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專利名稱：一種多掃描鏈的大規(guī)模集成電路測試數(shù)據(jù)壓縮方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路測試技術(shù)，特別是對具有多掃描鏈的超大規(guī)模集成電路的內(nèi)建自測試(Built-In Self-Test)方法中測試數(shù)據(jù)壓縮方法。
背景技術(shù)：
集成電路技術(shù)的發(fā)展使得可在一個芯片中集成數(shù)以億計的器件，并且可以集成預先設計和經(jīng)過驗證的IP芯核，如存儲器核，微處理器核，DSP核等。這種多元化的集成芯片已經(jīng)成為能處理各種信息的集成系統(tǒng)，被稱為片上系統(tǒng)或系統(tǒng)芯片SOC。SOC大大降低了系統(tǒng)成本，縮短了設計周期，加快了產(chǎn)品上市時間，但是SOC產(chǎn)品的測試面臨越來越多的挑戰(zhàn)，如1、芯片測試點少，可直接控制或觀測的測試點有限，通常只能通過芯片有限的輸入/輸出引腳進行測試，而芯片內(nèi)部節(jié)點很難通過宏觀機械裝置直接控制或觀測。
2、自動測試設備ATE價格昂貴，芯片的設計和制造技術(shù)發(fā)展速度比ATE的設計和制造技術(shù)發(fā)展快，芯片的時鐘頻率已超過了目前最先進的ATE的頻率，無法進行全速測試。
3、測試數(shù)據(jù)量大，SOC中集成的芯核越多，所需測試數(shù)據(jù)量就越大。預計到2014年存儲測試向量所需存儲器的容量是1999年的150倍，將會超過ATE的存儲深度。
芯片的測試已成為制約集成電路發(fā)展的一個“瓶頸”。已有大量的文獻對集成電路的測試方法展開研究，主要有外建自測試和內(nèi)建自測試兩種方法。
外建自測試方法又稱為測試源劃分技術(shù)，此方法將所需的測試向量經(jīng)過壓縮存儲在ATE中，測試期間，通過的解壓電路將其還原施加到被測電路上。
內(nèi)建自測試方法，依靠芯片自身的資源完成對芯片的測試。此方法將測試模式生成器TPG、測試過程控制和測試響應評價功能模塊嵌入在被測電路CUT上，擺脫了對ATE的依賴，減少了測試費用。
測試控制單元與測試響應評價一般具有成熟的方案解決，相對測試模式生成較為簡單，因此，國內(nèi)外對BIST的研究主要聚焦在測試模式生成方面的居多。針對BIST測試中數(shù)據(jù)量激增的問題，測試時，一般將經(jīng)過壓縮的測試數(shù)據(jù)存儲在芯片ROM中，測試期間通過片上解壓電路將其還原再施加到被測電路上，稱為“存儲與生成”。針對這種技術(shù)已有很多方法，如輸入精簡的方法，扭環(huán)計數(shù)器方案等。但這些方案與標準的掃描設計流不相容，需重構(gòu)掃描鏈的結(jié)構(gòu)，代價很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種多掃描鏈的大規(guī)模集成電路測試數(shù)據(jù)壓縮方法，是一種非侵入式的測試數(shù)據(jù)壓縮方法，無需改變被測試的電路結(jié)構(gòu)，尤其是電路中掃描鏈的結(jié)構(gòu)，將約束輸入精簡技術(shù)，線性反饋移位寄存器LFSR編碼和折疊計數(shù)器技術(shù)有機的結(jié)合在一起，以其降低所需測試數(shù)據(jù)的存儲容量，縮短測試應用時間。
本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明方法的特點是通過約束的輸入精簡進行寬度壓縮，再通過LFSR和折疊計數(shù)器編碼進行兩維壓縮，具體步驟為a、對被測電路進行偽隨機測試，并運用故障模擬工具確定未測試到的故障；b、采用自動測試模式生成工具ATPG，對所述未測試到的故障生成確定的測試集T；c、將所述測試集T進行約束的輸入精簡，所述約束的輸入精簡是，首先將所述測試集T按照多掃描鏈的形式排列并進行多掃描鏈相容壓縮獲得相容壓縮組，再將相容壓縮后的測試向量按照單掃描鏈的形式進行重排，重排后的測試集記為TE；兩個測試向量是相容的當且僅當它們的對應位相同或有一個為無關(guān)位；d、在所述TE中，選取一個測試向量進行LFSR編碼，生成LFSR的種子，所生產(chǎn)的LFSR種子即是需要最終存儲的測試數(shù)據(jù)；將由所述LFSR種子展開的測試向量通過折疊計數(shù)器再一次展開，獲得折疊計數(shù)器序列，將所述折疊計數(shù)器序列中包含的TE中的測試向量記錄下來；e、在TE中找出與步驟d中已經(jīng)記錄下來的測試向量相容的測試向量，并將找出的測試向量從TE中刪除掉；f、循環(huán)所述步驟d和e，直至TE為空。
本發(fā)明方法的特點也在于所述測試集T中所有的測試向量中包含有無關(guān)位“X”，且無關(guān)位需占測試向量位數(shù)的35％～95％。.
