试覆盖率所需要的一组测试向量。测试向量集的大小直接影响测试的时间和成本。由于逻辑结构的限制，SOC芯片在首次扫描设计时测试覆盖率通常不高，因此需要通过分析逻辑结构，在芯片内部增加额外的测试电路来提升覆盖率，同时还要确保这些额外的测试电路不会影响芯片的正常逻辑功能，也不会破坏芯片正常工作的时序。 为了优化测试覆盖率并缩短测试时间，同时降低测试功耗以提高测试稳定性，文中提出了一种通过适当调整电路结构，增加测试控制点和观测点的方法，以大幅度提高测试覆盖率。此外，SOC芯片内部集成了大量数字、模拟和存储器模块，但受到输入输出（I/O）端口数量的限制，直接对内部电路进行测试较为困难。因此，业界通常采用扫描测试方法，将内部寄存器替换为具有扫描功能的寄存器，在扫描测试模式下形成一个或多个移位寄存器链。这样，所有电路的状态都能直接从片外的输入和输出端进行控制和观测。 在设计过程中，存在两种对测试覆盖率影响较大的情况：一是存储器输入输出的端口电路，二是在测试模式下不工作的阴影逻辑。存储器端口电路的测试覆盖率低，主要原因是测试模式下存储器不工作。优化存储器端口电路可以提升其测试覆盖率。至于阴影逻辑，由于在测试模式下无法被控制或观测，因此在设计时需要考虑怎样在不影响芯片正常工作的情况下，使这些电路变得可测试。 文章还强调了功耗优化的重要性，因为在测试期间的功耗如果过高，会给芯片带来热设计方面的挑战，并且可能影响测试的稳定性和可靠性。因此，文中还涉及了如何在保持高测试覆盖率的同时，降低测试功耗的方法。 SOC芯片的可测试性设计与功耗优化是一个综合性问题，不仅需要在设计阶段提前考虑，还要在测试阶段结合具体测试方法和芯片特性，实现测试覆盖率的提升和测试成本的降低，同时确保测试的可靠性。通过采用适当的DFT技术和功耗优化策略，最终可以实现SOC芯片的顺利量产以及市场上的成功应用。