一種改進的SRAM故障內建自檢測算法

曾健平　王振宇　袁甲　彭偉　曾云

摘? ?要：面向March C+算法故障覆蓋率的問題，本文提出一種改進的March CS算法來完成存儲器SRAM的內建自測試.通過增加原算法元素的讀寫操作來敏化存儲單元的故障，檢測原算法不能敏化的靜態故障和動態故障，從而提高故障覆蓋率.最后，通過對1 024*32位靜態隨機存儲器進行故障仿真驗證，以及FPGA對SRAM芯片的應用性測試，March CS算法檢測靜態故障和動態故障的覆蓋率分別達到91.67%和76.93%.

關鍵詞：March CS算法;靜態故障; 動態故障; 故障覆蓋率;

中圖分類號： TN47? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

An Improved SRAM Fault Built-in-self-test Algorithm

ZENG Jianping1，WANG Zhenyu1，YUAN Jia2，PENG Wei1，ZENG Yun1

（1.School of Physics and Microelectronics Science，Hunan University，Changsha 410000，China;

2. Institute of Microelectronics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China）

Abstract： This paper proposed an improved March CS algorithm to complete the built-in self-test of SRAM

memory due to the problem of March C + algorithm's fault coverage. The static and dynamic fault of memory cell were sensitized by the original algorithm increasing the read-write operation of the algorithm element， so that the fault coverage was enhanced. Finally， the March CS algorithm achievesd 91.67% and 76.93% coverage of static and dynamic faults respectively through the simulation experiments of the 1 024*32-size fault static Randon-Access memory and the measurement of FPGA to SRAM chips.

Key words： March CS algorithm;static fault;dynamic fault;fault coverage

集成電路的發展一直遵循著摩爾定律，片上系統SoC（System-on-Chip）已經成為了集成電路IC（Integrated Circuit Design）設計的主流之一[1].隨著IC設計的發展與更新，集成電路的測試也成為一個備受關注的焦點問題.在如今的存儲器測試方法中，內建自測試BIST（Built-in-Self-Test）成為了一種主流測試方法[2-3].存儲器內建自測試MBIST不僅能簡化測試中的步驟，而且可以縮短測試所需時間，對故障的覆蓋比較全面[4].

存儲器內建自測試MBIST的研究集中在測試算法中，通過采用一種或多種測試算法對靜態隨機存儲器SRAM進行故障測試.目前比較常用的算法包括：MSCAN算法、棋盤算法、GALPAT算法以及March算法等.其中March算法[5]在當今存儲器測試應用較多，比較常用的有March C算法、March C+算法等，它們具有較高的故障覆蓋率，且測試時間短，但仍然有許多故障不能被覆蓋[6].

隨著集成電路內建自測試技術的發展，國外芯片公司已經設計出比較成熟的內建自測試的工具，比如Mentor公司的MBIST Architect軟件以及Synopsys開發出的DFT Compiler軟件.本文的算法是通過MBIST Architect軟件實現內建自測試[7]，并且是對于memory compile生成的1024X32的SRAM進行功能仿真與驗證.

1? ?存儲器的故障概念

存儲器的故障一般指邏輯與功能上故障，其中主要包括固定故障（SAF）、轉換故障（TF）、讀破壞故障（RDF）、寫干擾故障（WDF）以及耦合故障（CF）

等[8].故障原語FP（Fault Primitive）是用來表示存儲器的故障行為，其通常的表現形式有兩種，分別為〈S/F/R〉與〈Sa;Sv /F/R〉，其中， 〈S/F/R〉通常表示單個單元的故障行為，而〈Sa;Sv /F/R〉通常表示兩個單元的故障敏化序列.其中S表示存儲器故障行為的操作和狀態，F表示故障單元的狀態值，R表示存儲器的讀操作的結果.而對于兩個單元的故障原語，Sa表示施主單位的敏化序列，a表示施主單元的地址.Sv表示故障單位的敏化序列，v表示故障單元的地址[9].

存儲器的故障類型一般有固定故障、轉換故障、寫干擾故障、讀破壞故障以及耦合故障等類型.其中，耦合故障（CF）是發生在多個存儲單元之間，是指某個單元的變化而影響到其他存儲單元發生變化.耦合故障的類型主要是以下幾種：反相耦合故障（CFin）是指某個存儲單元跳變為0或1時，而導致其它一個的存儲單元的值進行翻轉.定值耦合故障（CFid）是指某個存儲單元跳變為0或1時，而導致其它的存儲單元的值變為了一個固定值.狀態耦合故障（CFst）是指存儲單元在某一個確定狀態時，而導致了另一個存儲單元跳變到了錯誤狀態.