wice3 2007-3-18 12:59
SOC芯片中的DFT设计实施
[table=98%][tr][td][align=center][b][size=2][color=#990000]SOC芯片中的DFT设计实施[/color][/size][/b][/align][/td][/tr][tr][td][align=center]
北京宏思电子技术有限责任公司 杨柱、张文婧、陈旭 2004.10
[/align][/td][/tr][tr][td][b][color=#990000]1引言：[/color][/b]
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1. 1 DFT的基本概念[/color]
DFT(Design for Testability)是指在集成电路的设计过程中，通过增加逻辑、替换元件以及增加引脚等方法，解决芯片的快速、有效和自动测试问题。归纳起来，DFT实现了芯片的可测性(Testability)、可控性(Controllability)和可观测性(Observability)问题。
随着集成电路工艺水平的提高和市场需求的发展，芯片的规模也越来越大，芯片的可测性设计问题越来越突出。一方面，规模化的生产需要有效地剔除不合格芯片；另一方面，基于减少测试成本和测试周期的考虑，也推动了DFT技术的发展。近几年来讨论DFT方法和DFT工具的文章也越来越多，这说明国内更多的IC设计公司面临着规模化、产业化生产的问题。
在这样的背景下，选择一套合适的DFT软件工具，对于优化芯片的可测性设计、缩短设计开发周期以及降低规模化量产的测试成本是非常重要的。本文将通过我们的实践，向大家介绍和推荐Mentor公司的DFT软件工具。
1．2 SOC芯片的DFT策略
SOC（System on Chip）是在同一块芯片中集成了CPU、各种存储器、总线系统、专用模块以及多种I/O接口的系统级超大规模集成电路。由于SOC芯片的规模比较大、内部模块的类型以及来源多样，因此SOC芯片的DFT面临着诸多问题。
1． 存储器的测试问题
几乎每一款SOC芯片内部都集成了SRAM、FLASH、EEPROM等多种存储器，这些存储器往往由IP供应商提供。如何方便、全面、快速地测试存储器的每一个单元，是一个复杂的问题。其中包括了测试算法的确定、测试控制单元的生成、芯片级的测试控制以及并行测试等几方面问题。
2． Glue Logic的可测性设计问题
通常将SOC芯片内部除了CPU、存储器、PLL等IP之外的逻辑统称为Glue Logic。简单地说，这部分的DFT就是如何插入扫描链的问题。组成Glue Logic的模块可能是自主设计的、也可能含有IP供应商提供的IP或者wrapper。它们的设计风格多种多样，复杂程度和规模也各有不同，这就给扫描链的插入以及提高测试覆盖率增加了难度。
3． 硬IP中已有DFT与整个芯片的兼容问题
IP供应商提供的硬IP往往已经考虑了DFT的问题。在SOC总集成设计时，如何有效地利用已有的DFT，并与Glue Logic中的扫描链、存储器的BIST LOGIC兼容，是一个需要慎重考虑的问题。
4． 如何快速地自动生成测试向量及其仿真调试
大规模集成电路的DFT，包括扫描链插入、测试向量自动生成（ATPG）、以及测试向量的仿真，都是相当耗费时间的。同时，SOC芯片的设计周期往往由于市场的急迫需求被压缩的很短，留给DFT的时间就更紧张，如何快速地实现DFT、如何有效地仿真和调试、如何准确地定位存在的问题并作出修改，也是需要特别关注的问题。
1．3 Mentor DFT工具
Mentor 公司为DFT提供了业内领先的、成熟的、同时也是最完备的DFT解决方案。它很好地协调并解决了前述四个问题。运用这套工具，依靠Mentor公司强大的技术支持，我们在较短的时间内，实现了一款百万门级SOC芯片的DFT设计。
[color=#990000][b]2 SOC芯片DFT设计过程综述[/b][/color]
2．1 存储器部分DFT的生成和仿真
在我们设计的SOC芯片中，有一个SRAM模块，这块SRAM的接口时序和通用的SRAM类似。这部分DFT的内容，是为SRAM构建一个BIST测试机制。我们采用Mentor公司的MBISTArchitect产品自动生成了BIST控制器。仿真和芯片测试的结果表明，在芯片规模增加大约2000门的情况下，只需要100000个时钟周期就可以实现这块SRAM的测试，每个时钟周期约为40ns。并且由于加入存储器BIST而增加的管脚也很少。
下图为BIST控制器的原理框图
[table=98%][tr][td][align=center][img=368,264]http://www.mentorg.com.cn/eletter/0503/images/a.jpg[/img][/align][/td][/tr][tr][td][align=center]图一 BIST Controller 原理框图[/align][/td][/tr][/table]
2．2． Glue Logic的插链、调试和仿真
在我们的SOC芯片内部，有将近20个模块共同组成了Glue Logic部分。为了降低功耗，有些模块内部有门控时钟（Gated Clock），还有些模块含有两个以上的时钟域，其中总线部分还包括一些异步逻辑，这就使得Glue Logic部分的扫描链比较复杂。在设计中我们采取以下步骤：
