SOC芯片的设计与测试

摘要：SOC已经成为集成电路设计的主流。SOC测试变得越来越复杂，在设计时必须考虑DFT和DFM。本文以一SOC单芯片系统为例，在其设计、测试和可制造性等方面进行研究，并详细介绍了SOC测试解决方案及设计考虑。 引言 　　以往的系统设计是将CPU，DSP，PLL，ADC，DAC或Memory等电路设计成IC后，再加以组合变成完整的系统，但现今的设计方式是将上述的电路直接设计在同一个IC上，或购买不同厂商的IP（intellectual property），直接加以整合，此方式称为单晶片片上系统（SOC）设计方法。SOC方式大大降低了昂贵的设计和制造成本，但对于测试来说却变得更为复杂，测试 【SOC芯片的设计与测试】 SOC（System on Chip）芯片，即单片系统，是现代集成电路设计的核心技术。这种设计方法将CPU、DSP、PLL、ADC、DAC、Memory等多个功能单元集成在同一芯片上，大大减少了设计和制造成本。然而，这种高度集成也带来了测试的复杂性。传统的测试方法不再适用，因为SOC测试需要处理更多的内部互联和功能模块的协同工作。 面向测试设计（DFT - Design for Testability）和面向生产设计（DFM - Design for Manufacturability）成为了解决这一问题的关键策略。DFT主要关注如何在设计阶段就引入测试机制，使得产品在生产测试时能够高效、准确地进行。例如，通过IEEE1149.1标准的JTAG（Joint Test Action Group）边界扫描技术，可以实现对芯片内部各个模块的独立测试。而DFM则关注如何优化设计以提高生产效率和降低成本，例如通过减少测试时间、简化测试流程。 在具体实现中，如文中所述的微控制器CPU，通常包含了丰富的功能单元，如累加器、定时器、序列控制器和脉宽调制器等，这些都需要在设计时考虑到测试的需求。硬盘控制器HDC则需要具备多种省电模式，测试时要能检测到每个功能块的工作状态。大容量SRAM和嵌入式DRAM是存储单元，它们的测试尤为关键，因为存储器占据了芯片大部分面积和晶体管数量。此外，PLL单元的测试也需要精确控制，以确保时钟频率的稳定性。 对于存储器的测试，特别是DRAM，通常会采用内置自我测试（BIST - Built-In Self Test）技术，配合BIST控制器进行测试，同时DRAMBIST自身则通过扫描和自动测试图案生成（ATPG）进行验证。数字逻辑部分可以通过ATPG扫描进行测试，以确保所有逻辑门的正确性。而对于模拟单元，如PLL和振荡器，可能需要特殊的测试算法和硬件支持，以在合理的时间内完成测试。 为了降低成本，提高测试效率，设计时需要考虑并行测试，使得多个模块可以在同一时间内进行测试，这可以显著减少测试时间。此外，PVT（Process, Voltage, Temperature）单元的监控也是必不可少的，以适应不同的工作条件和环境变化。 SOC芯片的设计与测试是一项复杂且挑战性的任务，它涉及到多个领域的专业知识和技术，包括但不限于DFT、DFM、JTAG、BIST、ATPG以及并行测试策略。设计师需要在满足功能需求的同时，充分考虑到测试的便利性和成本，以确保产品的质量和可靠性。随着工艺技术的进步和功能的增加，未来SOC测试将面临更大的挑战，同时也将推动测试技术的不断创新和发展。