АТГНЫ (акроним для обоих utomatic T ЭСТА P attern G eneration и utomatic Т Текущей Р attern G enerator) представляет собой электронный дизайн автоматизации методы / технология , используемую , чтобы найти вход (или тест) последовательность , которая, при применении к цифровой схеме , позволяет автоматическому испытательному оборудованию различать правильное поведение схемы и неисправное поведение схемы, вызванное дефектами. Сгенерированные шаблоны используются для тестирования полупроводниковых устройств после изготовления или для помощи в определении причины отказа ( анализ отказов [1]). Эффективность ATPG измеряется количеством смоделированных дефектов или моделей отказов , которые можно обнаружить, и количеством сгенерированных шаблонов. Эти метрики обычно указывают на качество тестирования (выше при большем количестве обнаруженных ошибок) и время выполнения теста (выше при большем количестве шаблонов). Эффективность ATPG - еще одно важное соображение, на которое влияет рассматриваемая модель неисправности, тип тестируемой цепи ( полное сканирование , синхронное последовательное или асинхронное последовательное), уровень абстракции, используемый для представления тестируемой цепи (вентиль, регистр- передача, переключение) и требуемое качество тестирования .
Основы
Дефект - это ошибка, возникшая в устройстве в процессе производства. Модель неисправности - это математическое описание того, как дефект изменяет поведение конструкции. Логические значения, наблюдаемые на первичных выходах устройства при применении тестового шаблона к какому-либо тестируемому устройству (DUT), называются выходом этого тестового шаблона. Выходные данные тестового шаблона при тестировании исправного устройства, которое работает точно так, как было задумано, называются ожидаемыми выходными данными этого тестового шаблона. Считается, что неисправность обнаружена тестовым шаблоном, если выходные данные этого тестового шаблона при тестировании устройства, имеющего только эту одну неисправность, отличаются от ожидаемых выходных данных. Процесс АТГНЫ для целевой неисправности состоит из двух фаз: активации неисправностей и распространение неисправностей . Активация неисправности устанавливает значение сигнала на участке модели неисправности, противоположное значению, создаваемому моделью неисправности. Распространение неисправности перемещает результирующее значение сигнала или эффект неисправности вперед за счет сенсибилизации пути от места неисправности к первичному выходу.
ATPG может не найти тест на конкретную неисправность как минимум в двух случаях. Во-первых, неисправность может быть изначально необнаружимой, так что не существует шаблонов, которые могли бы обнаружить эту конкретную неисправность. Классическим примером этого является схема с резервированием, спроектированная таким образом, что ни одна неисправность не приводит к изменению выхода. В такой схеме любая отдельная неисправность по сути не обнаруживается.
Во-вторых, возможно, что шаблон обнаружения существует, но алгоритм не может его найти. Поскольку проблема ATPG является NP-полной (путем сокращения от проблемы логической выполнимости ), будут случаи, когда шаблоны существуют, но ATPG сдастся, поскольку их поиск займет слишком много времени (при условии, что P ≠ NP , конечно).
Модели неисправностей
- допущение об единственной неисправности: в цепи возникает только одна неисправность. если мы определим k возможных типов неисправностей в нашей модели неисправности, схема будет иметь n сигнальных линий, при допущении об одной неисправности общее количество единичных неисправностей составит k × n .
- предположение о множественных сбоях: в цепи могут возникать множественные отказы.
Разрушение разлома
Эквивалентные ошибки приводят к одинаковому неправильному поведению для всех входных шаблонов. Любая отдельная неисправность из набора эквивалентных неисправностей может представлять собой весь набор. В этом случае для цепи с n сигнальными линиями требуется гораздо меньше, чем k × n проверок неисправностей . Удаление эквивалентных неисправностей из всего набора неисправностей называется устранением неисправностей.
