數(shù)字電路測(cè)試中的關(guān)鍵技術(shù)分析

摘 要：本文首先就數(shù)字電路測(cè)試中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，如故障模型、故障仿真、故障壓縮以及可測(cè)試性度量等；之后介紹了布爾生成法、D算法、FAN算法等三種確定型數(shù)字電路測(cè)試方法；最后作者提出了自己對(duì)數(shù)字電路測(cè)試發(fā)展趨勢(shì)的展望。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路；測(cè)試；故障

中圖分類號(hào)：TN79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 04-0000-01

用來(lái)取得定量或是定性信息的基本方法就是測(cè)試。測(cè)試不僅是信息工程的源頭，還是它的重要組成部分。隨著如今大規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、微電子技術(shù)以及通信技術(shù)的發(fā)展，各種先進(jìn)裝備系統(tǒng)設(shè)計(jì)還有制造都離不開測(cè)試。據(jù)資料顯示，目前研制設(shè)備的總成本中，測(cè)試成本所占比重已達(dá)50%，甚至70%。能否使電子設(shè)備處于完好狀態(tài)，使其維修更加準(zhǔn)確、快捷，都與電路的測(cè)試有著緊密的關(guān)系。電路一般有模擬和數(shù)字兩種，相應(yīng)的可以把電路的測(cè)試分成模擬電路的測(cè)試和數(shù)字電路的測(cè)試兩種。數(shù)字電路的測(cè)試基本思想是在電路輸入端加上二進(jìn)制測(cè)試矢量，再比較期望值和電路的實(shí)際響應(yīng)，看其是否一致。

一、數(shù)字電路測(cè)試中關(guān)鍵技術(shù)

（一）數(shù)字電路的故障模型。模型在工程上是數(shù)學(xué)抽象與物理實(shí)體之間的橋梁，而故障模型是測(cè)試中最重要的模型，它是一系列故障或是所有可能發(fā)生的失效行為的故障的集合。故障建模需要遵循紀(jì)既要有準(zhǔn)確性、典型性和全面性，又要具有簡(jiǎn)單和易處理性。一般建模很難同時(shí)滿足以上兩個(gè)相互矛盾的原則，大都采取折衷方案。數(shù)字電路中的故障種類多、數(shù)目差異大，因而數(shù)字電路系統(tǒng)的建模費(fèi)時(shí)費(fèi)力且不具有通用性。以下只介紹幾種數(shù)字電路中的幾種常見(jiàn)故障。

首先是橋接故障，通常為晶體管或門級(jí)的故障模型，一組信號(hào)間的短路用一個(gè)橋接故障來(lái)表示。短路網(wǎng)點(diǎn)的邏輯值可以是0、1或是不確定狀態(tài)，取決于電路的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。有反饋的橋接故障產(chǎn)生與組合邏輯不同的存儲(chǔ)狀態(tài)，而無(wú)反饋的橋接故障通常用固定故障測(cè)試，有很高的覆蓋率，是組合邏輯。導(dǎo)致電路的組合延遲超過(guò)時(shí)鐘周期的故障叫做延遲故障，有門延遲故障、路徑延遲故障、線延遲故障、段延遲故障和傳輸故障幾種。若將MOS晶體管視為理想的開關(guān)，則它的故障模型就是開關(guān)永久處于短路或是開路狀態(tài)的固定短路和固定開路故障。固定故障是電路中較為常見(jiàn)的故障，最常見(jiàn)的是單固定故障，指的是每條線上有固定的0或1兩個(gè)故障，當(dāng)然也會(huì)有多種故障同時(shí)出現(xiàn)的情況，一個(gè)n條線的電路所有可能故障數(shù)=3^n-1。

（二）數(shù)字電路的故障仿真。故障仿真是故障診斷技術(shù)中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，主要有四種方法，即并行故障仿真、串行故障仿真、并發(fā)故障仿真和演繹故障仿真。其中后兩種故障仿真通常采用面向?qū)嵺`的表格驅(qū)動(dòng)仿真器，而并行故障仿真一般采用編譯驅(qū)動(dòng)仿真器。

（三）數(shù)字電路的故障壓縮。電路中所有故障的集合可以被劃分成若干等價(jià)的子集，每個(gè)等價(jià)子集中的故障是相互等價(jià)的。故障壓縮是從每一個(gè)等價(jià)集中選擇一個(gè)故障的過(guò)程。它可以將電路中的故障總數(shù)進(jìn)行壓縮，使之達(dá)到一個(gè)相對(duì)較小的值，可以減少產(chǎn)生測(cè)試集過(guò)程中的工作量。壓縮后的故障數(shù)與所有故障總數(shù)的比值就是壓縮比。

