中心議題：

• 動態功耗與測試之間的關係
• 功率管理的重要性
• 功率預算的表示

解決方案：

• 通過設計分割反映功率預算
• 通過時鍾域反映功率預算

完全的數字電路測試方法通常能將動態功耗提高到遠超出其規範定義的範圍。如果功耗足夠大，將導致晶圓檢測或預老化(pre-burn-in)封裝測試失效，而這需要花大量的時間和精力去調試。當在角落條件(corner conditions)下測試超大規模SoCshizhegewentiyouqituchu，shenzhihuishishengchanxianshangchuxianbubiyaodelianglvsunshi
，bingzuizhongjianshaozhizaoshangdemaoli。bimianceshigonghaowentidezuijiatujingshizaikeceshixingsheji(DFT)過程中結合可感測功率的測試技術。本文將首先介紹動態功耗與測試之間的關係，以說明為何功率管理現在比以往任何時候都迫切
；然後介紹兩種獨特的DFT技術
，它們利用了ATPG技術的優點，以自動生成低功率製造性測試。

測試功率

掃描ATPG算法的優化可減少向量的數量
，這意味著各向量都盡可能地提高了失效覆蓋率。掃描向量(scan pattern)中用於設置和傳播目標失效的位被稱為關注位(care bits)，shengyudeweizesuijitianchong，yijianceguanzhuweiwufamingquezhidingdeqitashixiao。gesaomiaoxiangliangzhongdeguanzhuweihesuijitianchongweidouhuiyinqiluojizhuangtaidezhuanbian
，congerduiqijiandejishengdianrongjinxingchongfangdian。zhezhongxianxiangjiangdaozhidianluzaizhengchanggongzuotiaojianxiaxiaohaodedongtaigonglvyousuozengjia。

會影響器件測試的動態功耗有兩種：峰值功率和平均功率。峰值功率，有時也稱為“瞬時功率”
，是在很短時間內(例如係統時鍾上升沿/下降沿後緊跟著的時鍾周期的一小部分)消耗的功率總和。峰值功率反映了器件中節點開關的活動水平，因此同時從一個邏輯狀態切換到另一個狀態的節點數量越多，峰值功率就越大。

掃描測試能使器件的峰值功率增至任務模式下向量消耗水平的20倍。顯著的開關電流有可能導致軌信號塌陷(rail collapse)噪音的產生：沿著掃描鏈(scan chain)移位至電路的比特丟失，從而導致測試儀上的向量失配。開關電流通常不至於如此惡劣，但仍會引起軌信號下跌，因為IR-dropyandianyuanguizengjiadetongshiyedaoruledianluyanchi。zaimouxieqingkuangxia，saomiaoshujukenengwufadaodasaomiaolianzhongdexiayijidianlu，congerdaozhiceshichengxushixiao。yiweimoshixiadeguixinhaoxiadieyibanketongguochongfendijiangdisaomiaoyiweipinlvlaijiejue，yinweizheyangnengrangsaomiaoxinhaozaijiaoluotiaojianxiayouzugoudeshijianmanzuyiweixunhuandingshi。raner
，jiangdisaomiaoyiweipinlvhuiyanchangceshiyideceshishijian，yincizengjialepiliangshengchanshideceshichengben。

即使向量被成功掃描，但在發送/捕獲時序(以下稱為“捕獲模式”)中的峰值功率也會引起足夠大的IR-drop延遲，並導致邏輯值在捕獲窗口未能正確轉換以及器件在該向量下的失效。雖然這個問題與stuck-at和轉換延遲測試都有關係，但在與延遲有關的實速測試向量中更加常見。在捕獲模式下的IR-dropwentiyijizaiyiweimoshixiadedianyuanguichuiluowentikeyitongguodianyuanguixitongderongyushejijiejue
，zhezhongshejifangfakeyishiyingsaomiaoceshizhongzengjiadekaiguanhuodongliang。buguozengjiadianyuanhediguidekuanduhuizengjiadianlumianji，ruguoyougenghaodefangfakongzhifengzhiceshigonglvjiuzuihaobuyaoyongzhezhongfangfa。

pingjungonglvshizaiduogeshizhongzhouqineipingjundegonghao，liruzaisaomiaoshuchushangyixiangliangxiangyingdetongshierjiangdangejilixiangliangsaomiaojinshejisuoxudechengqianshangwangezhouqi。saomiaoceshikejiangqijianzhongdepingjungonglvtigaodaorenwumoshixiangliangshide2-5倍。過高的平均測試功率將在裸片上產生諸如“熱區”dengrewenti，jinersunhuaiqijian。yinweipingjungonglvzhijiezhengbiyupinlv，yincikeyizaisaomiaoyiweiqijianxuanzezugoudideyiweipinlvduipingjungonglvjinxingkongzhiyibimiangaiwenti。rushangsuoshu，jiangdisaomiaoyiweipinlvyekenengdaozhigenggaodeceshichengben。