Модель застрявшей ошибки
В последние несколько десятилетий наиболее популярной моделью разлома, используемой на практике, является модель единственного застрявшего разлома . В этой модели предполагается, что одна из сигнальных линий в цепи застряла на фиксированном логическом значении, независимо от того, какие входы поступают в схему. Следовательно, если в цепи имеется n сигнальных линий, в цепи может быть определено 2n заклинивающих неисправностей, некоторые из которых можно рассматривать как эквивалентные другим. Модель застрявшего сбоя - это логическая модель сбоя, поскольку с определением сбоя не связана информация о задержках. Ее также называют моделью постоянной неисправности, поскольку предполагается, что эффект неисправности является постоянным, в отличие от периодических неисправностей, которые возникают (по-видимому) случайным образом, и переходных неисправностей, которые возникают спорадически, возможно, в зависимости от условий эксплуатации (например, температуры, напряжения источника питания). или на значениях данных (состояния высокого или низкого напряжения) на окружающих сигнальных линиях. Модель одиночного застрявшего разлома является структурной, поскольку она определена на основе структурной модели схемы на уровне затвора.
Набор шаблонов со 100% покрытием застрявших сбоев состоит из тестов для обнаружения всех возможных застрявших сбоев в цепи. 100% покрытие налипших сбоев не обязательно гарантирует высокое качество, поскольку часто возникают сбои многих других видов (например, сбои при перемычке, сбои с размыканием, сбои с задержкой).
Неисправности транзисторов
Эта модель используется для описания неисправностей логических вентилей КМОП. На уровне транзистора транзистор может заклинивать или заклинивать в открытом состоянии. При заклинивании транзистор ведет себя так, как он всегда проводит (или застревает), а при заклинивании - это когда транзистор никогда не проводит ток (или заклинивает). Stuck-short вызовет короткое замыкание между VDD и VSS.
Мосты неисправностей
Короткое замыкание между двумя сигнальными линиями называется замыканием на землю. Мостовое соединение с VDD или Vss эквивалентно модели зависания при отказе. Традиционно оба сигнала после перемычки моделировались логическим И или ИЛИ для обоих сигналов. Если один драйвер доминирует над другим драйвером в ситуации моста, доминирующий драйвер принудительно передает логику другому, в таком случае используется доминирующий отказ мостового соединения. Чтобы лучше отразить реальность устройств CMOS VLSI, используется модель неисправности «Доминирующее И» или «Доминирующее ИЛИ». В последнем случае доминирующий драйвер сохраняет свое значение, в то время как другой получает собственное значение И или ИЛИ и доминирующий драйвер.
Открывает неисправности
Ошибки задержки
Неисправности задержки можно классифицировать как:
- Ошибка задержки ворот
- Ошибка перехода
- Ошибка времени удержания
- Ошибка медленной / малой задержки
- Ошибка задержки пути: эта ошибка возникает из-за суммы всех задержек распространения затвора по одному пути. Эта ошибка показывает, что задержка одного или нескольких путей превышает тактовый период. Одной из основных проблем при обнаружении ошибок задержки является количество возможных путей в тестируемой цепи (CUT), которое в худшем случае может экспоненциально расти с увеличением количества линий n в схеме.
Комбинационный АТПГ
Комбинационный метод ATPG позволяет тестировать отдельные узлы (или триггеры) логической схемы, не беспокоясь о работе всей схемы. Во время тестирования включается так называемый режим сканирования, при котором все триггеры (FF) должны быть подключены в упрощенном виде, эффективно обходя их соединения, как задумано во время нормальной работы. Это позволяет использовать относительно простую векторную матрицу для быстрого тестирования всех составляющих FF, а также для отслеживания отказов определенных FF.
Последовательный АТПГ
ATPG с последовательной схемой ищет последовательность тестовых векторов для обнаружения конкретной неисправности в пространстве всех возможных последовательностей тестовых векторов . Были разработаны различные стратегии поиска и эвристики, чтобы найти более короткую последовательность или быстрее найти последовательность. Однако, согласно опубликованным результатам, ни одна стратегия или эвристика не превосходит другие для всех приложений или схем. Это наблюдение подразумевает, что генератор тестов должен включать исчерпывающий набор эвристик.
Даже простая постоянная неисправность требует последовательности векторов для обнаружения в последовательной цепи. Кроме того, из-за наличия элементов памяти управляемость и наблюдаемость внутренних сигналов в последовательной схеме, как правило, намного сложнее, чем в схеме комбинационной логики . Эти факторы делают сложность последовательной ATPG намного выше, чем сложность комбинационной ATPG, где добавляется цепочка сканирования (т. Е. Переключаемая сигнальная цепочка, предназначенная только для тестирования), чтобы обеспечить простой доступ к отдельным узлам.
