一、數(shù)字邏輯測(cè)試的核心目標(biāo)

1. 故障檢測(cè)

2. 發(fā)現(xiàn)制造過(guò)程中引入的物理缺陷（如晶體管失效、金屬層短路等）導(dǎo)致的邏輯錯(cuò)誤。

3. 功能驗(yàn)證

4. 確認(rèn)芯片的數(shù)字電路在輸入信號(hào)下是否按照設(shè)計(jì)規(guī)范輸出正確結(jié)果。

5. 可靠性保障

6. 通過(guò)測(cè)試篩選出早期失效芯片，降低出廠后的故障率。

二、常見(jiàn)的數(shù)字邏輯故障模型

1. Stuck-at Fault（固定型故障）

• 信號(hào)線被“固定”為邏輯0（Stuck-at-0, SA0）或邏輯1（Stuck-at-1, SA1）。

• 常見(jiàn)的故障模型，占測(cè)試用例的80%以上。

1. Transition Fault（跳變故障）

• 信號(hào)無(wú)法在要求的時(shí)間內(nèi)從0跳變到1（Slow-to-Rise）或從1跳變到0（Slow-to-Fall）。

• 通常與時(shí)序相關(guān)，需測(cè)試電路的工作頻率。

1. Bridging Fault（橋接故障）

• 兩根或多根信號(hào)線短路，導(dǎo)致邏輯沖突（如線與、線或）。

1. Open Fault（斷路故障）

• 信號(hào)線斷路，導(dǎo)致邏輯門輸入懸空或輸出失效。

三、數(shù)字邏輯測(cè)試的核心方法

1. 掃描鏈測(cè)試（Scan Chain Testing）

• 原理：將芯片中的時(shí)序電路（如觸發(fā)器）改造成可串聯(lián)的掃描鏈，通過(guò)移位操作注入測(cè)試向量并捕獲響應(yīng)。

• 流程：

• Scan-in：將測(cè)試數(shù)據(jù)串行輸入掃描鏈。

• 功能模式：施加一個(gè)時(shí)鐘周期使電路運(yùn)行。

• Scan-out：串行輸出捕獲的響應(yīng)，與預(yù)期結(jié)果對(duì)比。

• 優(yōu)點(diǎn)：覆蓋率高，易于自動(dòng)化（ATPG工具支持）。

• 缺點(diǎn)：增加電路面積和功耗，可能影響時(shí)序。

2. 內(nèi)建自測(cè)試（BIST, Built-In Self-Test）

• 原理：在芯片內(nèi)部集成測(cè)試電路（如LFSR生成偽隨機(jī)測(cè)試向量，MISR壓縮響應(yīng)）。

• 類型：

• Logic BIST：測(cè)試組合邏輯和時(shí)序邏輯。

• Memory BIST：專門測(cè)試片上存儲(chǔ)器。

• 優(yōu)點(diǎn)：降低對(duì)外部測(cè)試設(shè)備的依賴，適合量產(chǎn)測(cè)試。

• 缺點(diǎn)：占用芯片面積，測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)。

3. 自動(dòng)測(cè)試向量生成（ATPG, Automatic Test Pattern Generation）

• 原理：通過(guò)算法自動(dòng)生成能覆蓋目標(biāo)故障的測(cè)試向量。

• 常用算法：

• D算法（針對(duì)Stuck-at故障）。

• PODEM（面向復(fù)雜電路的路徑敏化算法）。

• 工具：商用EDA工具（如Synopsys TetraMAX, Cadence Modus）。

• 挑戰(zhàn)：隨著電路規(guī)模增大，測(cè)試向量數(shù)量和生成時(shí)間指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

4. 基于仿真的驗(yàn)證

• 原理：通過(guò)仿真工具（如ModelSim, VCS）對(duì)比設(shè)計(jì)模型與測(cè)試結(jié)果的一致性。

• 應(yīng)用場(chǎng)景：

• 設(shè)計(jì)階段的RTL級(jí)驗(yàn)證。

• 故障注入仿真（驗(yàn)證測(cè)試向量的有效性）。

四、測(cè)試流程的關(guān)鍵步驟

可測(cè)試性設(shè)計(jì)（DFT, Design for Testability）

• 在芯片設(shè)計(jì)階段插入掃描鏈、BIST模塊等，提升測(cè)試覆蓋率。

測(cè)試向量生成

• 使用ATPG工具生成覆蓋目標(biāo)故障的測(cè)試向量。

測(cè)試應(yīng)用

• 在ATE（自動(dòng)測(cè)試設(shè)備）上加載測(cè)試向量，執(zhí)行測(cè)試并捕獲響應(yīng)。

故障診斷

• 分析失效芯片的測(cè)試結(jié)果，定位故障位置（用于工藝改進(jìn)或設(shè)計(jì)修正）。

五、挑戰(zhàn)與解決方案

1.測(cè)試覆蓋率與成本平衡

• 問(wèn)題：10  0%覆蓋率不現(xiàn)實(shí)，且測(cè)試時(shí)間直接影響成本。

• 方案：使用故障壓縮技術(shù)（如XOR壓縮）、動(dòng)態(tài)測(cè)試向量?jī)?yōu)化。

2.時(shí)序敏感電路測(cè)試

• 問(wèn)題：高速電路中的延遲故障難以捕捉。

• 方案：采用At-Speed Testing（全速測(cè)試）和路徑延遲測(cè)試。

3.功耗與散熱

• 問(wèn)題：測(cè)試時(shí)電路切換頻繁，導(dǎo)致瞬時(shí)功耗過(guò)高。

• 方案：低功耗掃描鏈設(shè)計(jì)、分時(shí)測(cè)試。

六、實(shí)際應(yīng)用工具與標(biāo)準(zhǔn)

• EDA工具：

• ATPG：Synopsys TetraMAX, Mentor Graphics TestKompress。

• DFT：Cadence Modus, Siemens Tessent。

• 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：

• IEEE 1149.1（JTAG邊界掃描）。

• IEEE 1500（嵌入式核測(cè)試）。