扩展扫描树结构优化中的一种低费用方法
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密 惠 保
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密 惠 保
资料介绍：
摘要
随着超大规模集成技术的迅猛发展，集成电路的测试日益成为一个挑战。测试生成的时间复杂性非常高。全扫描设计是最重要的可测试性设计方法之一，在这个方法中，全部触发器都具有全可控性和全可观察性。在测试模式下，所有触发器在功能上形成一个或多个扫描链，各个扫描链通过扫描移位，所有触发器都可被设置成任意期望的逻辑值。尽管全扫描测试可以彻底地降低测试生成的复杂性，但测试应用时间太长，测试功耗过高，因此测试费用非常高，降低测试费用是数字电路测试中当务之急要解决的问题之一。
扫描树技术被提出用来减少测试应用时间。在这些技术中，扫描单元被构造成一个树型结构。对比单扫描链型结构，电路中最长的扫描链的长度降低了，从而降低了测试数据量和测试应用时间。在扫描操作中，经过根扫描单元测试数据被扫描进入扫描树的每一个节点。扫描单元在扫描树的同一级上有相同的测试数据。因此，为了保持故障覆盖不变，同一级上的所有扫描单元对所有的测试向量相容。我们先前提出了一种扩展相容性扫描树结构，这种技术通过添加逻辑非和异或函数扩展了扫描单元的相容性，并对相容的扫描单元移入相同的测试向量值，大大降低了测试应用时间和平均测试功耗。但这种技术的测试硬件开销高，并且扫描输出个数多，给测试响应数据压缩带来了困难。
本文提出了一种基于哑元的扩展相容性扫描树构造方法。此方法有效地降低了电路的扫描输出个数。从而降低了测试响应数据量，节省了许多数据压缩的硬件，并为测试效率的提高带来了潜在的好处。实验结果展示了我们的方法在保持改进的扩展相容性方法的优点的同时，扫描输出的个数比原始的扩展相容性方法有显著的降低，对于ISCAS’89的部分电路，扫描输出的个数最大降低了48.3%。
关键字：可测性设计，全扫描测试，扫描树，低功耗测试
研究目标及其内容
1.2.1研究目标
随着超大规模集成（VLSI）技术的迅猛发展，集成电路的测试日益成为一个挑战。全扫描设计是最重要的可测试性设计（DFT）方法之一，其主要思想是通过在触发器之间添加逻辑，并对电路添加测试模式，使全部触发器都具有全可控性和全可观察性。在测试模式下，所有触发器在功能上形成一个或多个扫描链，各个扫描链通过扫描移位，所有触发器都可被设置成任意期望的逻辑值。尽管全扫描测试可以彻底地降低测试生成的复杂性，但测试应用时间太长，测试功耗过高，因此测试费用非常高，降低测试费用是数字电路测试中当务之急要解决的问题之一。
扩展相容性扫描树技术能同时降低集成电路的测试应用时间和测试功耗，但是其构造的扫描树的扫描输出过多，测试硬件开销很高。研究发现，通过调整生成的扫描树的异或相容的叶子节点，可以极大地降低测试硬件开销和扫描输出个数。本课题对扩展相容性扫描树结构进行调整，使其能够进一步的降低测试功耗，同时方便于测试响应压缩。并提出一种低费用方法，测试硬件开销和扫描输出个数降低50%左右，使此方法更易用于生产实践。 think58.com
1.2.2研究内容
扫描树技术被提出用来减少测试应用时间和测试功率。在这些技术中，扫描单元被构造成一个树型结构。对比单扫描链型结构，电路中最长的扫描链的长度降低了，从而降低了测试数据量和测试应用时间。在扫描操作中，经过根扫描单元测试数据被扫描进扫描树的每一个节点（对应于一个扫描单元）。扫描单元在扫描树的同一级上有相同的测试数据。因此，为了保持故障覆盖不变，同一级上的所有扫描单元对所有的测试向量相容。
构造一棵扫描树并且通过修改测试向量来最小化它的高度。将技术推广到多扫描链的情况。采用了交叠模式，增强了并行性，用扫描树结构得到更好的解。通过单扫描链模式和扫描树模式和动态重构来，测试应用时间和测试数据量被大量地减少。
提出一种扫描树结构。在这个结构中，扫描单元的相容性的概念被推广了。与以前的扫描树方法相比较，这种方法的测试应用时间更短、测试功耗更低。但是只是针对只有一个扫描输入的电路，然而，在实际应用中，被测电路往往有多个扫描输入。因此，需要提出一种新的针对多个扫描输入电路的扫描树结构。
构造扫描树
定义1：对于测试集T,扫描单元ffi和ffj是相容的，对T中的任意测试立方Cm, vi,m = vj,m, vi,m = X 或者 vj,m = X，vi,m是测试单元ffi关于测试立方Cm的值。 内容来自think58