Из-за высокой сложности последовательного ATPG это остается сложной задачей для больших, высокопоследовательных схем, которые не включают какую-либо схему Design For Testability (DFT). Однако эти тестовые генераторы в сочетании с низкозатратными методами ДПФ, такими как частичное сканирование , показали определенную степень успеха при тестировании больших проектов. Для конструкций, чувствительных к накладным расходам на площадь или производительность, решение с использованием ATPG с последовательной схемой и частичного сканирования предлагает привлекательную альтернативу популярному решению с полным сканированием, которое основано на ATPG с комбинационной схемой.
Нанометрические технологии
Исторически сложилось так, что ATPG фокусировалась на наборе неисправностей, полученных из модели отказов на уровне ворот. По мере того как тенденции в дизайне переходят в сторону нанометровых технологий, возникают новые проблемы производственных испытаний. Во время проверки конструкции инженеры больше не могут игнорировать влияние перекрестных помех и шума источника питания на надежность и производительность. Текущие методы моделирования неисправностей и векторной генерации уступают место новым моделям и методам, которые учитывают временную информацию во время генерации тестов, которые масштабируются для более крупных проектов и могут улавливать экстремальные проектные условия. Для нанометровых технологий многие текущие проблемы проверки конструкции также становятся проблемами производственных испытаний, поэтому потребуются новые методы моделирования неисправностей и ATPG.
Алгоритмические методы
Тестирование крупномасштабных интегральных схем с большим количеством неисправностей является сложной задачей из-за сложности. Поэтому было разработано множество различных методов ATPG для решения комбинационных и последовательных цепей.
- Ранние алгоритмы генерации тестов, такие как логическая разность и буквальное предложение, не могли быть реализованы на компьютере.
- D Алгоритм был первым практическим генерации тестовых алгоритма с точки зрения требований к памяти. Алгоритм D [предложенный Ротом 1966] представил нотацию D, которая продолжает использоваться в большинстве алгоритмов ATPG. D Алгоритм пытается передать значение зависания при ошибке, обозначенное D (для SA0) или D (для SA1), на первичный выход.
- Принятие решений, ориентированных на путь (PODEM), является усовершенствованием алгоритма D. PODEM был создан в 1981 году Прабху Гоэлем , когда недостатки в алгоритме D стали очевидны, когда дизайнерские инновации привели к схемам, которые алгоритм D не мог реализовать.
- Fan-Out Oriented ( алгоритм FAN ) является улучшением по сравнению с PODEM. Он ограничивает пространство поиска ATPG, чтобы сократить время вычислений и ускорить обратную трассировку.
- Для генерации тестовых векторов иногда используются методы, основанные на логической выполнимости .
- Генерация псевдослучайных тестов - самый простой способ создания тестов. Он использует генератор псевдослучайных чисел для генерации тестовых векторов и полагается на логическое моделирование для вычисления хороших машинных результатов и моделирование неисправностей для вычисления покрытия неисправностей сгенерированных векторов.
- Автоматический генератор спектральных шаблонов вейвлетов (WASP) является усовершенствованием спектральных алгоритмов для последовательного ATPG. Он использует вейвлет-эвристику для поиска пространства, чтобы сократить время вычислений и ускорить компактор. Его выдвинули Суреш Кумар Деванатан из Rake Software и Майкл Бушнелл из Университета Рутгерса. Суреш Кумар Деванатан изобрел WASP как часть своей диссертации в Рутгерсе. [ необходима цитата ]
Соответствующие конференции
ATPG - это тема, которая освещается на нескольких конференциях в течение года. Основные американские конференции являются Международная конференция испытаний и Симпозиум испытаний СБИС , в то время как в Европе эта тема покрыта DATE и ETS .
Смотрите также
Рекомендации
- Руководство по автоматизации проектирования электроники для интегральных схем , составленное Лаваньо, Мартином и Шеффером, ISBN 0-8493-3096-3 Обзор области, из которой было получено приведенное выше резюме, с разрешения.
- Анализ отказов микроэлектроники . Парк материалов, Огайо: ASM International. 2004. ISBN. 0-87170-804-3.
- ^ Кроуэлл, G; Пресс Р. "Использование методов сканирования для устранения неисправностей в логических устройствах". Анализ отказов микроэлектроники . С. 132–8.