集成電路可測試性的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

馬華澤

摘 要集成電路在現(xiàn)代生活中占有極其重要的地位，可測試性是集成電路發(fā)展過程中十分重要的一個方面。本文從集成電路測試的作用和特點(diǎn)出發(fā)，分析了集成電路可測試性的設(shè)計(jì)方法以及實(shí)現(xiàn)過程，所得結(jié)果可以作為相關(guān)方面的參考。

【關(guān)鍵詞】集成電路 可測試性 測試 設(shè)計(jì)

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，集成電路的應(yīng)用越來越廣泛，在經(jīng)濟(jì)生活中的地位也越來越重要。集成電路從出現(xiàn)至今，也才不過幾十年的歷史，但是已經(jīng)深入到國民經(jīng)濟(jì)的方方面面，也與我們的生活密不可分。一般而言，集成電路主要包括設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、封裝和測試四個方面，其中集成電路測試貫穿在集成電路應(yīng)用的全過程，是實(shí)現(xiàn)集成電路產(chǎn)品高質(zhì)量的重要保證。因此，測試在集成電路生產(chǎn)過程中占有十分重要的位置。集成電路的測試不同于常規(guī)的電路檢測，測試過程要復(fù)雜得多，而且對測試效率的要求也更高，尤其是可測試性，更是一個嶄新的問題。因此，需要深入研究集成電路的可測試性。

2 集成電路測試的作用和特點(diǎn)

由于集成電路的特殊性，其測試具有的作用是不言而喻的，因此，任何集成電路生產(chǎn)出來后都要進(jìn)行測試。

2.1 集成電路測試的作用主要包括以下方面

2.1.1 驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性

由于集成電路的規(guī)模日益龐大，設(shè)計(jì)也越來越復(fù)雜，因此只有經(jīng)過相應(yīng)的測試才能檢驗(yàn)集成電路設(shè)計(jì)的正確與否，這也是測試的首要作用。

2.1.2 檢驗(yàn)產(chǎn)品的可靠性

由于集成電路的復(fù)雜性，其每一個環(huán)節(jié)都可能出現(xiàn)錯誤，并由此導(dǎo)致產(chǎn)品的不合格。因此，集成電路產(chǎn)品只有經(jīng)過嚴(yán)格的測試后才能出廠。

2.1.3 降低運(yùn)行維護(hù)的成本

由于集成電路在運(yùn)行過程中不可避免的會出現(xiàn)故障，為了盡快查找故障，也需要進(jìn)行相應(yīng)的測試。這樣的測試可以定期或者不定期的進(jìn)行，結(jié)合測試的結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)，這樣就可以降低運(yùn)行維護(hù)的成本。

2.2 由于集成電路不同于普通的電路，因此集成電路的測試也具有其自身的特點(diǎn)，主要包括這樣兩個方面

2.2.1 集成電路測試的可控性

對一個完整的集成電路而言，只要給定一個完備的輸入信號，一般都會有一個完備的輸出信號相對應(yīng)。也就是說，集成電路的輸入和輸出信號之間存在著某種映射關(guān)系，因此，可以根據(jù)信號的對應(yīng)關(guān)系得到相應(yīng)的邏輯。也就是說，這樣的測試是可控的。

2.2.2 集成電路測試的可測試性

集成電路的設(shè)計(jì)，是要實(shí)現(xiàn)一定的邏輯行為功能。如果一個集成電路在設(shè)計(jì)上屬于優(yōu)秀，從理論上可以實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的邏輯行為功能，但卻無法用實(shí)驗(yàn)結(jié)果加以證明，那么這個設(shè)計(jì)是失敗的。因此，可測試性對于集成電路來說是十分重要的。可測試性就是指集成電路的邏輯行為能否被觀察到，也就是說，測試結(jié)果必須與集成電路的邏輯結(jié)構(gòu)相對應(yīng)。

3 集成電路可測試性的設(shè)計(jì)方法

可測試性設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分重要的工作，它是指集成電路在設(shè)計(jì)出來之后要便于測試，這樣可以降低測試的難度和成本。由于集成電路在封裝完成后，內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)不能被外部接觸，因此節(jié)點(diǎn)上的故障不容易檢測，所以要提高集成電路的可測試性。在這個過程中，主要通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來完成集成電路的功能設(shè)計(jì)，以此來提高集成電路內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的可觀測性和可控制性，從而實(shí)現(xiàn)可測試性設(shè)計(jì)。一般來講，有三種方法，即功能點(diǎn)測試、掃描測試和內(nèi)建自測試。

