無(wú)向量測試是測試高速I(mǎi)/O的最佳方法

大批量半導體芯片制造商必須解決以下這道難題，即如何經(jīng)濟高效地測試嵌入在大型數字系統級芯片設計中的多個(gè)多通道高速I(mǎi)/O接口(如PCI Express、HyperTransport和 Infiniband)。雖然結合了閉環(huán)操作的片上內置自測試(BIST)被廣泛地用來(lái)替代昂貴的自動(dòng)測試設備(ATE)，但它仍具有高速模擬部分缺陷覆蓋率不高的不足，而這將嚴重影響整體產(chǎn)品的質(zhì)量。

現在，出現了一種新興的被稱(chēng)為“無(wú)向量測試”的方法，它同時(shí)擁有BIST和ATE兩種方法的優(yōu)勢：即片上I/O BIST的經(jīng)濟高效性和基于A(yíng)TE的信號完整性測量。特別是，該理念將ATE參數測試與片上測試內容生成和比較結合起來(lái)，從而形成了硅芯片與ATE設備之 間的良好協(xié)同，其結果是產(chǎn)生了一種嵌入在硅芯片中的可用于大批量制造測試的經(jīng)濟型優(yōu)化解決方案。

傳統的ATE架構由提供測試源向量的ATE和處理任務(wù)模式測試的線(xiàn)速向量組成。隨著(zhù)速率持續增加到超過(guò)每秒千兆位的門(mén)限，特別是對于高速I(mǎi)/O接口，在A(yíng)TE上提供這一能力的成本在大批量制造環(huán)境中變得極具挑戰性。

為了將對ATE測試的依賴(lài)性減到最小，很多芯片制造商正在使用片上BIST結構與閉環(huán)模式的組合。由于今天的硅工藝已達到很高的集成度，因此在硅片上適當占用一些面積是完全可以接受的。

不幸的是，BIST方法不能執行任務(wù)模式參數測試，而這對于高速I(mǎi)/O接口的集成來(lái)說(shuō)卻非常重要。在每秒幾千兆位的速率上，不可能再將信號作為純數字信號來(lái)處理。一些信號完整性參數(如時(shí)序抖動(dòng)和噪聲電平)都必須加以考慮以保持足夠的缺陷覆蓋率和滿(mǎn)足所要求的質(zhì)量水平。

融合兩種方法的優(yōu)勢

無(wú)向量測試是一種利用ATE和BIST兩種方法優(yōu)勢的更為協(xié)同的測試方法。借助這種方法，ATE可有效地作為BIST/回環(huán)中的環(huán)路擴展，測試人員無(wú)需再提供任務(wù)模式向量和線(xiàn)速比較，而只需負責進(jìn)行信號完整性驗證。

由于向量生成和線(xiàn)速比較能力傳統上抬高了ATE測試通道的成本，因此這種雙測試方法可為大批量制造提供一種更為經(jīng)濟的測試解決方案。

以下介紹其工作原理。片上BIST電路在所需的數據速率上提供測試內容，然后再根據閉環(huán)模式下的標準協(xié)議來(lái)測試這些內容。ATE則負責執行片上電路所難以完成的信號完整性測量。

參數測量的設置并不需要向量，因此這種測試方法被稱(chēng)為無(wú)向量參數測試。待測參數取決于應用，其范圍可從簡(jiǎn)單的抖動(dòng)生成、容限、接收靈敏度、直至像數據對時(shí)鐘偏斜等更為復雜的參數。

那么這又對設計者產(chǎn)生那些影響呢？設計者現在只需在IC上創(chuàng )建一種機制，這種機制用來(lái)為芯片的功能驗證和在A(yíng)TE上進(jìn)行的參 數測試提供測試內容。設計者必須通過(guò)一種給鎖相環(huán)施加最大壓力的“殺手級”圖案(pattern)來(lái)產(chǎn)生最壞情況下的信號完整性條件。這種方法具有一個(gè)明 確的優(yōu)勢：即設計者可以利用與其用來(lái)設計SoC測試電路相同的技術(shù)，而毋需等待開(kāi)發(fā)新的ATE技術(shù)。

閉環(huán)通道

對ATE來(lái)說(shuō)，閉環(huán)通道可通過(guò)ATE中更為經(jīng)濟高效的回環(huán)通道卡來(lái)擴展，這可允許對所需的信號完整性參數實(shí)現獨立向量測量， 以及允許對直流測量資源進(jìn)行隨意訪(fǎng)問(wèn)。這種回環(huán)通道卡可被配置用來(lái)測量像抖動(dòng)這樣的信號完整性參數，并允許測試工程師將這些參數反饋給接收機。這允許利用 同一塊卡同時(shí)測量發(fā)射器信號完整性和接收器容限。

對成本敏感度更高的應用，可以只提供一種通過(guò)/失敗這樣的簡(jiǎn)單二元測試，以進(jìn)一步降低ATE卡的成本。

實(shí)現低成本參數閉環(huán)測試解決方案的方式有多種，其中一些解決方案將抖動(dòng)插入模塊增加到“待測設計”(DUT)板中，但這些方法存在插入的抖動(dòng)會(huì )隨數據速率變化這種不利因素。

一種更為靈活的方法包括一個(gè)可調“數據眼”調節器，它允許實(shí)現獨立的抖動(dòng)及信號電平調整。

由于這不能通過(guò)DUT板上的無(wú)源器件來(lái)實(shí)現，因此ATE中的專(zhuān)用回環(huán)卡不失為一種合適的選擇，它使得用戶(hù)能對利用ATE軟件打開(kāi)的眼圖進(jìn)行編程。

將片上BIST與ATE輔助的回環(huán)測試結合在一起的協(xié)同方法，可實(shí)現比以往任何一種測試方法都更為有效的高速I(mǎi)/O接口測試解決方案。盡管它確實(shí)需要設計者去開(kāi)發(fā)一些用來(lái)支持參數及邏輯測試的機制，但現有EDA能力可以很容易支持這些機制的創(chuàng )建。

BIST與ATE的結合可實(shí)現一種更為經(jīng)濟高效的大批量制造解決方案，這種方案可提供新型SoC芯片模擬測試所需的高缺陷覆蓋率及質(zhì)量水平。

Bernd Laquai是安捷倫科技公司計算與通信半導體測試研發(fā)部測試方法研究顧問(wèn)。