1． 相关网表和DFT库的准备；
2． Glue Logic的DFT预估，估计出触发器的个数，Gated Clock的模块以及Reset、CLK的情况；
3． TOP层管脚的复用设置和CLK、Reset信号及Bypass控制；
4． 采用Mentor的DFTAdvisor进行扫描链设计。这里需要考虑扫描链的长度、扫描链的个数、是否需要CLK merging(Multiple Clocks 和Multiple Clock Edges的情形)以及扫描链的均衡；
5． 为ATPG输出网表和Test procedure file。利用Mentor公司的DFT工具，能够很好地解决诸如多时钟域，异步逻辑，门控时钟等问题，从而可以达到很高的故障覆盖率。
2．3． ATPG和BIST Controller的仿真调试
MBISTArchitect为BIST controller生成了仿真激励文件，由于BIST controller 是基于BIST model而生成的，所以BIST model是否符合SRAM的接口时序，决定了BIST controller的仿真测试是否能够通过。
利用DFTAdvisor生成的test procedure文件，采用FastScan为扫描链生成测试向量。由测试向量的仿真结果，定位仿真不正确的触发器，以便及时地修改设计。值得一提的是，Mentor公司的FastScan工具在生成高覆盖率、高效率的测试向量方面，在行业享有极高的声望。
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3 Mentor公司DFT软件的特点[/color][/b]
3．1 完备的DFT解决方案，提高了流程的效率
Mentor 公司提供行业最完备的DFT解决方案。对基于扫描的逻辑电路DFT设计，可以采用DFTAdvisor扫描链插入和FastScan自动测试向量生成技术；对非扫描结构的DFT设计可以采用FlexTest自动测试向量生成技术；对于嵌入式存储器的测试，Mentor公司提供存储器内嵌自测试技术MBISTArchitect以及独特的MacroTest测试技术；对边界扫描电路的设计，Mentor公司提供的BSDArchitect技术完全支持IEEE1149.1标准；同时还提供广泛的DFT技术如LBIST技术、测试向量的动态压缩技术以及不同测试机制的自动连接。
从流程的角度来看，IC设计最繁琐也最费时的是软件的熟悉过程，这个过程往往比真正的设计时间还要长很多。由于Mentor的DFT工具涵盖了DFT的方方面面，同时工具之间的兼容性好，这样使得工程师可以顺畅的从一个流程进行到下一个流程。比如：在工程师采用DFTAdivisor插链之后，工具会自动生成test procedure文件以及ATPG的约束文件，对这些文件稍做修改或转换，就可以用FastScan来读取。这样就节省了很多写脚本和调试的时间。同时Mentor公司的DFT技术可以非常方便地实现与其它EDA公司仿真和综合技术之间的顺畅连接。
3．2 友好的用户界面，以及丰富的DEBUG功能
Mentor 公司的DFT工具提供了一系列的DEBUG功能。以DFTAdvisor和FastScan为例，从命令行的角度，工具提供了超过100条的仿真测试设计规则检验，通过这些设计规则检验，各种不良的DFT设计习惯就会一目了然。可以发现设计中存在的不利于提高测试覆盖率的缺陷，从而可以及早修改设计，以提高测试覆盖率。
值得一提的是，Mentor还开发了用于调试DFT的图形界面工具DFTInsight，DFTInsigh和DFTAdvisor以及FastScan有着快捷的接口，用户可以直接由设计规则检验的结果定位到Cell的逻辑关系，这样就非常直观。
[table=98%][tr][td][align=center][img=418,331]http://www.mentorg.com.cn/eletter/0503/images/b.jpg[/img][/align][/td][/tr][tr][td][align=center]图二 DFTInsight用户界面[/align][/td][/tr][/table]
3．3 高效率的ATPG
Mentor 公司提供的FastScan，是一款优秀的测试向量自动生成工具，它可以针对扫描的ASIC设计，生成高质量的测试向量。它有如下几方面的特点：
1． 支持几乎所有的故障模型：stuck-at、transition、IDDQ等等；
2． 提供高效的静态以及动态测试向量的压缩功能，可以有效地减少测试向量的数量；
3． 内嵌的Diagnostics选项，可以通过ATE上失败的测试向量，来定位芯片上的故障；
4． 运行速度很快。
3.4 高质量的技术支持
在我们使用Mentor公司DFT软件过程中，Mentor公司以及奥肯思（北京）科技有限公司不仅为我们提供了入门培训，还派出经验丰富的ASIC设计工程师，为我们提供全程DFT设计支持和协助。Mentor公司以及奥肯思（北京）科技有限公司在我们SOC芯片的DFT设计中提供了及时、深入和高效的支持。他们的敬业精神鼓舞和带动了我们，这也是我们成功实现SOC芯片DFT设计的关键之一。在此，我们对Mentor公司以及奥肯思（北京）科技有限公司曾给予我们、并且令我们十分满意的支持和服务，表示诚恳的谢意！
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