所述步驟c中相容壓縮組是采用圖論最小覆蓋算法獲得的最小相容組。
所述LFSR編碼的方法是，對于重排后的測試集TE中任一測試向量，使LFSR能成功編碼其折疊序列之一即可；所述LFSR的度數(shù)的選擇為Smax-5到Smax+1，其中Smax為測試集TE中具有最大確定位的測試向量的確定位位數(shù)；對于要進行編碼的測試向量的選擇所遵循的原則是該測試向量編碼后的LFSR種子，經(jīng)擴展生成的折疊計數(shù)器序列能夠覆蓋TE中最多的測試向量。
LFSR編碼技術(shù)最早由B Konemann在文獻LFSR-Coded test patterns for scan designs.Proceeding of European Test Conference，1991，pp.237-242中提出的。且從理論上證明了，當LFSR的度數(shù)為Smax+20時，編碼成功的概率為1-10-6。此方法將長的測試向量用短的LFSR種子所替代，從而達到了寬度壓縮的目的。
折疊計數(shù)器的壓縮方法是將確定的測試向量嵌入到折疊技術(shù)器的序列當中，僅需存儲少量的折疊計數(shù)器的種子(折疊種子)就可覆蓋全部確定的測試向量。其中一個折疊種子通過折疊計數(shù)器展開可生成n+1個狀態(tài)序列，其中n為折疊種子的位數(shù)。其狀態(tài)序列可由折疊種子應用一定的翻轉(zhuǎn)規(guī)則來實現(xiàn)。設折疊計數(shù)器的初始狀態(tài)為S＝(s1，s2，...，sn)，S∈{0，1}n，其產(chǎn)生的n+1個狀態(tài)序列記為F(0，S)，F(xiàn)(1，S)，F(xiàn)(2，S)，...，F(xiàn)(n，S)。
則F(i，S)＝(inv(1，i)s1，inv(2，i)s2，...，inv(n，i)sn) (0≤i≤n)其中inv(j，i)為翻轉(zhuǎn)函數(shù)，其公式為inv(j,i)=jifj<iielse(1≤j≤n,0≤i≤n)]]>i稱為折疊距離，j表示測試向量的第j位。
若inv(j，i)值為奇數(shù)，sj翻轉(zhuǎn)，由0變成1或由1變成0。若是偶數(shù)，sj保持不變。特別說明的是當sj＝‘-’即無關(guān)位(don’t care bit)時，sj＝‘-’。由折疊種子展開生成折疊序列的例子見表1。
表1 折疊計數(shù)器序列生成實例

表1給出了一個折疊計數(shù)器的完整序列的實例。每個序列都由初始狀態(tài)0110，折疊距離值i和翻轉(zhuǎn)函數(shù)值生成。折疊距離i決定生成是哪一個狀態(tài)序列，翻轉(zhuǎn)函數(shù)值的奇偶性決定那個狀態(tài)位是否翻轉(zhuǎn)，這里翻轉(zhuǎn)數(shù)是奇數(shù)的話，對應生成的狀態(tài)位必須翻轉(zhuǎn)。所舉的例子測試向量中不含無關(guān)位，當測試向量中含有無關(guān)位時，翻轉(zhuǎn)與此類似，只是無關(guān)位保持不變。折疊計數(shù)器的詳細工作原理在“S.Hellebrand，Hua-Guo Liang，Hans-Joachim WunderlichAMixed Mode BIST Scheme Based on Reseeding of Folding Counters；Proceedings IEEEInternational Test Conference，Atlantic City，NJ，October 2000，pp.778-784。”中有記載。
在文獻Hua-Guo Liang，Sybille Hellebrand，Hans-Joachim WunderlichTwo-DimensionalTest Data Compression for Scan-Based Deterministic BIST；Proceedings IEEE International TestConference，Baltimore，MD，October 30-November 2，2001，pp.894-902中介紹了LFSR和折疊計數(shù)器組合編碼的方法，但此方案測試時間長。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在本發(fā)明通過約束的輸入精簡來實現(xiàn)寬度壓縮，再通過LFSR和折疊計數(shù)器編碼的方案實現(xiàn)兩維壓縮，不僅大量減少了測試時間，還降低了所需測試數(shù)據(jù)的存儲容量。


