Кіріспе

IC жобалау техникалары, сынау мүмкіндіктерін қамтитын
Сынауға арналған жобалау немесе сынауға бағытталған жобалау (DFT) – аппараттық өнімнің жобасына сынауға мүмкіндік беретін мүмкіндіктерді қосатын IC жобалау әдістерінен тұрады. Қосылған мүмкіндіктер жобаланған аппараттарға өндірістік сынақтарды әзірлеу және қолдануды жеңілдетеді. Өндірістік сынақтардың мақсаты – өнімнің жабдықтарында өнімнің дұрыс жұмыс істеуіне кері әсер ететін өндірістік ақаулардың жоқ екенін растау. Сынақтар жабдықтың өндіріс процесінің бірнеше кезеңінде жүргізіледі және кейбір өнімдер үшін клиенттік ортада жабдықты техникалық қызмет көрсету үшін де қолданылуы мүмкін. Сынақтар әдетте автоматты сынақ жабдықтары (ATE) немесе жүйелік техникалық қызмет көрсету жағдайында құрастырылған жүйенің өзінде орындалатын сынақ бағдарламаларымен басқарылады. Ақауларды табу мен көрсетуден басқа (яғни, сынақ сәтсіз аяқталады), сынақтар сәтсіз аяқталу себептері туралы диагностикалық ақпаратты тіркей алады. Диагностикалық ақпарат ақаудың көзін анықтау үшін пайдаланылады. Басқаша айтқанда, жақсы схемадан алынған векторлардың (үлгілердің) жауабы, DUT (сыналатын құрылғыдан) алынған векторлардың жауабымен (бірдей үлгілерді пайдалана отырып) салыстырылады. Егер жауаптар бірдей немесе сәйкес келсе, схема жақсы. Әйтпесе, схема қалыпты жасалмаған. DFT тест бағдарламаларын әзірлеуде және тестті қолдану мен диагностиканың интерфейсі ретінде маңызды рөл атқарады. Автоматты сынақ үлгісін жасау (ATPG) тиісті DFT ережелері мен ұсыныстары енгізілген жағдайда әлдеқайда оңай болады.

Тарих

DFT әдістері электрлік/электрондық деректерді өңдеу жабдықтарының пайда болған алғашқы күндерінен бері қолданылып келеді. 1940-50 жылдарға қатысты алғашқы мысалдар – инженерге аналогтық компьютердегі ішкі түйіндердегі кернеу/токты “сканерлеуге” (яғни, таңдамалы түрде зерттеуге) мүмкіндік беретін коммутаторлар мен құралдар. DFT көбінесе ішкі схема элементтеріне қолжетімділікті жақсартатын жобалау өзгерістерімен байланысты, осылайша жергілікті ішкі күйді басқару (бақылану) және/немесе байқау (көзқарастыру) оңайырақ болады. Жобалау өзгерістері қатаң физикалық сипатта болуы мүмкін (мысалы, тізбекке физикалық зондтық нүктені қосу) және/немесе бақылану/көзқарастыруды жеңілдету үшін белсенді схема элементтерін қосу (мысалы, тізбекке мультиплексорді енгізу). Ішкі схема элементтерінің бақылану және көзқарастыру мүмкіндіктерін жақсарту сынақ үшін маңызды болғанымен, DFT-нің жалғыз түрі емес. Басқа нұсқаулар, мысалы, сыналып жатқан өнім мен сынақ жабдығы арасындағы интерфейстің электромеханикалық қасиеттеріне қатысты. Мысалдарға зондтық нүктелердің мөлшері, пішіні және арақашықтығы туралы нұсқаулар, немесе зондталған тізбектерге қосылған драйверлерге кері айдаудан зақымдану қаупін азайту үшін жоғары кедеріс күйін қосу туралы ұсыныс жатады. Өткен жылдар ішінде өнеркәсіп қажетті және/немесе міндетті DFT схемалық өзгерістері үшін түрлі деңгейде егжей-тегжейлі және формалды нұсқауларды әзірледі және қолданды. Қазіргі заманғы микроэлектроникадағы Электрондық Жобалауды Автоматтандыру (EDA) контекстіндегі DFT-нің жалпы түсінігі, көбінесе коммерциялық DFT бағдарламалық құралдарының мүмкіндіктерімен, сондай-ақ DFT инженерлерінің кәсіби қауымдастығының осындай құралдарды зерттеу, әзірлеу және пайдалану тәжірибесімен қалыптасады. ДФТ білімінің көп бөлігі цифрлық схемаларға бағытталған, ал аналогтық/аралас сигнал схемалары үшін DFT кейбір жағдайларда екінші орында қалады.

