一种扫描链故障诊断方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种扫描链故障诊断方法及系统。该方法包括：将待测芯片的扫描链中的扫描单元组成候选扫描单元集合，并在集合中选定待测候选对；根据故障类型，为所述待测候选对建立相应的固定型故障诊断装置；利用该装置为所述待测候选对生成诊断向量，并存储于诊断向量集合，用于对待测芯片进行扫描链故障诊断；还包括步骤：将诊断向量集合中所有的诊断向量逐一加载至待测芯片得到故障响应，并依据故障响应，对待测芯片进行扫描链故障诊断。该方法能够在没有任何面积和布线开销的情况下对故障扫描链进行诊断，且不改变传统的扫描链诊断流程，从而降低逻辑诊断成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路可诊断性设计领域，属于一种逻辑集成电路的固定型 故障定位方法，特别是涉及一种扫描链故障诊断方法及系统。
技术介绍
近年来集成电路的设计广泛采用深亚微米和超深亚微米工艺以提升性能。 同时，随着工艺尺度的縮小，芯片的缺陷密度逐渐增加，每代工艺中的量产学 习过程也变得更加复杂。因此，在电路设计过程中广泛采用扫描设计技术以提升电路的可测性(Design-For-Testability， DFT)和可诊断性，从而提升芯片质量 以及芯片生产的优良率。扫描设计技术是一种广泛采用的结构化可测试性设计(DFT)技术。该技 术中基于扫描的逻辑诊断己经成为量产加速阶段(yieldramp-up)不可缺少的 手段，通过逻辑诊断可以帮助失效分析设备快速寻找到引起失效的缺陷位置， 从而加速失效分析过程。通过扫描设计技术，在电路中插入一种称为扫描链的移位寄存器结构，通 过扫描链可以非常方便地实现测试数据的有效传递以及内部状态的有效导出。在电路中实现的扫描又分为"全扫描"和"部分扫描"两种。全扫描是将电路 中所有的时序单元都置换为扫描单元，并且接入一个或者多个扫描链中，这样 可以非常容易地实现故障的控制和传导。部分扫描则是选择性地组成扫描链， 例如可以将关键路径上的时序单元以及难于满足扫描结构要求的单元排除在 扫描链之外，以确保芯片满足面积和性能方面的要求。扫描测试的实现过程是读入电路网表并且实施设计规则检查(Design Rule Check, DRC)，确保符合扫描测试的设计规则；将电路中原有的触发器或 者锁存器置换为特定类型的扫描触发器或者锁存器(如多路选择D触发器，时 钟控制的扫描触发器，以及电平敏感的扫描设计)，并且将这些扫描单元链接 成一个或者多个扫描链，这一过程称之为测试综合；测试向量自动生成(Automatic Test Pattern Genaration， ATPG)工具根据插入的扫描电路以及形成 的扫描链自动产生测试向量；故障仿真器(Fault Simulator, FS)对这些测试向量 实施评估并且确定故障覆盖率情况。而现有技术中，扫描单元及其控制电路可能会占到芯片总面积的30%。即 使是在存储部件占多数的面积的微处理器芯片中，扫描电路及其控制逻辑所占 的硅片面积相对于组合逻辑电路来说仍然很大。这使得在扫描单元及其控制电 路上发生的故障可能占到故障总数的50%。因此扫描链故障诊断对于芯片故障 诊断具有重大意义。从测试角度而言，发现扫描链中的扫描单元是否存在故障并不困难。只要 将flush向量(0011)移入并直接移出扫描链即可判断扫描链是否存在故障。但从诊断角度而言，定位故障扫描单元却具有很大的挑战性。首先，扫描 链中的故障效果只有通过扫描输出才能直接观察到；其次，扫描链中的故障效 果会因为扫描移位而具有全局性。这是因为在向量移入过程中，故障扫描单元 的上游将会被污染，而在移出过程中，故障扫描单元的下游会被污染，所以经 过扫描移入移出过程后整条扫描链已被污染。为解决定位故障扫描单元中存在的问题，目前有三类可行的方案，第一类 方案就是专门为待测扫描链生成一组诊断向量；第二类方案将已有的失效向量 注入故障模拟器，通过比较失效向量和故障模拟器的响应进行诊断；最后一类 方案就是通过修改电路中的触发器单元提高电路的可诊断性。在第一类方案中，测试向量生成方法可分成三种， 一种是将待测扫描单元 的故障效果通过组合逻辑传播给输出或者传播给可以正常观测的伪输出；第二 种方法是把可以反映故障效果的逻辑值通过组合逻辑传播给待测扫描单元。