圖1本發(fā)明偽隨機測試的結(jié)構(gòu)；圖2多約束輸入精簡的執(zhí)行過程；圖3約束輸入精簡后的測試向量解壓框圖；圖4為LFSR編碼；圖5為本發(fā)明的最終解壓結(jié)構(gòu)具體實施例方式實施本發(fā)明按如下步驟進行a、對被測電路進行偽隨機測試，并運用故障模擬工具確定未測試到的故障；b、采用自動測試模式生成工具ATPG，對所述未測試到的故障生成確定的測試集T；c、將所述測試集T進行約束的輸入精簡，所述約束的輸入精簡是，首先將所述測試集T按照多掃描鏈的形式排列并進行多掃描鏈相容壓縮獲得相容壓縮組，再將相容壓縮后的測試向量按照單掃描鏈的形式進行重排，重排后的測試集記為TE；兩個測試向量是相容的當且僅當它們的對應位相同或有一個為無關(guān)位；d、在所述TE中，選取一個測試向量進行LFSR編碼，生成LFSR的種子，所生產(chǎn)的LFSR種子即是需要最終存儲的測試數(shù)據(jù)；將由所述LFSR種子展開的測試向量通過折疊計數(shù)器再一次展開，獲得折疊計數(shù)器序列，將所述折疊計數(shù)器序列中包含的TE中的測試向量記錄下來；e、在TE中找出與步驟d中已經(jīng)記錄下來的測試向量相容的測試向量，并將找出的測試向量從TE中刪除掉；f、循環(huán)所述步驟d和e，直至TE為空。
偽隨機測試參見圖1，采用偽隨機發(fā)生器。通過給定偽隨機發(fā)生器設定初始狀態(tài)，讓其連續(xù)運行一些時鐘周期，生成一定數(shù)量的測試向量。在內(nèi)建自測試中最常用的是采用線性反饋移位寄存器LFSR和細胞自動機cellular automata做為偽隨機發(fā)生器。然后施加這些測試向量到被測電路上，通過故障模擬軟件得到這些測試模式測到哪些故障，哪些故障未檢測到。在含有多掃描鏈的被測電路中，偽隨機測試向量的生成常采用LFSR。但為了打破LFSR生成序列之間的相關(guān)性，需在LFSR和被測電路之間加入一些由異或門組成的異或網(wǎng)絡，即相移器。
確定測試集的生成偽隨機測試完成后，針對偽隨機向量未測試到的故障，采用ATPG工具生成確定的測試集T，測試集T中所含的測試向量能夠測試到偽隨機測試未測試到的故障。。對ATPG工具的選擇，要使其生成的測試向量含有無關(guān)位。接下來的步驟就是對生成的確定測試集T進行壓縮。
約束輸入精簡約束的輸入精簡是對多掃描鏈結(jié)構(gòu)電路的測試輸入執(zhí)行精簡，達到寬度壓縮的目的。多掃描鏈的測試向量，是將原測試集按照多掃描鏈的形式進行排列分組，約束的輸入精簡首先將分組進行相容壓縮，即相容輸入掃描鏈，然后再按照單掃描鏈的形式進行重排。重排后的測試向量同原測試向量相比，寬度大大減少，同時Smax也有所降低，也進一步降低了后續(xù)步驟中LFSR編碼所需的LFSR的度數(shù)。約束輸入精簡的執(zhí)行過程如圖2所示。
圖2(a)為確定測試集包含3個測試向量，分成4組，為4條掃描鏈的測試數(shù)據(jù)。
圖2(b)是按照4條掃描鏈串行輸入排列的測試集。
圖2(c)為組相容壓縮后的測試集，壓縮后測試集的組數(shù)記為n’＝2。
圖2(d)是將組相容壓縮后的測試集還原成原測試集的排列形式，其中可以看到原測試集列的合并是限制在組之間合并的，列是按照原組列出現(xiàn)的次序重新排列出結(jié)果。
在此例中關(guān)鍵是對圖2(b)中新排列的組進行相容合并，這里可以看到組1和3是相容的，并且2與4也是相容的，最終合并成兩組，如圖2(c)所示。求解最小相容組可用采用圖論中對圖的劃分與最小覆蓋的方法來解決，其算法如下
本發(fā)明所述1100Mpa級非調(diào)質(zhì)高強鋼的力學性能及金相組織表1

本發(fā)明所述1100Mpa級非調(diào)質(zhì)高強鋼的力學性能及金相組織表2

刪除折疊序列在TE中覆蓋的向量從TE中刪除保留的種子已經(jīng)覆蓋的測試向量，若TE為空，則本方案結(jié)束，否則從LFSR編碼起重復執(zhí)行。從表2可看出TE中的測試向量分別與F(0，s)、F(3，s)和F(5，s)相容，將這些向量要從TE中刪除，這時TE為空，程序結(jié)束。
