低功耗制造测试技术

米缺陷出现时，大规模SoC需要依赖先进的实速ATPG技术维持高测试质量，而这一趋势正驱使人们在DFT流程中使用可感测功率的测试技术。

功率预算的表示

触发器开关活动与节点开关活动高度相关，其动态功耗反映了节点开关活动。因此可认为避免测试引起的功率相关故障的一种有效方法是在扫描测试期间充分地减少触发器开关活动，对制造器件的IR-drop行为进行详细案例研究有利于这种观测。因此功率降低技术的目标是充分减少触发器的开关活动，以便良好的器件能在角落条件下通过所有扫描ATPG测试。注意，我们无需最小化开关活动，只需将它减至与应用任务模式向量时观察到的开关速率相当的水平。

为了便于描述，假设将大量任务模式向量应用于一个设计，并发现峰值触发器开关活动量为触发器总数的26%。如果我们产生扫描ATPG向量，并跟踪对应于特定开关速率的向量数字，我们可能会观察到与图1中灰色分布相似的情况。由于峰值和平均开关速率超过26%，因此相对正常器件工作而言扫描测试会增加IR-drop延迟。

然而，如果我们采用相关技术降低测试期间的功耗，我们就能有效地将这种分布向左移。在图1中重叠的蓝色低功率分布区，扫描ATPG向量的峰值开关活动没有超过功率预算，因此降低了制造测试中功率问题产生的风险。

后文将介绍两种可以获得低功率向量分布的方法，它们在功率预算规定的方式上有根本的区别。

通过设计分割反映功率预算

假设设计的某个时钟驱动了大量触发器，以至它们的峰值开关动作超过设计的总体功率预算。我们不希望测试逻辑去改变任何时钟，相反我们将设计分割成N个模块，各模块具有自己的扫描启动引脚，并且包含自己的扫描压缩逻辑和扫描链。(如图2所示)模块的数量和组成需要仔细选取，以便任何单个模块(包括具有大部分触发器的模块)的触发器开关速率不超过总功率预算。从这方面讲，可以认为分割将功率预算硬连(hardwire)进了设计。

图2：将设计分割成N个模块以指定功率预算。

向量产生是受限的，因而只有一个扫描启动脚被激活(SE=1)，而ATPG一次只处理一个模块。ATPG工具以捕获启动(SE=0)模块中的故障和模块间的故障为目标，将所有其它模块中的故障都指定为“ATPG不可测试”。所有模块依次重复这一过程，并在为模块产生向量之前使用单个命令将模块中的故障状态从“ATPG不可测试”改变为“检测不到”。

将所有开关动作限制于用来测 试的模块，可以有效地降低捕获模式期间的峰值功耗。但要注意的是，在捕获模式期间消除其它模块开关动作的唯一方法是确保上个周期的扫描移位模式和下个周期之间的逻辑状态没有变化(对应于被测模块中捕获模式的发送阶段)。这可以通过将全1或全0扫描进被测模块实现。遗憾的是，该方法会导致故障覆盖率的损失，同时需要更复杂的故障清单处理以及产生结束向量进行补偿。即使一次只测试一个模块，我们也希望将向量同时装载进所有模块以锁定模块间故障。

解决这个两难问题的方案是利用新思公司的TetraMAX ATPG工具提供的“低功率填充”功能。TetraMAX通常需要用扫描向量中不到10%的位建立并传播故障效应，因此其不再随机填充剩余位，而是将每个关注位的值复制到扫描链中的后续位，直到下一个具有相反值的关注位。(如图3所示)

关注位值的复制可以将激励向量中的逻辑状态变化减少90%以上。而在不在测试的模块中，减少程度接近99%(只需要少量关注位即可锁定模块间故障)，因此足以确保输入向量的上次移位及后面的发送周期之间几乎没有逻辑状态的转换。

图3：TetraMAX ATPG工具的“低功率填充”。

低功率填充向量可以检测额外故障，但比标准ATPG向量要少，因为每个低功率填充激励中的伪随机位都被移除了。因此，低功率填充ATPG一般要比标准ATPG产生更多的向量才能获得相同的故障覆盖率。尽管如此，本节所描述的技术在压缩方面非常灵活，如图4所示：当应用更多的压缩时，测试周期数只比基本案例(所有扫描启动没有被激活，没有低功率填充)稍多一些。该图也显示了在捕获模式期间由完整向量集与压缩率之间关系所得到的峰值开关动作。而峰值开关动作的减少几乎与压缩率无关。

图4：测试周期数和峰值开关动作与压缩率之间的关系。

低功率填充ATPG还能降低扫描移位期间的平均功率，从而节省花在测试仪上的时间乃至成本。一般来说，复制关注位值可以减少激励向量中90%以上的逻辑状态转换，以及减少响应向量中10-50%的逻辑状态转换。由于激励和响应是同时被扫描的，因此触发器开关动作的净平均减少量约为50%。本文介绍的技术可以减少更高的量，因为模块中只有极