[DFT]Scan mode & ATPG

                                          Scan mode & ATPG

       前言：Testability用来表征一个manufactured design的quality。

 

       将testability放在ASIC前端来做，成为DFT(Design For Test)，用可控(controllable)可观(observable)来表征。DFT的实现的两个大方向：ad hoc和structure。

       1)ad hoc：利用良好的设计习惯，来保证testability。减少无关逻辑，异步逻辑，增加可控可查点。

       2)structured：更加系统，自动的方法。包括三个方法：

          scan design：需要改变内部时序逻辑。

          Built-in Self-Test(BIST)：需要在器件中插入测试功能。

          boundary scan：增加电路，来保证板级测试性。

          其中bist和boundary需要在DC之前来做，scan design在DC之后做增量型编译。bist逻辑中也需要scan design。

 

二、scan操作的流程：

       1)使能scan mode；

       2)打开scan clock，输入stimulus；

       3)比较output，再关掉scan clock，来输入下一stimulus。

       scan操作可以分为full scan和Partial scan。full scan的覆盖率最高而且ATPG容易产生，但是对面积和时序不友好。

       Partition Scan：针对大型设计，从block的层次来进行scan设计，加入scan input/output/enable

       Test Points：针对一些难以观察控制的点，额外加入mux来进行控制。

       如或门的输出，输入还有一个1，另一个输入，就难以观察，后续逻辑就难以控制，此时可以在或门之后，加入一个mux，以及一个input和一个output来保证coverage。(例程见相册)

 

三、ATPG(Automatic Test Pattern Generation),Test patterns也叫做test vector。

       DFT通过增加额外的专门用于测试的硬件逻辑，以增强设计的可测试性。但对于测试，最后是需要体现在由此可以产生的测试向量。

       ATPG：自动测试向量生成

       测试是向一个处于已知状态的对象施加确定的输入激励，并测量其确定的输出响应与“理想”的期待响应进行比较，进而判断被测对象是否存在故障。测试向量：输入激励＋ “理想”的期待响应，从DFT来自动产生测试向量。ATPG 工具可以满足大部分生产测试中所需的测试向量自动生成的要求，自动生成的测试向量提供改ATE测试程序用。

       1、有random pattern和Deterministic pattern两种，不过多数使用random，包含两部分：

              1)generation patterns；

              2)完成fault simulation；

       2、Soft ATPG constraints

              1)Maximize driving strength to aggressor, e.g., all 1’s on NOR for strong-0

              2)Minimize driving strength to victim, e.g., single 0 on NAND for weak-1

四、测试种类(Test Type)：分为三类：

       1)functional test，主要针对static defects，(open，short，stuck-on，stuck-open)

       2)IDDQ，测试静态功耗current。以Pseudo stuck-at模型来进行分析。对于Full static的CMOS电路，IDDQ接近于零，上拉下拉，三态总线的IDDQ较高，RAM这样的动态存储器中也会产生较高IDDQ。

       3)At-Speed test：主要分析transaction，path delay。如slow-to-rise，slow-to-fall。

       以上都是单一的fault模型，也可能发生fault collapsing。

 

五、scan中的专业术语：

       (1)Scan Cells：一个scan cell，在一条scan chain中至少包含一个memory element(FF或latch)。

       (2)Master Element：直接从上一个scan cell中，得到数据的scan cell，与scan input直接相连接。

       (3)Slave Element：在scan chain中的同一个clock的scan cell。

       (4)Shadow Element：在scan chain之外的FF或latch。

       (5)Copy Element：与上下的scan cell拥有相同或相反的数据的scan cell。

       (6)Extra Element：在master element和slave element之间的任意一个element。

       (7)Scan chain：一系列连接起来的scan cell，包括一个input ，output，enable。靠近output的scan cell编号0。

       (8)Scan Groups：一系列可并行处理的scan chain(有自己的输入和输出)。

       (9)Scan Clocks：scan操作的时钟信号，包括reset和set信号。

 

六、scan architecture：主要有三种：

       1)mux-scan：在传统的DFF数据输入端，加入mux。

       2)clocked-scan：替换FF为一个mux clock的FF。

       3)LSSD(Level-Sensitive Scan Design) architecture：将一个latch替换为主从两个latch。

       其中mux-scan和clocked_scan，主要用在FF电路，LSSD主要用在锁存器电路，框图见相册。

 

Test Procedure Files：描述scan circuirty的操作。用STIL语言编写(Standard Test Interface Lauguage)。

Model Flattening：一些DFT有内部自己的model，他们通过将netlist中的单元替换为自己的model，再进行操作。