Микроэлектроника өнімдеріне арналған DFT мақсаттары

DFT тестті әзірлеу, тестті қолдану және диагностикаға қолданылатын әдістерге әсер етеді және оларға тәуелді. Бүгінгі таңдағы өнеркәсіпте қолданылатын, кем дегенде, цифрлық тізбектер үшін DFT құралдарының көпшілігі құрылымдық тест парадигмасына негізделген. Құрылымдық тест тізбектің жалпы функционалдығы дұрыс па екенін анықтауға тікелей тырыспайды. Оның орнына, тізбектің құрылымдық желілік тізімде көрсетілгендей, төменгі деңгейдегі құрылыс блоктарынан дұрыс құрастырылғанын тексеруге ұмтылады. Мысалы, барлық логикалық қақпалар көрсетілгендей бар ма, дұрыс жұмыс істей ме және дұрыс қосылған ба? Егер желілік тізім дұрыс болса және құрылымдық тест тізбек элементтерінің дұрыс құрастырылғанын растаса, онда тізбек дұрыс жұмыс істеуі керек. Бұл, сынақтан өткізіліп жатқан тізбектің функционалдық сипаттамаларына сәйкес жұмыс істейтінін растауға тырысатын функционалдық тесттен өте ерекше. Бұл, желілік тізімде көрсетілген тізбек дұрыс жасалған деп есептегенде, функционалдық сипаттамаларға сай келетінін анықтаудың функционалдық тексеру мәселесімен тығыз байланысты. Құрылымдық парадигманың бір артықшылығы – тест жасау, экспоненциалды түрде өсіп келе жатқан функционалдық күйлер мен күйлердің өзгеруімен айналысудың орнына, салыстырмалы түрде қарапайым тізбек элементтерін тексеруге назар аударуы мүмкін. Бір логикалық қақпаны бір мезгілде тексеру оңай көрінуі мүмкін, бірақ жеңіп шығу керек кедергі бар. Бүгінгі күрделі жобалар үшін көптеген қақпалар терең орналасқан, ал тест жабдықтары тек негізгі кіріс/шығыстарға (I/O) және/немесе кейбір физикалық тесттік нүктелерге қосылған. Сондықтан, кіріктірілген қақпаларды аралық логикалық қабаттар арқылы басқару керек. Егер аралық логикада жад элементтері болса, онда экспоненциалды түрде өсіп келе жатқан жад кеңістігі және күйлердің өзгеру тізбегі тест жасау үшін шешілмейтін мәселе тудырады. Тест жасауды жеңілдету үшін DFT, тізбектің ішкі элементтерінде не болып жатқанын бақылауға және/немесе көруге тырысқанда күрделі күйлердің өзгеру тізбектерінің қажеттілігін жою арқылы қолжетімділік мәселесін шешеді. Тізбек жобалау/іске асыру кезінде таңдалған DFT нұсқаларына байланысты, күрделі логикалық тізбектерге арналған құрылымдық тесттерді жасау толық автоматтандырылған немесе өзін-өзі автоматтандырылған болуы мүмкін. Сондықтан DFT әдістемелерінің маңызды мақсаты – дизайнерлерге DFT мөлшері мен түрі мен тест жасау міндетінің құны/пайдасы (уақыт, күш-жігер, сапа) арасында таңдау жасауға мүмкіндік беру болып табылады. Тағы бір артықшылығы – болашақта қандай да бір мәселе туындаған жағдайда тізбекті диагностикалау. Бұл, құрылғыны пайдалану кезінде қандай да бір ақаулық туындаған жағдайда оны тексеруге мүмкіндік беру үшін дизайнына қосымша мүмкіндіктер немесе ережелер енгізуге ұқсас.

