明導：轉向使用即插即用的分層 DFT 的好處

一、背景

傳統的全芯片 ATPG 正日漸衰退，對于許多現有的和未來的集成芯片器件來說，一項主要挑戰就是如何為龐大數量的設計創建測試圖案。對于有百萬門甚至數億門的設計，傳統上等到設計完成再創建測試圖案的方法是不切實際的，產生所有這些圖案需要龐大的計算能力和相當多的時間。分層可測試性設計通過在區塊或內核上完成了 DFT 插入和圖案生成解決了這個問題。這大大減少了圖案生成時間和所需的計算資源。它還能讓你在設計過程中提前完成大部分 DFT 和圖案生成，從而大幅提高可預測性并降低風險。本文將介紹分層 DFT 流程的：插入掃描包裝器 (Wrapper)、為內核生成灰盒圖像，將內核級圖案重定向到集成芯片頂層的簡單映射步驟。

二、為什么即插即用是合理的？

即插即用這種方法帶來的一個重要好處就是，在設計過程中你可以在內核層面提前完成所有工作。這降低了許多類型的風險，因為任何問題都可以提前解決，讓較終芯片測試架構和結果變得更可預見。在內核層面做更多的測試工作還能讓各單獨的開發團隊獨立工作，然后向做芯片集成工作的同事交付標準的 DFT 操作和測試圖案等數據。此外，一旦設計和圖案數據完成，同樣的數據可以被重新用于任何使用該內核的芯片設計。即插即用方法同樣非常靈活。如果設計出現問題，需要進行工程更改（ECO），那么只需要對進行ECO的內核重新生成測試圖案。

三、使用包裝器鏈打造獨立內核

分層和內核的即插即用方法的基本要求之一是，確保每個內核可以獨立進行測試。DFT 工具可以從內核IO開始，并橫穿內核邏輯直到找到第一個寄存器，然后將其包括在包裝器鏈中。這些單元由于同時執行功能性任務和測試任務，因而被稱為共享包裝器單元。許多設計包含寄存器IO，這樣進出內核的信號的時序能得到很好地確定。這使包裝器插入變得非常簡單。

包裝器鏈同時還支持頂層IC建模和規則檢查。一旦包裝器鏈被插入，DFT 工具程序可以分析任何內核，并找出IO和包裝器鏈之間存在什么樣的邏輯。利用該邏輯，內核的部分圖像被寫出，我們稱之為灰盒（圖1）。灰盒被用來驗證內核在頂層的連接是否正確（設計規則檢查），同時也被用來創建各種內核之間的簡單互連測試。

 
圖1：當掃描鏈插入內核，包裝器鏈的結構允許將內核隔離為一個完整的包裝器內核，如左圖所示。右圖顯示了一個灰盒模型，其中頂層測試只需要內核IO和包裝器鏈之間的邏輯。

四、內核層面的模式生成

分層DFT的優點是，內核DFT和 ATPG 的進行能夠完全獨立于其他內核（圖2）。即便 IO 值未知，包裝器鏈也能使 ATPG 實現高覆蓋率。ATPG 工具只需要得到測試圖形將重定向的指示，這樣未知值就可以通過IO賦值，同時恰當的數據被存出來，這些恰當的數據包括需要在IC頂層驗證的任何時鐘或被約束引腳。

 
圖2：利用分層測試方法，所有區塊的 ATPG 工作可以在各內核上獨立完成。

五、將內核測試圖案重定向并整合到頂層

分層 DFT 方法可以便捷地實現頂層IC的測試圖案整合。第一步是執行一些基本的DFT設計規則檢查（DRC）。完成這一步只需要有頂層網表和所有內核的灰盒模型（圖3）。分層DFT方法常常使用IC 層測試訪問機制（TAM），將芯片的IO定向到需要測試的特殊區塊或區塊組。它既可以簡單到只需要幾個多路復用器，也可以復雜得多。復用的內核通常有并聯廣播到所有內核的輸入信道，這樣從一套輸入信道就得到同樣的測試。我們比較建議將TAM建立在 IJTAG 的基礎上，因為IJTAG是一個非常廣泛而靈活的標準，也較適用于即插即用。

 

圖3：模式重定向需要獨立生成的內核測試圖案，并對其進行重新定向，使之可以從IC層執行。這張圖顯示了被重定向并整合的三個內核測試圖案，使其并行執行。對于一個典型的 IC來講，會有一些區塊的測試圖案被整合，而另一部分區塊需要被放到另一階段進行測試。

分層方法的較后一步是生成測試各內核之間互連的IC層測試圖案。灰盒模型在這里被應用。它是設計后期的 ATPG 步驟，因為所有內核設計和 TAM 首先必須在此之前完成。

六、下一步是什么？

分層 DFT的掃描和包裝器插入、灰盒生成和測試圖案重定向等基本特性為許多設計提供了一個顯著優勢。但是選擇哪些模塊并行測試，哪些串行測試，使測試效率得到優化還需要很多做很多工作。有效的頂層規劃要求一些內核測試圖案信息必須是有效的。與幫助確定較佳壓縮配置的壓縮分析的功能類似，頂層TAM規劃在內核設計可用時更為高效。針對這個問題正在開發的方法之一是將IC信道帶寬動態分配給各個內核。這樣的話，在設計TAM前就不需要知道內核測試圖案的性質。此外，動態分配掃描信道將減少整個測試圖案集的大小。

七、報告總結

分層DFT方法正在被許多設計所采用，它顯著加快了 ATPG 的速度，降低了工作站的規模。這對于數億門或以上的超大規模設計來說至關重要。分層DFT 的另一大優點是它很大程度上改進了工序，帶來了即插即用的便利。因此，只要內核設計完成，那么更多的DFT和 ATPG 工作可以在設計周期的更早階段進行，這些都有利于降低風險、提高可預見性、以及后期的 ECO。

本文作者 Ron Press

Ron Press 是明導硅測試解決方案產品的的技術營銷經理。他在測試和 DFT行業有著25年的經驗，曾多次出席全球各地的DFT和測試研討會。他出版了數十篇與測試相關的論文，是國際測試會議 (ITC) 指導委員會的成員，IEEE計算機學會的 Golden Core 成員，IEEE的高級會員。Ron擁有多項減少引腳數測試和無干擾時鐘切換的專利。

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