大规模集成电路的功能测试研究

【摘 要】 本文介绍了大规模集成电路功能测试的基本原理，并对集成电路功能测试的几个主要方法进行了概述，通过对比每种测试方法的优缺点，进而得出模拟故障法为适合我国大规模集成电路功能测试的最佳方法。该方法主要是解决了随着大规模集成电路的发展，单个电路本身的输入、输出管脚数量不断增加而带来的测试矢量呈现指数增长的问题，从测试时间和测试成本上考虑，使用传统的穷举法已经不可能符合大规模集成电路的测试要求。与传统的穷举法相比，它可以在不降低测试结果的准确性和可靠性的同时，使编制程序所需要的测试矢量控制在可以接受的水平上。最后，本文介绍了模拟故障法的主要思路和测试顺序。

【关键词】 大规模集成电路 功能测试 模拟故障法

1 大规模集成电路功能测试基本原理及其研究的必要性

在集成电路的设计、制造和应用阶段，不可避免的会出现故障，为了保证集成电路工作的可靠性，必须对它进行必要的测试。集成电路的测试一般分为三个部分：静态测试、动态测试和功能测试。一般来说，每种集成电路的静态测试和动态测试的方法和原理都是一致的，因此，静态和动态指标的测试是较为容易的，但由于大规模集成电路的多样性和复杂性，其功能测试一直成为电路测试领域中较为头疼的问题。

一般传统的集成电路功能测试是：在集成电路的原始输入端施加若干输入矢量作为激励信号，观察由此产生的输出响应，与预期的正确结果相比较，一致则表示集成电路正常，不一致则表示集成电路不正常。集成电路的功能测试问题的关键是在于对集成电路的原始输入端施加什么样的输入矢量然后通过比较输出响应来判断集成电路是否正常。但是随着集成电路的规模扩大，测试生成变的越来越困难。大型集成电路的测试和故障诊断对于计算机运算速度的要求越来越高，所需的计算机的内存容量也越来越大，使得传统的测试方法失去了实用的价值，寻找简单的、有效的测试方法就成为测试领域中的一个非常重要的研究课题。

2 大规模集成电路功能测试方法的选择

大规模集成电路的功能测试是一项非常复杂的工作，现在对集成电路在国内和国际有各种测试方法，大概分为以下三类：

（1）穷举法测试：优点是故障覆盖率达到100%，缺点是大规模集成电路测试时间过长，对于大规模、超大规模集成电路的测试不适用。

（2）自建内测法：即在设计大规模、超大规模集成电路时，即考虑到以后集成电路的测试问题，有意识的在芯片内部设计了一个专用的测试回路，当需要对电路进行测试时，只需要向芯片发出一段特殊的代码或测试向量，芯片内部自动进行测试，测试完成后，芯片返回测试结果。这种方法的优点是：测试速度快，时间短，故障覆盖率高，是现在国内外流行的测试方法。但是，缺点是：如果不是芯片的生产厂家，基本上不可能知道那段特殊的代码或测试向量，不能使用这种测试方法。

（3）模拟故障法：即为本文推荐的方法，优点：测试时间短，代码长度短，故障覆盖率高，并可以通过概率论的方法计算出确定的故障覆盖率，无须生产厂家的协助，可独立开发测试程序，比较适合中国现在大规模集成电路依赖进口的现状。缺点：未发生过的故障或不知道的故障模式无法模拟，且需要测试程序的编制人员对集成电路结构和使用方法有一定的了解。

在目前我国大规模，超大规模集成电路基本依赖进口，而且由于知识产权的原因，我们不可能得到国外生产厂家关于集成电路内部结构的设计方面的具体信息和测试源代码，既然我们由于测试时间原因不能通过穷举法编制测试程序，那么模拟故障法就是成为目前可以接受的一种测试方法，值得我们在实际工作中大量使用。

3 模拟故障法的主要思路

运用模拟故障法时，在测试一个集成电路之前，首先需要确定两个问题：

（1）集成电路故障模式的发生位置。

（2）集成电路故障模式出现时所需要的输入条件。

无论多么复杂的集成电路，都可以分解为由不同的模块和不同的模块间的连接线所构成，所以集成电路失效无非由三种故障所引起：

（1）模块间连接线故障；

（2）内部模块故障；

（3）前后执行语句可能产生的相互影响（主要对于CPU、DSP等类器件而言）。

所以集成电路故障模式的发生位置主要在三个位置：连接线、模块、具体前后软件语句执行过程中。

在确定故障模式发生的位置之后，就应该确定这三种故障模式出现时所需要的输入条件。比如通过多年经验，我们知道大规模集成电路的模块间的连接线故障多是由于物理破坏（蚀刻过度、绝缘层破坏、金属线断裂等）而造成线路之间的搭桥或短路引起的，其故障模式导致的故障主要表现的形式为：连接线路表现为常“0”或常“1”，或者在两个连接线之间短路时，表现为分别在两个连接线之间，无论输入如何变化，两个连接线输出电平一致，同为“0”或“1”。因此，集成电路内部模块连接线故障模式出现时所需要的输入条件为：单个连接线路从“0”变为“1”或“1”变为“0”时，或者两个连接线分别输入“1”和“0”时。用同样的方法，我们可以确定集成电路内部模块的故障模式出现时所需要的输入条件和集成电路前后执行语句相互影响故障模式出现时的输入条件。

根据我们实际使用经验发现：绝大多数大规模集成电路的失效是由于芯片与外部管脚的连接或芯片内部各模块连接出现问题造成的。测试程序一旦测试到某个集成电路有故障，该个集成电路的测试应立即停止，系统显示该个集成电路失效，同时开始下个集成电路的测试。所以在考虑到测试时间和成本的情况下，应当首先测试模块间的连接故障，其次才是各个模块的测试，最后才是集成电路前后执行语句可能产生的相互影响故障模式的测试。

参考文献：

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