pingjunceshigonglvzaiceshiyishangxiangduirongyiguanli，yincimuqiandaduoshuyugonglvxiangguandeceshiwentilaiyuanyuguogaodefengzhigonglv。zaiceshiguochengzhong，nengtongshijianshaofengzhigonglvhepingjungonglvdefangfazhengchengweidangqianbandaotiheshejizidonghuachanyeyanjiudejiaodian。

圖1：觸發器活動

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功率管理的重要性

ceshiguochengzhongdegonghaoguanlizhengbiandeyuelaiyuezhongyao，yinweizuixindezhizaogongyikenengshishejizhizaobaohanshushiwanshenzhishubaiwangesaomiaochufaqi。dabufenchufaqihuizaisaomiaoceshiqijiantongshikaiguan，erzhejiangzengjiafengzhigonglv，bingshiqianshuzhongdeIR-drop延遲劇增。

另外，由於65nm及以下工藝的缺陷密度(defect density)有(you)所(suo)提(ti)高(gao)
，產(chan)量(liang)因(yin)而(er)也(ye)有(you)所(suo)下(xia)降(jiang)。為(wei)了(le)補(bu)償(chang)產(chan)量(liang)不(bu)足(zu)並(bing)保(bao)持(chi)可(ke)接(jie)受(shou)的(de)質(zhi)量(liang)水(shui)平(ping)，製(zhi)造(zao)商(shang)開(kai)始(shi)轉(zhuan)向(xiang)使(shi)用(yong)超(chao)高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)實(shi)速(su)測(ce)試(shi)來(lai)檢(jian)測(ce)器(qi)件(jian)中(zhong)微(wei)小(xiao)的(de)延(yan)遲(chi)缺(que)陷(xian)。過(guo)去(qu)

，使(shi)用(yong)標(biao)準(zhun)轉(zhuan)換(huan)延(yan)遲(chi)測(ce)試(shi)無(wu)法(fa)檢(jian)測(ce)到(dao)納(na)米(mi)級(ji)缺(que)陷(xian)；而使用小延遲缺陷ATPGdezengqiangxingdingshifenbianlvceshiyibeizhengmingnengyouxiaodijiancechunamijiquexian。raner
，xiangduibiaozhundengsuceshifangfaeryan，gaijishuxuyaoduiceshiqijianchanshengdefengzhidianliusuoyinqidefudaiyanchiyougengyangedekongzhi。

總之，當更多納米缺陷出現時，大規模SoC需要依賴先進的實速ATPG技術維持高測試質量，而這一趨勢正驅使人們在DFT流程中使用可感測功率的測試技術。

功率預算的表示

觸chu發fa器qi開kai關guan活huo動dong與yu節jie點dian開kai關guan活huo動dong高gao度du相xiang關guan
，其qi動dong態tai功gong耗hao反fan映ying了le節jie點dian開kai關guan活huo動dong。因yin此ci可ke認ren為wei避bi免mian測ce試shi引yin起qi的de功gong率lv相xiang關guan故gu障zhang的de一yi種zhong有you效xiao方fang法fa是shi在zai掃sao描miao測ce試shi期qi間jian充chong分fen地di減jian少shao觸chu發fa器qi開kai關guan活huo動dong，對dui製zhi造zao器qi件jian的deIR-drop行xing為wei進jin行xing詳xiang細xi案an例li研yan究jiu有you利li於yu這zhe種zhong觀guan測ce。因yin此ci功gong率lv降jiang低di技ji術shu的de目mu標biao是shi充chong分fen減jian少shao觸chu發fa器qi的de開kai關guan活huo動dong，以yi便bian良liang好hao的de器qi件jian能neng在zai角jiao落luo條tiao件jian下xia通tong過guo所suo有you掃sao描miaoATPG測試。注意
，我們無需最小化開關活動，隻需將它減至與應用任務模式向量時觀察到的開關速率相當的水平。

為了便於描述
，假設將大量任務模式向量應用於一個設計，並發現峰值觸發器開關活動量為觸發器總數的26%。如果我們產生掃描ATPG向量，並跟蹤對應於特定開關速率的向量數字，我們可能會觀察到與圖1中灰色分布相似的情況。由於峰值和平均開關速率超過26%
，因此相對正常器件工作而言掃描測試會增加IR-drop延遲。

