CN109444727B - 一种面向扫描设计的低功耗lfsr重播种测试压缩方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种面向扫描设计结构的低功耗LFSR重播种测试压缩方法，解决了传统LFSR重播种技术带来的过高的测试功耗等问题。基于测试立方块的优化编码算法能够灵活结合任意LFSR重播种方案，可应用于工业级超大规模集成电路和片上***的内建自测试及其功能验证。基本思路如下：LFSR重播种过程对测试立方中的不确定位进行随机填充，由此引发过高的开关切换率和测试功耗。本发明通过优化编码提高测试立方中相邻位之间的逻辑一致性，有效降低测试功耗；通过减少测试立方中的确定位数目和状态方程个数，降低种子向量求解难度，有效地提高测试数据压缩率，缓解测试存储资源的挑战。

Description

一种面向扫描设计的低功耗LFSR重播种测试压缩方法
技术领域
本发明属于超大规模集成电路(VLSI)技术领域，具体涉及一种面向扫描设计的低功耗LFSR重播种测试压缩方法。
背景技术
随着微电子技术和半导体工艺进入深亚微米***时代，超大规模集成电路的工艺尺寸日益缩小和时钟频率不断提高，芯片测试面临着越来越多的挑战。其中越来越数据量和过高的测试功耗是现在面临的主要问题。因此有很多测试压缩方案被提出来减少测试存储和带宽，现有的测试数据压缩技术主要包括编码压缩，广播扫描压缩和基于线性解压结构压缩。与前两种方法相比，基于LFSR重播种技术因为它具有高的测试压缩率和低的硬件开销而被大多数商业工具所采用，如Mentor Graphics公司的TestKompress,Synopsys 公司的SOC BIST和Candence公司的SmartBIST等。
此外，芯片上的功耗密度也在不断增加，芯片在测试时的功耗要高于正常工作时的功耗，这一功耗间隙的宽度随着功能的不断波动在2至5倍之间变化，在某些情况下，测试的峰值工会甚至能达到功能功耗的30倍。虽然LFSR 重播种技术能够实现满意的测试覆盖率和较高的测试压缩率，但是却会引起较高的测试功耗。由于用于测试的测试立方中含有95％-99％的无关位，在LFSR 重播种测试过程中，测试立方中含有大量的无关位被随机填充，因此当它们被移入扫描链中会造成过高的开关活动，进而带来过高的测试功耗。而过多的功耗会带来器件内部温度的骤变，引起器件的损坏，使得可靠性降低，芯片的成品率损失和测试吞吐量降低，从而降低芯片的工作性能。为此本发明针对LFSR重播种过程中造成较高的测试功耗的问题，以及如何降低LFSR级数和提高编码效率，提出了一种面向扫描设计的低功耗LFSR重播种测试压缩技术的测试方案。它的整体思想是以提高LFSR重播种的压缩效率和降低测试功耗为目标，先将测试立方分成不同类型等长的数据块，然后根据数据块的类型进行优化编码，在将优化编码后的测试立方求解成种子向量，在芯片测试时，种子向量被自动的加载到LFSR解压电路中，生成和原测试立方相兼容的测试模式。该方案在不影响故障覆盖率的前提下，不仅能够降低移位功耗，而且能够大大减少测试立方中的确定位，提高测试压缩效率，而且能够降低 LFSR的硬件开销。
发明内容
本发明的目的在于针对LFSR播种过程中产生的测试模式在扫描过程中产生过度频繁的开关活动，导致较高的测试功耗问题，提供一种面向扫描设计的低功耗LFSR重播种测试压缩方法，对ATPG产生的测试立方进行低功耗优化分块编码，据此建立状态转移方程组，利用高斯约旦消除来求解LFSR种子向量。该编码技术能够结合任意LFSR重播种方案，有效降低测试数据容量和测试功耗。
本发明具体包括如下内容：
1.基于测试立方块的优化编码技术
1.1为了减少测试立方中的确定位数目，提高测试立方相邻位之间的逻辑一致性，本发明采用优化编码技术对测试立方进行分块处理。在编码之前，将测试立方分成等长的数据块，对0兼容块、1兼容块、不兼容块和无关块这四种数据块类型分别采用0、0、1、X保持标记位进行标识。
1.2为了进一步减少测试立方中的确定位个数，本发明采用标记位对测试立方块进行分类处理，将标记位相兼容的测试立方重新排序，归类成为一个保持隔离组。
1.3将不同的保持隔离组的标记位进行更新处理，更新位为1/0表示保持隔离组中的标记位需要/不需要被加载一次到扫描链中。