(a).一个扫描单元的例子
图2.1.(a)说明了一个包含9个测试单元的单扫描链和一个测试集的例子。由于X可以为0或者1，3个测试单元ff3, ff4 和 ff6具有相同的测试级别，并且另外两个单元ff1和ff9也具有相同的测试级别。其它的单元ff2, ff5, ff7, ff8和别的测试单元不一致。根据它们的关系将他们分组。测试单元分组之后，一些不符合扫描单元的位将被单独列出。这种扫描树体系结构在上图中展示出来。图2.1. (b).在ff1中的X被认为是0因为和它相应的单元ff9中对应的值是0。最长的扫描链的长度由9减少到6。测试应用时间和测试数据量减少了1/3。扫描输出的数目是3。我们可以用一种嵌入式的MIST寄存器来分析测试响应。
减少扫描输出个数
高数目的扫描输出可能造成分析扫描单元测试响应的硬件开销增大。为了在保证故障覆盖率的前提下减少扫描输出，我们通过下面的3条规则来精简扫描输出。在接下来的规定中为了简单明了的解释他们我们用如下扫描单元的例子。
规则 1：如果一个扫描单元ffi 和扫描单元ffj 异或或非异或于第一层中的扫描单元ffk ，并在前一层存在一个扫描输出Ol，这个扫描输出会联接一个异或门的扫描输入来减少扫描输出。这是因为在扫描操作中，扫描路径中从扫描输入到扫描输出Ol的扫描单元的测试响应不能模拟。
例如, 在图3.1中, ff8 就是一个这样的扫描单元。第二层上有一扫描输出。我们利用这一行对ff8来产生测试数据。结果在 图3.2中体现。
规则 2：如果扫描单元ffi1, ffi2分别与扫描单元ffj1, ffj2异或或非异或相容于扫描单元ffk1, ffk2，而ffk1, ffj1 分别是ffk2, ffj2的直接前驱，扫描单元ffi2是ffi1的直接后继。原因如下：当执行扫描操作，ffj2, ffk2的测试数据从ffj1, ffk1里产生。最近一时钟周期之前，ffj1, ffk1存储ffj2, ffk2的测试数据。因为ffi1 = ffj1 ffk1 ffi1存储ffj2 ffk2的测试数据。因此，在扫描树中ffi2成为ffi1的下一个扫描单元。
随着超大规模集成技术的迅猛发展，集成电路的测试日益成为一个挑战。测试生成的时间复杂性非常高。全扫描设计是最重要的可测试性设计方法之一，在这个方法中，全部触发器都具有全可控性和全可观察性。在测试模式下，所有触发器在功能上形成一个或多个扫描链，各个扫描链通过扫描移位，所有触发器都可被设置成任意期望的逻辑值。尽管全扫描测试可以彻底地降低测试生成的复杂性，但测试应用时间太长，测试功耗过高，因此测试费用非常高，降低测试费用是数字电路测试中当务之急要解决的问题之一。
扫描树技术被提出用来减少测试应用时间。在这些技术中，扫描单元被构造成一个树型结构。对比单扫描链型结构，电路中最长的扫描链的长度降低了，从而降低了测试数据量和测试应用时间。在扫描操作中，经过根扫描单元测试数据被扫描进入扫描树的每一个节点。扫描单元在扫描树的同一级上有相同的测试数据。因此，为了保持故障覆盖不变，同一级上的所有扫描单元对所有的测试向量相容。我们先前提出了一种扩展相容性扫描树结构，这种技术通过添加逻辑非和异或函数扩展了扫描单元的相容性，并对相容的扫描单元移入相同的测试向量值，大大降低了测试应用时间和平均测试功耗。但这种技术的测试硬件开销高，并且扫描输出个数多，给测试响应数据压缩带来了困难。
[资料来源：http://think58.com]
本文提出了一种基于哑元的扩展相容性扫描树构造方法。此方法有效地降低了电路的扫描输出个数。从而降低了测试响应数据量，节省了许多数据压缩的硬件，并为测试效率的提高带来了潜在的好处。实验结果展示了我们的方法在保持改进的扩展相容性方法的优点的同时，扫描输出的个数比原始的扩展相容性方法有显著的降低，对于ISCAS’89的部分电路，扫描输出的个数最大降低了48.3%。
关键字：可测性设计，全扫描测试，扫描树，低功耗测试
研究目标及其内容
1.2.1研究目标
随着超大规模集成（VLSI）技术的迅猛发展，集成电路的测试日益成为一个挑战。全扫描设计是最重要的可测试性设计（DFT）方法之一，其主要思想是通过在触发器之间添加逻辑，并对电路添加测试模式，使全部触发器都具有全可控性和全可观察性。在测试模式下，所有触发器在功能上形成一个或多个扫描链，各个扫描链通过扫描移位，所有触发器都可被设置成任意期望的逻辑值。尽管全扫描测试可以彻底地降低测试生成的复杂性，但测试应用时间太长，测试功耗过高，因此测试费用非常高，降低测试费用是数字电路测试中当务之急要解决的问题之一。
