用跳变故障测试技术检测时延引起的缺陷

编者按：在检测因时延导致的缺陷方面，传统的功能模式测试方法日益显得不切实际，而基于扫描的跳变故障测试技术则应用得越来越多。在测试投入受限的情况下，可用低成本测试仪实现2种针对跳变故障模型的流行检测方法，并能达到全速测试的大多数要求。

半导体行业现在越来越关注因时延导致的缺陷，尤其是在先进的130和90纳米工艺中。为了有效检测这类缺陷，开发者必须以高成本效益的方式仿真逻辑器件的全速(at-speed)行为。

在基于扫描的结构化测试技术问世之前，功能模式(functional-pattern)测试是制造测试中采用的唯一方法。但高昂的开发成本和测试硬件成本以及困难的调试使得功能模式测试逐渐丧失吸引力。随着时钟频率和设计规模的增加，功能模式测试变得越来越不切实际。

今天，基于扫描的跳变故障测试技术越来越多地被用于测试这类由时延导致的缺陷。基于扫描的测试模式包括两种流行的方法：“捕获后启动”技术用于全面的延时测试；“移位后启动”技术用于歪斜负载(skewed load)的延时测试。

跳变故障模型

根据跳变故障模型，芯片有可能存在两类故障：缓升故障和缓降故障。在任意节点的缓升故障指的是：从0到1的跳变(对于缓降缺陷则是从1向0跳变)结果在规定时间内无法到达主输出或扫描触发器。

能够成功检测跳变故障的任何测试模式都包括一对向量(V1，V2)。V1是初始向量，它给目标节点设定初始值。另一个向量V2不仅负责启动相应节点的跳变，而且要把跳变结果传递给一个主输出或一个扫描触发器。

在“捕获后启动”技术中，第一个向量被扫描进测试链，而第二个向量来源于组合电路对第一个向量的响应结果。

涉及的步骤包括：

1、 通过N次移位将数据移进扫描链。

2、 锁住扫描使能信号，并允许电路做好准备(可以应用新的PI值)。

3、发送两次时钟脉冲。第一个脉冲启动跳变，第二个脉冲捕获响应结果。

在“移位后启动”技术中，第一和第二个向量是通过扫描单元本身来传送的。如果扫描链的长度是N位，那么一个第N位的向量通过扫描被装载在第一个(N-1)位中。最后一个移位时钟用于启动跳变，随之进行快速捕获。涉及的步骤包括：

1、对扫描链执行N-1次移位操作，以获得第一个向量。测试人员可以根据需要应用PI值。

2、锁住扫描使能信号引脚。

3、根据需要改变PI值。

4、发送时钟脉冲捕获响应结果，并送到扫描触发器中。

这些步骤的关键是改变全速扫描使能信号的能力。这种改变必须正好发生在启动与捕获脉冲之间。

利用低成本测试仪

采用现成元器件构建的低成本测试仪有可能替代昂贵的自动测试设备(ATE)。与高性能测试仪相比，低成本测试仪的时序要求可以适当放松。TI公司采用512引脚配置，扫描-移位速度最高可达30 MHz。这尚不能满足目前工作在更高频率下的设计的测试需要。然而，测试仪可以连接一个高频源，它能生成高达500MHz的时钟脉冲，并具有相当精确的边沿设定功能。

对跳变故障进行测试的最大制约在于只有一个可用的高速引脚。不过，该测试仪是专为跳变测试而设计的。由于“捕获后启动”技术不需要全速扫描使能信号，因此它特别适合用在低成本测试仪上。

在大多数情况下，“移位后启动”技术能够以更少量的模式获得更高的测试覆盖率。主要原因在于“捕获后启动”技术是基于连续自动测试模式生成(ATPG)算法，而“移位后启动”方法采用组合ATPG算法。模式生成和压缩工具在组合ATPG环境中更加有效。不过，实际结果表明，在低成本测试仪上采用“捕获后启动”技术，我们仍能达到中等水平的覆盖率。

此外，全速的PI和PO改变在低成本测试仪上无法实现。我们的经验表明，如果引脚数值接近芯片的极限，这种制约不会太影响覆盖率。

如果在设计阶段给予足够的重视，我们即使采用“捕获后启动”技术也能达到高覆盖率。在低成本测试环境中，我们不得不接受许多折衷措施。但只要细心规划、认真执行，我们就可以满足全速测试的大多数要求。

作者：Vinay B. Jayaram、Jayashree Saxena、Kenneth M. Butler

ASIC可测试设计部

TI公司