2.求解LFSR种子向量
2.1针对优化编码后的测试立方，将最大确定位Smax设为LFSR阶数L，选择本源多项式作为LFSR特征多项式，得到状态转移矩阵。
2.2根据LFSR状态转移矩阵，列出状态转移方程，采用高斯约旦消除方法进行求解。当方程有解时，计算该阶数下的LFSR能否成功编码每一条测试立方，若能，得到该分块下的最短LFSR种子；若否，令阶数L+1。当方程无解时，令阶数L+1，重新列出状态转移方程进行求解，直到找到一个LFSR阶数能成功编码所有测试立方，则停止计算，得到该分块下的LFSR种子。
2.3比较每个数据分块下求得的LFSR种子，从中选出最短LFSR种子，得到测试立方的最佳分块。
3.LFSR重播种技术
基于低功耗LFSR重播种技术的思想是对测试立方以降低功耗和提高LFSR 编码效率为目标进行优化编码，将优化编码处理后的测试立方集编码为较小的种子寄存储，测试时利用LFSR将种子集扩展为确定的测试模式，得到与原测试立方相兼容的测试数据进行VLSI扫描测试同时获得高的故障覆盖率和较高的的测试压缩率。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种面向扫描设计结构的低功耗LFSR重播种测试压缩方法，包括如下步骤：
(1)获取测试集：针对使用10000次伪随机测试模式后仍然不可测试的电路故障，针对难测故障的确定性测试集利用Atalanta提供的ATPG工具产生，实验进行LFSR重播种测试；
(2)测试立方分块处理：将确定性测试集中的测试立方等分成为数据块，数据块类型包括0兼容块、1兼容块、不兼容块和无关块；
(3)测试立方块编码：对不同的数据块类型进行块标记处理；
(4)分组到保持隔离组：提取每个测试立方块的标记位，将标记位相兼容的测试立方进行分组划分；
(5)根据步骤4获得标记位兼容的测试立方组，对其添加更新标记位。当更新标记位为1时，加载标记位，并将测试立方连续加载至扫描链中；当更新标记位为0是，不加载标记位，只将测试立方连续加载至扫描链中；
(6)求解LFSR种子向量：对优化编码处理后的测试立方，依据本原多项式原则，选择合适的LFSR特征多项式，列出状态转移方程，利用高斯约旦消除法求解出最短LFSR种子向量；
(7)产生测试模式：将求得的种子加载到LFSR重播种电路，经过解码电路得到和原始测试集相互兼容的测试模式。
步骤(2)所述测试立方分块旨在提高相邻位之间的逻辑一致性。将测试立方划分为0兼容块、1兼容块、不兼容块和无关块数据类型。
步骤(3)所述测试立方块优化编码旨在减少确定位数目和状态方程个数，简化种子向量求解过程。对数据块类型进行块标记编码。
步骤(4)-(5)所述编码后测试立方的分组划分旨在减少测试数据向扫描链的加载次数。将标记位兼容的测试立方进行分组，通过更新标记位操作，减少兼容性标记位及其测试立方组向扫描链进行加载的次数。
步骤(6)-(7)所述求解LFSR种子集旨在减少方程个数并缩小求解空间。根据本原多项式，由特征多项式列出状态转移方程，求解最短LFSR种子集，存储在ROM中；扫描测试开始时，将种子向量加载到重播种电路上扩展成与原测试数据相兼容的测试模式。
本发明具有如下优点：
第一、采用优化编码算法来降低测试立方中的确定位数目，减少了状态转移方程个数，有效释放了方程的解空间，更易于求解LFSR种子向量，提高了测试压缩效率。
第二、解决了LFSR重播种技术生成测试模式所带来的开关活动过高问题，极大地降低了测试功耗，这对于低功耗测试结构设计具有现实意义。
附图说明
图1为本发明实施例中基于LFSR重播种的低功耗测试压缩方案示意图；
图1(a)为本发明实施例中基于测试立方块的优化编码示意表；
图1(b)为本发明实施例中压缩比和功耗测试的示意表；
图2为本发明实施例中由LFSR重播种产生的数据格式示意图；
图3为本发明实施例中LFSR重播种解码电路结构示意图；
图4为本发明实施例中解码电路仿真结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明方法进一步说明，本发明的具体步骤如下：
步骤1：参照附图1，获取测试电路的测试集。首先通过10000次伪随机测试模式对电路进行测试覆盖，然后针对那些难测故障进行LFSR重播种测试，其确定测试集由Atalanta提供的ATPG工具来产生。