最終，本實施例中所要存儲的種子向量為(11)，僅需2位，減少了所需測試數(shù)據(jù)存儲容量。
最終解壓結(jié)構(gòu)如圖5所示。其中多路選擇器完成偽隨機測試模式與確定的測試模式選擇，LFSR加相移器完成隨機模式生成，對故障模擬后生成的硬故障集采用多掃描鏈相容壓縮、LFSR編碼與折疊壓縮。緩存器存儲多掃描鏈相容壓縮后的一列數(shù)據(jù)，即圖2(c)中一例數(shù)據(jù)，其緩存器輸出連接扇出線解壓，經(jīng)過多路選擇器施加到多掃描鏈中。折疊計數(shù)器從異或輸出端移出n’位時，圖中n’列計數(shù)器通知被測試電路接收一組數(shù)據(jù)，然后清零、重復計數(shù)，直到一個完整測試模式被應用，接著繼續(xù)控制下一個測試模式應用。圖中LFSR肩負雙重任務，一是完成偽隨機模式生成，二是對折疊計數(shù)器的種子編碼。
權(quán)利要求
1.一種多掃描鏈的大規(guī)模集成電路測試數(shù)據(jù)壓縮方法，其特征是通過約束的輸入精簡進行寬度壓縮，再通過LFSR和折疊計數(shù)器編碼進行兩維壓縮，具體步驟為a、對被測電路進行偽隨機測試，并運用故障模擬工具確定未測試到的故障；b、采用自動測試模式生成工具ATPG，對所述未測試到的故障生成確定的測試集T；c、將所述測試集T進行約束的輸入精簡，所述約束的輸入精簡是，首先將所述測試集T按照多掃描鏈的形式排列并進行多掃描鏈相容壓縮獲得相容壓縮組，再將相容壓縮后的測試向量按照單掃描鏈的形式進行重排，重排后的測試集記為TE；兩個測試向量是相容的當且僅當它們的對應位相同或有一個為無關(guān)位；d、在所述TE中，選取一個測試向量進行LFSR編碼，生成LFSR的種子，所生產(chǎn)的LFSR種子即是需要最終存儲的測試數(shù)據(jù)；將由所述LFSR種子展開的測試向量通過折疊計數(shù)器再一次展開，獲得折疊計數(shù)器序列，將所述折疊計數(shù)器序列中包含的TE中的測試向量記錄下來；e、在TE中找出與步驟d中已經(jīng)記錄下來的測試向量相容的測試向量，并將找出的測試向量從TE中刪除掉；f、循環(huán)所述步驟d和e，直至TE為空。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述測試集T中所有的測試向量中包含有無關(guān)位“X”，且無關(guān)位需占測試向量位數(shù)的35％～95％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述步驟c中相容壓縮組是采用圖論最小覆蓋算法獲得的最小相容組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述LFSR編碼的方法是，對于重排后的測試集TE中任一測試向量，使LFSR能成功編碼其折疊序列之一即可；所述LFSR的度數(shù)的選擇為Smax-5到Smax+1，其中Smax為測試集TE中具有最大確定位的測試向量的確定位位數(shù)；對于要進行編碼的測試向量的選擇所遵循的原則是該測試向量編碼后的LFSR種子，經(jīng)擴展生成的折疊計數(shù)器序列能夠覆蓋TE中最多的測試向量。
全文摘要
一種多掃描鏈的大規(guī)模集成電路測試數(shù)據(jù)壓縮方法，其特征是通過約束的輸入精簡進行寬度壓縮，再通過LFSR和折疊計數(shù)器編碼進行兩維壓縮，本發(fā)明方法是一種非侵入式的測試數(shù)據(jù)壓縮方法，無需改變被測試的電路結(jié)構(gòu)，尤其是電路中掃描鏈的結(jié)構(gòu)，將約束輸入精簡技術(shù)，線性反饋移位寄存器LFSR編碼和折疊計數(shù)器技術(shù)有機的結(jié)合在一起，降低所需測試數(shù)據(jù)的存儲容量，縮短測試應用時間。
文檔編號G01R31/3183GK1862274SQ200610085910
公開日2006年11月15日 申請日期2006年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月27日
發(fā)明者梁華國, 劉軍, 蔣翠云, 王偉, 李揚, 易茂祥, 歐陽一鳴 申請人:合肥工業(yè)大學