Алға қарай

Өнеркәсіп алдындағы бір қиындық – чип технологиясының қарқынды дамуымен бірге қадам сақтау (I/O саны/өлшемі/орналасуы/арақашықтығы, I/O жылдамдығы, ішкі тізбектер саны/жылдамдығы/қуаты, жылуды басқару және т.б.), сонымен бірге сынақ жабдықтарын үнемі жаңарту қажеттілігінен аулақтау. Осы себепті, қазіргі DFT (Дизайн үшін сынақ) әдістері келесі буын чиптері мен жиналымдарын қолданыстағы сынақ жабдықтарында сынауға мүмкіндік беруі керек, немесе жаңа сынақ жабдықтарына қойылатын талаптарды/құнын азайтуы тиіс. Осының нәтижесінде, DFT әдістері үздіксіз жаңартылып отырады, мысалы, деректерді қысу арқылы, сынақтан өтетін өнімдердің бағалық шегінде сынақ уақытын ұстап тұру қамтамасыз етіледі.

Диагностика

Әсіресе жоғары деңгейдегі жартылай өткізгіш технологиялар үшін, әрбір өндірілген пластинкадағы кейбір микросхемаларда оларды жұмыс істемейтін кемшіліктер болуы мүмкін. Сынаудың басты мақсаты – функционалды емес микросхемаларды толыққанды жұмыс істейтін микросхемалардан табу және бөліп алу, яғни сынақ кезінде функционалды емес микросхемадан алынған бір немесе бірнеше жауап күтілген жауаптан өзгеше болуы керек. Сондықтан, сынақтан өтпейтін микросхемалардың пайызы сол микросхема түрі үшін күтілетін функционалдық өнімділікке тікелей байланысты болуы тиіс. Бірақ, шындығында, сынақ алаңына алғаш рет келген жаңа микросхемалардың барлығы сәтсіз болуы жиі кездеседі (мұндай жағдайды «нөлдік өнімділік» деп атайды). Мұндай жағдайда микросхемалар нөлдік өнімділіктің себебін анықтауға бағытталған жөндеу процесінен өтуі керек. Басқа жағдайларда сынақтан өтпейтін микросхемалардың үлесі (сынақ сәтсіздігінің пайызы) күтілген немесе қабылданатын деңгейден жоғары болуы немесе күрт өзгеруі мүмкін. Бұл жағдайда да микросхемалар сынақ сәтсіздігінің себебін анықтау үшін талдау процесінен өтуі керек. Екі жағдайда да, сынақ кезінде микросхемалардың істен шығуының себебіне қатысты маңызды ақпарат жасырылуы мүмкін. Жақсы талдау жүргізу үшін, қарапайым «сәтті/сәтсіз» нәтижесінен өзге қосымша ақау туралы ақпарат ақау журналына жиналады. Ақау журналында әдетте сынақ қашан (мысалы, сынау циклі), қайда (мысалы, қандай сынау каналы) және қалай (мысалы, логикалық мән) сәтсіз аяқталғаны туралы ақпарат болады. Диагностика ақау журналынан микросхеманың ішіндегі логикалық/физикалық орналасудың қай жерінен мәселе басталуы мүмкін екенін анықтауға тырысады. Диагностика процесі арқылы көптеген сәтсіз жағдайларды жүргізу арқылы, «көлемдік диагностика» деп аталатын әдіспен жүйелі сәтсіз жағдайларды анықтауға болады. Кейбір жағдайларда (мысалы, баспалы тізбек тақталары, көп чипті модульдер (КЧМ), енгізілген немесе жеке жадтар) сынақтан өткен ақаулы тізбекті жөндеу мүмкін. Осы мақсатта диагностика ақаулық бірлікті жылдам анықтап, ақаулық бірлікті жөндеу/алмастыру үшін тапсырыс жасауы керек. DFT (Сынауға бағытталған жобалау) әдістері диагностикаға түрлі деңгейде қолайлы болуы мүмкін. DFT-ның осыған байланысты мақсаттары – қателік деректерін жинау мен диагностикалауды, сондай-ақ интеллектуалды қателік талдау (ҚТА) үлгілерін таңдауға мүмкіндік беретін деңгейде жеңілдету/оңайлату, диагностика мен ҚТА-ның құнын, дәлдігін, жылдамдығын және өнімділігін арттыру.