步骤2：结合附图1和图1(a)，对测试立方进行分块预处理，根据不同的数据类型对数据分块添加不同的标记位。
步骤3：根据附图1，根据标记位的兼容性，将测试立方进行分组排序，并添加更新标记位，由此决定对应标记位是否被加载到扫描链上，减少了测试立方中的确定位数目。
步骤4：根据附图1，针对优化编码后的测试立方，选择合适的本原多项式作为LFSR特征多项式，列出状态转移方程，利用高斯约旦消除法求解出最短LFSR种子向量。
步骤5：结合图1(a)和附图2，通过LFSR特征多项式产生该种子重播种后的测试序列(更新位+标记位+数据位)。经过解码后得到与原始测试立方相兼容的测试模式。解码具体流程如下：假设每条扫描链长度为M，将测试立方被等分成B块。在第一个时钟周期，LFSR生成一位更新标记位，若更新标记位为1，在接下来B个时钟周期，LFSR将为每条扫描链产生标记位。若更新标记位为0，则不产生标记位。在接下来的M个时钟周期内，LFSR为待测电路产生测试数据。在每个M/B个时钟周期内，若对应标记位为1，将LFSR 产生的数据直接加载至扫描链，若对应标记位为0，将LFSR产生的第一位数据重复M/B个周期移入到扫描链。
本发明的效果可以通过以下电路实验和仿真结果进一步说明。
1.实验和仿真
本发明实验在部分ISCAS-89基准电路进行，实验采用的测试集是用 AtalantaATPG工具产生。本发明的仿真实验是在Mentor公司的Modalism上进行。仿真和实验的目的是分析基于测试立方块优化编码算法能否提高测试压缩和降低测试功耗。
本发明的仿真实验的计算机环境：操作***为windows7；软件平台为： Modalism、Python。
2.仿真内容与结果
实验1，本发明在ISCAS-89基准电路做了压缩比和功耗的实验，用得到的实验结果来验证本发明的有效性，如图1(b)。
仿真1，用本发明对截取测试集中部分数据进行仿真实验，得到基于优化编码算法的仿真图，如附图4。

Claims (2)

1.一种面向扫描设计结构的低功耗LFSR重播种测试压缩方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)获取测试集：针对使用10000次伪随机测试模式后仍然不可测试的电路故障，针对难测故障的确定性测试集利用Atalanta提供的ATPG工具产生，实验进行LFSR重播种测试；
(2)测试立方分块处理：将确定性测试集中的测试立方等分成为数据块，数据块类型包括0兼容块、1兼容块、不兼容块和无关块；
(3)测试立方块编码：对不同的数据块类型进行块标记处理；
(4)分组到保持隔离组：提取每个测试立方块的标记位，将标记位相兼容的测试立方进行分组划分；
(5)根据步骤4获得标记位兼容的测试立方组，对其添加更新标记位；当更新标记位为1时，加载标记位，并将测试立方连续加载至扫描链中；当更新标记位为0是，不加载标记位，只将测试立方连续加载至扫描链中；
(6)求解LFSR种子向量：对优化编码处理后的测试立方，依据本原多项式原则，选择合适的LFSR特征多项式，列出状态转移方程，利用高斯约旦消除法求解出最短LFSR种子向量；
(7)产生测试模式：将求得的种子加载到LFSR重播种电路，经过解码电路得到和原始测试集相互兼容的测试模式。
2.如权利要求1所述的面向扫描设计结构的低功耗LFSR重播种测试压缩方法，其特征在于，通过LFSR特征多项式产生该种子重播种后的测试序列，即更新位+标记位+数据位；经过解码后得到与原始测试立方相兼容的测试模式；解码具体流程如下：假设每条扫描链长度为M，将测试立方被等分成B块； 在第一个时钟周期，LFSR生成一位更新标记位，若更新标记位为1，在接下来B个时钟周期，LFSR将为每条扫描链产生标记位；若更新标记位为0，则不产生标记位；在接下来的M个时钟周期内，LFSR为待测电路产生测试数据；在每个M/B个时钟周期内，若对应标记位为1，将LFSR产生的数据直接加载至扫描链，若对应标记位为0，将LFSR产生的第一位数据重复M/B个周期移入到扫描链。
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