然而，如果我們采用相關技術降低測試期間的功耗，我們就能有效地將這種分布向左移。在圖1中重疊的藍色低功率分布區，掃描ATPG向量的峰值開關活動沒有超過功率預算，因此降低了製造測試中功率問題產生的風險。

後文將介紹兩種可以獲得低功率向量分布的方法
，它們在功率預算規定的方式上有根本的區別。

通過設計分割反映功率預算

假(jia)設(she)設(she)計(ji)的(de)某(mou)個(ge)時(shi)鍾(zhong)驅(qu)動(dong)了(le)大(da)量(liang)觸(chu)發(fa)器(qi)，以(yi)至(zhi)它(ta)們(men)的(de)峰(feng)值(zhi)開(kai)關(guan)動(dong)作(zuo)超(chao)過(guo)設(she)計(ji)的(de)總(zong)體(ti)功(gong)率(lv)預(yu)算(suan)。我(wo)們(men)不(bu)希(xi)望(wang)測(ce)試(shi)邏(luo)輯(ji)去(qu)改(gai)變(bian)任(ren)何(he)時(shi)鍾(zhong)，相(xiang)反(fan)我(wo)們(men)將(jiang)設(she)計(ji)分(fen)割(ge)成(cheng)N個模塊，各模塊具有自己的掃描啟動引腳，並且包含自己的掃描壓縮邏輯和掃描鏈。(如圖2所示)模塊的數量和組成需要仔細選取
，以便任何單個模塊(包括具有大部分觸發器的模塊)的觸發器開關速率不超過總功率預算。從這方麵講，可以認為分割將功率預算硬連(hardwire)進了設計。

圖2：將設計分割成N個模塊以指定功率預算。

向量產生是受限的
，因而隻有一個掃描啟動腳被激活(SE=1)，而ATPG一次隻處理一個模塊。ATPG工具以捕獲啟動(SE=0)模塊中的故障和模塊間的故障為目標，將所有其它模塊中的故障都指定為“ATPG不可測試”。所有模塊依次重複這一過程，並在為模塊產生向量之前使用單個命令將模塊中的故障狀態從“ATPG不可測試”改變為“檢測不到”。

將jiang所suo有you開kai關guan動dong作zuo限xian製zhi於yu用yong來lai測ce試shi的de模mo塊kuai，可ke以yi有you效xiao地di降jiang低di捕bu獲huo模mo式shi期qi間jian的de峰feng值zhi功gong耗hao。但dan要yao注zhu意yi的de是shi，在zai捕bu獲huo模mo式shi期qi間jian消xiao除chu其qi它ta模mo塊kuai開kai關guan動dong作zuo的de唯wei一yi方fang法fa是shi確que保bao上shang個ge周zhou期qi的de掃sao描miao移yi位wei模mo式shi和he下xia個ge周zhou期qi之zhi間jian的de邏luo輯ji狀zhuang態tai沒mei有you變bian化hua(對應於被測模塊中捕獲模式的發送階段)。這可以通過將全1或全0掃(sao)描(miao)進(jin)被(bei)測(ce)模(mo)塊(kuai)實(shi)現(xian)。遺(yi)憾(han)的(de)是(shi)
，該(gai)方(fang)法(fa)會(hui)導(dao)致(zhi)故(gu)障(zhang)覆(fu)蓋(gai)率(lv)的(de)損(sun)失(shi)

，同(tong)時(shi)需(xu)要(yao)更(geng)複(fu)雜(za)的(de)故(gu)障(zhang)清(qing)單(dan)處(chu)理(li)以(yi)及(ji)產(chan)生(sheng)結(jie)束(shu)向(xiang)量(liang)進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)。即(ji)使(shi)一(yi)次(ci)隻(zhi)測(ce)試(shi)一(yi)個(ge)模(mo)塊(kuai)


，我(wo)們(men)也(ye)希(xi)望(wang)將(jiang)向(xiang)量(liang)同(tong)時(shi)裝(zhuang)載(zai)進(jin)所(suo)有(you)模(mo)塊(kuai)以(yi)鎖(suo)定(ding)模(mo)塊(kuai)間(jian)故(gu)障(zhang)。