（四）數(shù)字電路的可測(cè)試性度量。可測(cè)試分析具有線性復(fù)雜度和屬于靜態(tài)類型兩個(gè)特征。信號(hào)的可觀測(cè)性和可控制性稱為數(shù)字電路的可測(cè)試性度量，其概念起源于自動(dòng)控制理論。可觀測(cè)性指觀測(cè)邏輯信號(hào)狀態(tài)的難度，而可控制性指的是設(shè)置特定邏輯信號(hào)為1或0的難度。

二、數(shù)字電路的測(cè)試生成方法

（一）布爾差分法。布爾差分法通過(guò)對(duì)數(shù)字電路布爾方程式進(jìn)行差分運(yùn)算來(lái)求得測(cè)試，可求出所給故障的全部測(cè)試矢量，獲得測(cè)試集的一般表達(dá)式。主路徑法是在布爾差分法的發(fā)展中具有代表性的方法，它將通路敏化的概念引入其中，使布爾差分法的效率得以提高。布爾差分法的理論價(jià)值較高，主要是因?yàn)樗梢詫㈦娐访枋龀橄鬄閿?shù)學(xué)表達(dá)式再進(jìn)行嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。布爾差分法的缺點(diǎn)在于測(cè)試復(fù)雜性較高的電路時(shí)運(yùn)算量大，處理困難。

（二）D算法。相對(duì)于布爾差分法來(lái)說(shuō)，D算法一般只用來(lái)測(cè)試一個(gè)或是一些測(cè)試矢量而不是全部，比較貼近實(shí)際。電路中的各節(jié)點(diǎn)狀態(tài)用5個(gè)值（0，1，x，D， ）來(lái)表示。算法步驟主要有故障激活、故障驅(qū)趕以及線相容等。D算法具有算法上的完備性，便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，是目前應(yīng)用最為廣泛的測(cè)試生成算法之一。具有代表性的是PODEM（面向通路判定）算法，它具有窮舉算法的優(yōu)點(diǎn)，避免了許多的盲目試探，減少了D算法中判決與回溯的次數(shù)。D算法的缺點(diǎn)在于測(cè)試生成時(shí)的盲目試探時(shí)間占用太長(zhǎng)，在規(guī)模較大的組合電路中太復(fù)雜、效率低。

（三）FAN算法。FAN算法是為加速測(cè)試生成而提出的，具有以下特點(diǎn)：頭線和扇出源節(jié)點(diǎn)構(gòu)成搜索空間；故障值分配給故障唯一確定或隱含的地方；盡可能多的在每一步中確定已唯一隱含的信號(hào)值；D邊界元件唯一時(shí)，敏化通路的選擇也是唯一的；知道搜索的啟發(fā)性信息使用SCOAP；主導(dǎo)線處停止反向蘊(yùn)涵，其值可以到最后再確認(rèn)；扇出源的處理采用多路回退的辦法。FAN算法的運(yùn)算速度相對(duì)于PODEM算法來(lái)說(shuō)有所提高，回溯次數(shù)少、故障覆蓋率高，豐富和發(fā)展了測(cè)試生成算法的基本思想，目前具有代表性的測(cè)試性能較好的是SOCARATES算法。

三、數(shù)字電路測(cè)試的發(fā)展趨勢(shì)

集成電路的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中電路測(cè)試的地位越來(lái)越重要，近年來(lái)人們不僅完善了已有的測(cè)試算法，同時(shí)還提出多種新的算法。目前數(shù)字電路測(cè)試生成發(fā)展有以下幾個(gè)方向：一是對(duì)已有測(cè)試生成算法的效率進(jìn)一步提高，同時(shí)研制新的測(cè)試技術(shù)和方法，如降低搜索空間、研制更加有效的搜索策略等；二是研制并行處理方法和專家系統(tǒng)，被測(cè)電路中可以相互獨(dú)立處理的故障若能實(shí)現(xiàn)并行處理將會(huì)十分省時(shí)省力，測(cè)試生成若能有效結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)和啟發(fā)方式也會(huì)十分有益；電路與系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，若仍舊依照以往那種測(cè)試人員根據(jù)已經(jīng)設(shè)計(jì)或是研制完畢的電路來(lái)研制測(cè)試方案的做法已實(shí)用，如今需要設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)電路時(shí)充分考慮電路的可測(cè)試性，進(jìn)行可測(cè)性設(shè)計(jì)。

如今電路復(fù)雜度和集成性都不斷提高，這使得電路的測(cè)試?yán)щy不斷加大。人們應(yīng)開展可測(cè)性設(shè)計(jì)技術(shù)的研究，尋找降低集成電路制造、使用和維護(hù)成本的方法，提高故障診斷定位的效率，提高數(shù)字電路設(shè)計(jì)、生產(chǎn)以及測(cè)試生成的速度。

參考文獻(xiàn)：

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