Сканерлеудің құрылымы

Сынақ деректерін сыналатын ішкі схемаларға (қысқаша CUT) жеткізудің ең көп қолданылатын әдісі сканерлеу дизайны деп аталады. Сканерлеу дизайнындағы регистрлер (флип-флоптар немесе құлыптар) бір немесе бірнеше сканерлік тізбектерге қосылады, олар чиптің ішкі түйіндеріне қол жеткізу үшін пайдаланылады. Сынақ үлгілері сканерлік тізбек(тер) арқылы жіберіледі, функционалдық сағат сигналдары "қолдану циклында(ларында)" схеманы сынау үшін импульс түрінде беріледі, содан кейін нәтижелер чиптің шығыс тіректеріне жіберіліп, күтілетін "жақсы машина" нәтижелерімен салыстырылады. Сканерлеу техникаларын тікелей қолдану ұзақ тестілеу уақытын және үлкен жад көлемін қажет ететін үлкен векторлар жиынтығына әкелуі мүмкін. Сынақтық сығыстыру техникалары бұл мәселені чиптегі сканерлік кірісті ықшамдау және сынақ шығысын сығу арқылы шешеді. Кез келген нақты сынақ векторы көбінесе сканерлік тізбектегі биттердің шағын бөлігін ғана орнатуы және/немесе тексеруі қажет болғандықтан, үлкен пайда алуға болады. Сканерлеу дизайнының нәтижесі Serial Vector Format (SVF) сияқты форматтарда ұсынылуы мүмкін, оны сынақ жабдығы орындайды.

DFT мүмкіндіктерін қолдану арқылы жөндеу

"Жұмыс істейді/жұмыс істемейді" сынағын жасау үшін пайдалы болумен қатар, сканерлік тізбектер чиптердің дизайнын "түзету" үшін де қолданылуы мүмкін. Бұл жағдайда чип қалыпты "функционалдық режимде" жұмыс істейді (мысалы, компьютер немесе ұялы телефон чипі ассемблерлік тілдегі командаларды орындай алады). Кез келген уақытта чип сағатын тоқтатуға болады және чип "тесттік режимге" қайта конфигурацияланады. Осы кезде толық ішкі күйді сканерлік тізбектерді пайдалану арқылы кез келген қажетті мәндерге орнатуға болады. Сканның түзетуге көмектесетін тағы бір мүмкіндігі – барлық жад элементтеріне бастапқы күйді сканерлеу, содан кейін жүйелік түзетуді орындау үшін функционалдық режимге оралу болып табылады. Бұл артықшылық жүйені көптеген сағат циклдарынан өткізбей белгілі бір күйге келтіруге мүмкіндік береді. Сканерлік тізбектерді қолдану, сағатты басқару тізбектерімен бірге, логикалық дизайнның "Түзетуге арналған дизайн" немесе "Түзетуге қабілетті дизайн" деп аталатын туыстас саласы болып табылады.