对 于以上两种方法只要在待测扫描单元上发现了与期望响应不相同的结果，就可 以认为该待测扫描单元是存在故障的。第三种方法不是确定性测试生成方法， 而是从功能向量中选取可以使得待测扫描链中所有扫描单元置1和置0概率相 当的功能向量，通过比较失效芯片各输出的O、 1出现概率和期望输出的0、 1 出现概率推断出故障扫描单元的位置。第二类方案不需要为待测扫描链生成专门的诊断向量，而是利用已有的测 试向量和这些向量的失效响应进行故障模拟。在诊断过程中，故障被注入到模 拟器中，并施加向量得到相应的失效响应。通过比较从模拟器得到的失效响应和从测试设备上得到的实际失效响应估计故障注入位置与实际故障发生位置 是否相同，如果相同则诊断过程结束，如果不同则反复迭代上述过程，直到得 出满意的诊断结果。但是，这两类方案得到的诊断分辨率均与电路结构相关，无法保证诊断的 精度。第三类方案是通过修改电路设计提高电路的可诊断性。大致分成两种方 法，第一种方法为扫描单元提供旁路扫描链，使得扫描单元的扫描输出结果可 以传播到多条扫描链上。第二种方法是为扫描单元提供某种置位的机制，在故 障发生时，故障扫描链里的扫描单元被置成某种特殊的向量。这种特殊向量在 移出过程中可以敏化一类或者几类故障。通过修改电路设计的方法来提高电路的可诊断性可以确保逻辑诊断的精 度，并在诊断速度上较前两类有较大的提高。但是，现有的第三类方案，仅仅诊断扫描链上存在的故障。 一旦扫描链上 发生失效，后续的组合逻辑诊断过程也就无法进行，组合逻辑中的失效信息就不能够通过逻辑诊断获得；另外，第三类方案会给电路设计带来额外的面积和 布线开销，更重要的是，特殊的可测性设计会改变传统的工业流程，所以这种 方法很少在工业界得到应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种扫描链故障诊断方法及系统，其可以在没有任 何面积和布线开销的情况下对故障扫描链进行诊断，且不改变传统的扫描链诊 断流程，从而降低逻辑诊断成本。为实现本专利技术的目的而提供的一种扫描链故障诊断方法，包括步骤 步骤A.将待测芯片的扫描链中的扫描单元组成候选扫描单元集合，并在候选扫描单元集合中选定待测候选对；步骤B.根据扫描链的固定型故障类型，为所述待测候选对建立相应的固 定型故障诊断装置；步骤C.利用该装置为所述待测候选对生成诊断向量，并存储于诊断向量 集合，用于对待测芯片进行扫描链故障诊断。所述步骤A之前还包括步骤步骤A'，确定待测芯片的扫描链的固定型故障的类型。 所述步骤C之后还包括步骤步骤D.将所述诊断向量集合中所有的诊断向量逐一加载至待测芯片得到故障响应，并依据该故障响应，对待测芯片进行扫描链故障诊断。所述步骤A还包括步骤步骤Al.将待测芯片的扫描链中的扫描单元，依照扫描单元索引号降序 排列组成候选扫描单元集合；步骤A2.选定所述候选扫描单元集合中索引号最大的扫描单元fi作为候 选对中的第一个元素；步骤A3.选定所述扫描单元fi的直接后继扫描单元fj作为候选对中的第 二个元素，构成待测候选对(fMJ)。所述歩骤B包括步骤步骤B1.将待测芯片经过时序展开，得到待测芯片的电路副本，该电路副 本包括输入端的待测芯片的扫描链，输出端的待测芯片的扫描链，以及待测 芯片的组合逻辑电路；步骤B2.用两个完全一样的所述电路副本，分别模拟在所述待测候选对的 两个扫描单元发生固定型故障时待测芯片的逻辑状态；步骤B3.使用一异或门将两个所述电路副本中待测芯片的组合逻辑电路的 输出对应异或；使用另一异或门将两个所述电路副本中输出端的待测芯片的扫 描链的伪输出的公共部分对应异或；步骤B4.使用一或门将所述两个异或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扫描链故障诊断方法，其特征在于，包括步骤：步骤Ａ．将待测芯片的扫描链中的扫描单元组成候选扫描单元集合，并在候选扫描单元集合中选定待测候选对；步骤Ｂ．根据扫描链的固定型故障类型，为所述待测候选对建立相应的固定型故障诊断装置；步骤Ｃ．利用所述固定型故障诊断装置为所述待测候选对生成诊断向量，并存储于诊断向量集合，用于对待测芯片进行扫描链故障诊断。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，胡瑜，李晓维，
申请(专利权)人：中国科学院计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]