解決這個兩難問題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通常需要用掃描向量中不到10%的(de)位(wei)建(jian)立(li)並(bing)傳(chuan)播(bo)故(gu)障(zhang)效(xiao)應(ying)，因(yin)此(ci)其(qi)不(bu)再(zai)隨(sui)機(ji)填(tian)充(chong)剩(sheng)餘(yu)位(wei)，而(er)是(shi)將(jiang)每(mei)個(ge)關(guan)注(zhu)位(wei)的(de)值(zhi)複(fu)製(zhi)到(dao)掃(sao)描(miao)鏈(lian)中(zhong)的(de)後(hou)續(xu)位(wei)，直(zhi)到(dao)下(xia)一(yi)個(ge)具(ju)有(you)相(xiang)反(fan)值(zhi)的(de)關(guan)注(zhu)位(wei)。(如圖3所示)

關注位值的複製可以將激勵向量中的邏輯狀態變化減少90%以上。而在不在測試的模塊中，減少程度接近99%(隻需要少量關注位即可鎖定模塊間故障)，因此足以確保輸入向量的上次移位及後麵的發送周期之間幾乎沒有邏輯狀態的轉換。

圖3：TetraMAX ATPG工具的“低功率填充”。

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低功率填充向量可以檢測額外故障，但比標準ATPG向量要少
，因為每個低功率填充激勵中的偽隨機位都被移除了。因此，低功率填充ATPG一般要比標準ATPG產生更多的向量才能獲得相同的故障覆蓋率。盡管如此，本節所描述的技術在壓縮方麵非常靈活，如圖4所示：當應用更多的壓縮時，測試周期數隻比基本案例(所有掃描啟動沒有被激活，沒有低功率填充)稍(shao)多(duo)一(yi)些(xie)。該(gai)圖(tu)也(ye)顯(xian)示(shi)了(le)在(zai)捕(bu)獲(huo)模(mo)式(shi)期(qi)間(jian)由(you)完(wan)整(zheng)向(xiang)量(liang)集(ji)與(yu)壓(ya)縮(suo)率(lv)之(zhi)間(jian)關(guan)係(xi)所(suo)得(de)到(dao)的(de)峰(feng)值(zhi)開(kai)關(guan)動(dong)作(zuo)。而(er)峰(feng)值(zhi)開(kai)關(guan)動(dong)作(zuo)的(de)減(jian)少(shao)幾(ji)乎(hu)與(yu)壓(ya)縮(suo)率(lv)無(wu)關(guan)。

圖4：測試周期數和峰值開關動作與壓縮率之間的關係。

低功率填充ATPG還能降低掃描移位期間的平均功率，從而節省花在測試儀上的時間乃至成本。一般來說
，複製關注位值可以減少激勵向量中90%以上的邏輯狀態轉換
，以及減少響應向量中10-50%的邏輯狀態轉換。由於激勵和響應是同時被掃描的，因此觸發器開關動作的淨平均減少量約為50%。本文介紹的技術可以減少更高的量，因為模塊中隻有極少的關注位沒被測試到。

在理解低功率填充功能如何工作之後，就很容易了解為什麼各模塊要擁有自己的壓縮電路。如果壓縮是“平坦的”(指單個解壓器/壓縮器被嵌在各模塊的頂層而不是裏麵)，那na麼me解jie壓ya器qi輸shu出chu就jiu可ke以yi分fen別bie輸shu入ru到dao所suo有you模mo塊kuai上shang的de掃sao描miao鏈lian。被bei測ce模mo塊kuai的de關guan注zhu位wei因yin而er無wu需xu被bei掃sao描miao進jin所suo有you的de其qi它ta模mo塊kuai，並bing導dao致zhi大da量liang的de邏luo輯ji狀zhuang態tai轉zhuan換huan。相xiang反fan，將jiang壓ya縮suo電dian路lu嵌qian入ru到dao模mo塊kuai中zhong會hui使shi到dao各ge模mo塊kuai掃sao描miao鏈lian的de輸shu出chu受shou到dao限xian製zhi，從cong而er形xing成cheng了le在zai移yi位wei操cao作zuo時shi無wu法fa通tong過guo的de關guan注zhu位wei“邊界”。將壓縮邏輯嵌入進設計物理層裏還有進一步的好處，即可以減少布線擁塞

，最終減少壓縮的麵積開銷成本。

通過時鍾域反映功率預算

雖然物理模塊內的嵌入式壓縮有助於減少布線擁塞，但本節介紹的技術無需通過分割設計以反映功率預算。相反，可以使用TetraMAX中獨特的功能將觸發器開關動作預算規定為ATPG製約。

