SoC低功耗測試技術(shù)和溫度意識測試規(guī)劃研究.pdf

1、近年來，系統(tǒng)級芯片（System-on-Chip，SoC）已成為當前研究和應(yīng)用的主流，隨著集成規(guī)模和復雜度的日益增大，使得其測試也面臨著巨大挑戰(zhàn)。SoC由于片上嵌入多個各種芯核，其有限的輸入/輸出端口資源，連同外部測試設(shè)備測試成本、數(shù)據(jù)通道有限等因素的限制，使得 SoC的測試復雜性和測試成本增加。內(nèi)建自測試（Built-in Self-Test，BIST）技術(shù)通過在芯核上集成的邏輯可實現(xiàn)對自身電路的檢測，是一種有效解決 SoC中嵌入式芯

2、核測試的方案。
　　測試期間電路產(chǎn)生的功耗相比正常工作模式時的功耗要高出幾倍，過高的測試功耗會對待測電路產(chǎn)生極大危害，甚至損壞。SoC測試功耗問題已經(jīng)引起測試領(lǐng)域研究人員的極大關(guān)注，降低 SoC測試功耗可從芯核級和系統(tǒng)級兩個方面考慮。
　　本論文重點研究了芯核級BIST低功耗測試生成技術(shù)和SoC系統(tǒng)級溫度意識測試規(guī)劃問題。主要工作包括：
　　(1)研究了低功耗單輸入變化（Single Input Changed，SIC

3、）測試序列種子選取算法。SIC測試序列是指連續(xù)輸入向量間只有一個位碼值發(fā)生變化，可有效降低 CUT內(nèi)部節(jié)點翻轉(zhuǎn)率。而 SIC作為低功耗測試序列，在 BIST向量生成技術(shù)中實現(xiàn)的關(guān)鍵就是 SIC序列種子選取，本論文首先在 SIC前期理論模型基礎(chǔ)上，進一步提煉出SIC序列性質(zhì)，用以指導 SIC序列種子選取算法設(shè)計。通常 SIC序列種子選取存在故障覆蓋率難以保證的問題，本論文提出了兩種 SIC序列種子選取算法，是基于ATPG測試向量集提取SI

4、C種子向量，種子釋放所生成的SIC測試序列在降低待測電路功耗的同時，還可保證等同于ATPG工具的高測試故障覆蓋率。首先提出一種新的SIC序列，即序列位碼順序單輸入位變化（Sequential Single Input Change，SSIC）的測試序列，對 SSIC序列特性進行了深入細致的研究和總結(jié)，并將這些序列特性用于指導 SSIC序列種子選取算法設(shè)計。用于產(chǎn)生 SSIC序列的向量發(fā)生器是基于簡單移位寄存器結(jié)構(gòu)，硬件實現(xiàn)簡單。另一種方

5、案是基于常用本原多項式 LFSR的SIC序列發(fā)生器結(jié)構(gòu)，SIC序列按照本原多項式LFSR所生成 M序列的次序進行單輸入位跳變，LFSR初始值不同，同一SIC種子產(chǎn)生的SIC序列也不同，因而在選取SIC序列種子過程中協(xié)同考慮LFSR的初始值選取，起到進一步優(yōu)化SIC序列種子數(shù)量的目的。
　　(2) CA作為內(nèi)建向量發(fā)生器在確定型BIST的應(yīng)用屬于CA反向綜合問題，難點就是存在大量進化特性違反，本論文對此定義了更適用于CA反向綜合的非

6、對稱鄰居模型，進一步加強解決進化特性違反的能力。通常確定性BIST測試生成技術(shù)是基于重播種技術(shù)，種子存儲需額外的硬件開銷，種子釋放過程中產(chǎn)生大量冗余向量，導致測試時間及測試功耗增加。本論文提出了兩種基于CA的低功耗確定 TPG綜合算法，采用非對稱鄰居模型有效解決綜合過程中的進化特性違反。兩種算法都是采用降低功耗預計算的ATPG向量集進行反向綜合，所綜合出的CA結(jié)構(gòu)可生成給定低功耗測試集，并保持與ATPG工具相同的高的測試故障覆蓋率和短的

7、測試時間。算法一是采用鄰域擴展與列交換相結(jié)合的技術(shù)，為使所綜合出的CA結(jié)構(gòu)具有最小硬件成本，采用模擬退火算法進行優(yōu)化，并通過設(shè)定鄰域半徑閾值對 CA單元間線拓撲進行約束。算法二是根據(jù) CA中心細胞單元三鄰和非對稱三鄰變化規(guī)律，推導出最近鄰計算數(shù)學矩陣，通過計算尋找滿足進化特性的最近的單元連接結(jié)構(gòu)，若當前鄰域半徑無解，則鄰域半徑逐一遞增，計算新的三鄰互聯(lián)矩陣，直至找到滿足進化特性的優(yōu)化連接結(jié)構(gòu)。在提高算法效率的同時，可有效降低 CA硬件成

8、本開銷。所提出的基于CA的低功耗確定 TPG綜合算法，針對低功耗向量集進行操作，不影響原有測試集低功耗特性和故障覆蓋率。采用所綜合出的基于CA的低功耗確定TPG，給定CA初始向量，即可產(chǎn)生預計算的低功耗測試向量集，并且不含有冗余測試向量，解決了重播種技術(shù)中冗余向量所引起的冗余時間與功耗問題。
　　(3)針對系統(tǒng)級溫度意識測試規(guī)劃技術(shù)進行了研究。SoC溫度意識測試規(guī)劃研究主要包含兩個方面，一個是規(guī)劃算法設(shè)計，另一個就是系統(tǒng)測試溫度評

9、估技術(shù)。溫度評估技術(shù)是溫度優(yōu)化測試規(guī)劃研究的前提和基礎(chǔ)。本文基于數(shù)值熱傳導理論設(shè)計溫度評估模型。根據(jù)芯核之間的空間分布，定義相鄰關(guān)系矩陣，可快速判斷出并行測試芯核之間的布局關(guān)系。利用該溫度評估模型計算相鄰并行測試芯核間由熱傳導行為產(chǎn)生的熱量變化，導入熱量與自身熱源之和即為所求芯核測試溫度，解決了反復調(diào)用熱仿真工具和常用熱 RC模型中熱導路徑需多次構(gòu)建引起的溫度評估過程繁瑣的問題，本文溫度模型可以快速預測系統(tǒng)測試溫度。利用該溫度評估模型，