扩展相容性扫描树技术能同时降低集成电路的测试应用时间和测试功耗，但是其构造的扫描树的扫描输出过多，测试硬件开销很高。研究发现，通过调整生成的扫描树的异或相容的叶子节点，可以极大地降低测试硬件开销和扫描输出个数。本课题对扩展相容性扫描树结构进行调整，使其能够进一步的降低测试功耗，同时方便于测试响应压缩。并提出一种低费用方法，测试硬件开销和扫描输出个数降低50%左右，使此方法更易用于生产实践。 think58.com
[资料来源：http://THINK58.com]
1.2.2研究内容
扫描树技术被提出用来减少测试应用时间和测试功率。在这些技术中，扫描单元被构造成一个树型结构。对比单扫描链型结构，电路中最长的扫描链的长度降低了，从而降低了测试数据量和测试应用时间。在扫描操作中，经过根扫描单元测试数据被扫描进扫描树的每一个节点（对应于一个扫描单元）。扫描单元在扫描树的同一级上有相同的测试数据。因此，为了保持故障覆盖不变，同一级上的所有扫描单元对所有的测试向量相容。
构造一棵扫描树并且通过修改测试向量来最小化它的高度。将技术推广到多扫描链的情况。采用了交叠模式，增强了并行性，用扫描树结构得到更好的解。通过单扫描链模式和扫描树模式和动态重构来，测试应用时间和测试数据量被大量地减少。
提出一种扫描树结构。在这个结构中，扫描单元的相容性的概念被推广了。与以前的扫描树方法相比较，这种方法的测试应用时间更短、测试功耗更低。但是只是针对只有一个扫描输入的电路，然而，在实际应用中，被测电路往往有多个扫描输入。因此，需要提出一种新的针对多个扫描输入电路的扫描树结构。
构造扫描树
定义1：对于测试集T,扫描单元ffi和ffj是相容的，对T中的任意测试立方Cm, vi,m = vj,m, vi,m = X 或者 vj,m = X，vi,m是测试单元ffi关于测试立方Cm的值。 内容来自think58
[资料来源：http://www.THINK58.com]
(a).一个扫描单元的例子
图2.1.(a)说明了一个包含9个测试单元的单扫描链和一个测试集的例子。由于X可以为0或者1，3个测试单元ff3, ff4 和 ff6具有相同的测试级别，并且另外两个单元ff1和ff9也具有相同的测试级别。其它的单元ff2, ff5, ff7, ff8和别的测试单元不一致。根据它们的关系将他们分组。测试单元分组之后，一些不符合扫描单元的位将被单独列出。这种扫描树体系结构在上图中展示出来。图2.1. (b).在ff1中的X被认为是0因为和它相应的单元ff9中对应的值是0。最长的扫描链的长度由9减少到6。测试应用时间和测试数据量减少了1/3。扫描输出的数目是3。我们可以用一种嵌入式的MIST寄存器来分析测试响应。
减少扫描输出个数
高数目的扫描输出可能造成分析扫描单元测试响应的硬件开销增大。为了在保证故障覆盖率的前提下减少扫描输出，我们通过下面的3条规则来精简扫描输出。在接下来的规定中为了简单明了的解释他们我们用如下扫描单元的例子。
规则 1：如果一个扫描单元ffi 和扫描单元ffj 异或或非异或于第一层中的扫描单元ffk ，并在前一层存在一个扫描输出Ol，这个扫描输出会联接一个异或门的扫描输入来减少扫描输出。这是因为在扫描操作中，扫描路径中从扫描输入到扫描输出Ol的扫描单元的测试响应不能模拟。
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例如, 在图3.1中, ff8 就是一个这样的扫描单元。第二层上有一扫描输出。我们利用这一行对ff8来产生测试数据。结果在 图3.2中体现。
规则 2：如果扫描单元ffi1, ffi2分别与扫描单元ffj1, ffj2异或或非异或相容于扫描单元ffk1, ffk2，而ffk1, ffj1 分别是ffk2, ffj2的直接前驱，扫描单元ffi2是ffi1的直接后继。原因如下：当执行扫描操作，ffj2, ffk2的测试数据从ffj1, ffk1里产生。最近一时钟周期之前，ffj1, ffk1存储ffj2, ffk2的测试数据。因为ffi1 = ffj1 ffk1 ffi1存储ffj2 ffk2的测试数据。因此，在扫描树中ffi2成为ffi1的下一个扫描单元。