在(zai)該(gai)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)假(jia)設(she)設(she)計(ji)具(ju)備(bei)足(zu)夠(gou)多(duo)的(de)時(shi)鍾(zhong)，因(yin)而(er)單(dan)個(ge)時(shi)鍾(zhong)不(bu)能(neng)控(kong)製(zhi)足(zu)夠(gou)的(de)電(dian)路(lu)以(yi)超(chao)出(chu)功(gong)率(lv)預(yu)算(suan)。該(gai)工(gong)具(ju)試(shi)圖(tu)在(zai)捕(bu)獲(huo)模(mo)式(shi)下(xia)隻(zhi)啟(qi)動(dong)某(mou)些(xie)時(shi)鍾(zhong)來(lai)滿(man)足(zu)功(gong)率(lv)製(zhi)約(yue)。剩(sheng)餘(yu)時(shi)鍾(zhong)在(zai)捕(bu)獲(huo)模(mo)式(shi)中(zhong)不(bu)工(gong)作(zuo)，在(zai)移(yi)位(wei)操(cao)作(zuo)結(jie)束(shu)時(shi)保(bao)持(chi)其(qi)狀(zhuang)態(tai)。這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)這(zhe)些(xie)範(fan)圍(wei)(邏輯網絡或時鍾網絡)內沒有開關動作
，低功率填充的好處僅限於降低掃描移位期間的平均功率。需要注意的是，ATPG必須完全控製所有的時鍾(外部時鍾或PLL產生的時鍾由一個或多個片上時鍾控製器所管理)。

圖5所示設計具有受ATPG控製的7geshizhongyu。zhidezhuyideshi
，yongyuyasuodewulimokuaidefengebuxuyushizhongyuyizhi，yiquebaoceshiqijiandedigonglvcaozuo。shejizhongdesuoyouchufaqigongxiangxiangtongdesaomiaoqidong，congershidesuoyoudeguzhangbaokuoyujianguzhangnengyicixingdibeiATPG發現。這種簡單
、高度自動化的流程可以產生緊湊格式的低功率向量集。

圖5：具有7個時鍾域的設計。

本文小結

benwenjieshaolezhizaoceshiguochengzhongyinrudedongtaigonghaoruhefanguolaiyingxiangbeiceqijiandexingneng。ceshizhongguogaodefengzhigonghaohuizengjiayanchibingdaozhibukeyuliaodeceshijieguo
，erceshiqijianzhongguogaodepingjungonglvsuoyinqiderewentizehuisunhuaiqijian。shangshulianggegonglvwentiruguochulibuzhengquejiangzengjiazhizaoshangdechengben，ershiyongzuixianjingongyizhizaodedaguimoSoC尤其容易受這些問題的影響。

不(bu)僅(jin)因(yin)為(wei)這(zhe)些(xie)設(she)計(ji)中(zhong)使(shi)用(yong)了(le)大(da)量(liang)的(de)觸(chu)發(fa)器(qi)
，同(tong)時(shi)還(hai)因(yin)為(wei)需(xu)要(yao)用(yong)更(geng)高(gao)時(shi)間(jian)分(fen)辨(bian)率(lv)的(de)實(shi)速(su)測(ce)試(shi)來(lai)檢(jian)測(ce)小(xiao)延(yan)遲(chi)故(gu)障(zhang)。為(wei)了(le)解(jie)決(jue)這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti)，設(she)計(ji)師(shi)們(men)正(zheng)在(zai)整(zheng)合(he)測(ce)試(shi)自(zi)動(dong)化(hua)的(de)先(xian)進(jin)成(cheng)果(guo)和(he)DFT方(fang)法(fa)來(lai)創(chuang)建(jian)低(di)功(gong)率(lv)製(zhi)造(zao)測(ce)試(shi)。本(ben)文(wen)重(zhong)點(dian)介(jie)紹(shao)了(le)兩(liang)種(zhong)創(chuang)新(xin)性(xing)技(ji)術(shu)，它(ta)們(men)可(ke)將(jiang)開(kai)關(guan)動(dong)作(zuo)降(jiang)低(di)到(dao)與(yu)器(qi)件(jian)任(ren)務(wu)模(mo)式(shi)工(gong)作(zuo)時(shi)相(xiang)當(dang)的(de)水(shui)平(ping)。這(zhe)兩(liang)種(zhong)方(fang)法(fa)的(de)主(zhu)要(yao)區(qu)別(bie)在(zai)於(yu)設(she)計(ji)師(shi)將(jiang)功(gong)率(lv)預(yu)算(suan)並(bing)入(ru)DFT過程中的方式。