3.1 功能點(diǎn)測試

功能點(diǎn)測試是針對已經(jīng)生產(chǎn)出來的集成電路而提出來的，他主要用于某些單元的測試。功能點(diǎn)測試也有很多種方法，可以采用條塊化分割、功能塊分布以及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等，每種方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。條塊化分割雖然簡單方便，但是不利于系統(tǒng)的集成，費(fèi)用也會增加。功能塊分布雖然可以增加測試點(diǎn)，但是會增加輸入輸出端口，而且還要設(shè)計(jì)各種模塊，一般只能提高集成電路的可控制性。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)基本上綜合了上述兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，可以比較方便的進(jìn)行測試，但是它的缺點(diǎn)在于布局過于復(fù)雜，效率不高。

3.2 掃描測試

掃描測試是指通過建立一個寄存器鏈來測試集成電路的方法。在建立寄存器鏈的過程中，需要將集成電路中的寄存器全部串聯(lián)起來，并將時序元件和組合元件分隔開來，這樣在測試的時候，就可以將外部輸入端通過移位寄存鏈掃描進(jìn)集成電路內(nèi)部，增加了集成電路的可控制性。另一方面，所產(chǎn)生的響應(yīng)也可以通過移位寄存鏈掃描輸出，增加了集成電路的可觀測性。根據(jù)掃描的方式，掃描測試大致可分為三種，即全掃描測試、部分掃描測試和邊界掃描測試，每種方式都各有優(yōu)缺點(diǎn)。全掃描測試的優(yōu)點(diǎn)是可以全面地測試集成電路，缺點(diǎn)是效率不高。部分掃描測試的優(yōu)點(diǎn)是可以降低測試的費(fèi)用，缺點(diǎn)是有可能會漏掉部分故障。邊界掃描測試基本上綜合了前面的優(yōu)點(diǎn)，在全面測試集成電路的基礎(chǔ)上也提高了效率，缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。

3.3 內(nèi)建自測試

相對于前面兩種測試方法，內(nèi)建自測試的主要工作是想辦法在集成電路內(nèi)部進(jìn)行測試，即整個測試工作在集成電路內(nèi)部完成。在建立內(nèi)建自測試的過程中，需要將集成電路劃分成很多個小塊，測試工作針對每個小塊進(jìn)行。這樣做的最大優(yōu)點(diǎn)就是不需要從集成電路外部進(jìn)行測試，并且隨時可以進(jìn)行在線測試，還可以通過一定的軟件進(jìn)行控制，十分方便。

4 集成電路可測試性的實(shí)現(xiàn)過程

從集成電路可測試性的設(shè)計(jì)方法可以看出，要實(shí)現(xiàn)集成電路的測試，可以有多種途徑，但是每種方法都有其適用性，因此需要根據(jù)具體情況來進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)和選擇。另外，隨著科技的不斷發(fā)展，也有不少公司開始推出多種實(shí)用的測試工具，比如Mentor公司的Fast scan可以用于全掃描測試；Flex test則可以用于部分掃描測試；BSD Architect可以用來進(jìn)行邊界掃描測試。只要綜合運(yùn)用好這些相應(yīng)的工具，就可以實(shí)現(xiàn)集成電路的可測試性。

5 結(jié)束語

集成電路可測試性是一項(xiàng)十分重要而又復(fù)雜的工作，需要進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)，也需要通過一定的工具來實(shí)現(xiàn)。另外，隨著集成電路規(guī)模與功能復(fù)雜性的不斷提高，使得可測試性設(shè)計(jì)面臨更大的挑戰(zhàn)，這就需要我們進(jìn)行更加深入的研究。

參考文獻(xiàn)

[1]沈緒榜.RISC及后編譯技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1994.

[2]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，1999.

[3]牛風(fēng)舉，劉元成，朱明程.基于IP復(fù)用的數(shù)字IC設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[4]Alfred L.Crouch.數(shù)字集成電路與嵌入式內(nèi)核系統(tǒng)可測試性設(shè)計(jì)[M].北京：中國電力出版社，2004.

作者單位

吉林大學(xué) 吉林省長春市 130000