生產(chǎn)制造過(guò)程的低功耗測試方法

受無(wú)線(xiàn)和高功效器件的普及以及提供“綠色”電子系統的需求驅動(dòng)，設計師越來(lái)越多地采用低功率設計來(lái)應對越來(lái)越艱巨的功能性功耗挑戰。直到最近，管理制造測試過(guò)程中的功率問(wèn)題已經(jīng)成為第二大備受業(yè)界關(guān)注的要求。但隨著(zhù)器件物理尺寸的不斷縮小和電壓門(mén)限的不斷降低，越來(lái)越多的人認識到測試過(guò)程中過(guò)大的功耗會(huì )影響數字IC的可靠性，并導致電源引起的故障、過(guò)早失效，以及最終測試時(shí)發(fā)生錯誤問(wèn)題。這些現象的發(fā)生要求制造測試采用特殊的電源管理和低功率設計技術(shù)。

功能模式與測試模式比較

多份研究表明，深亞微米器件的測試模式功耗要比功能模式高好幾倍。雖然典型測試模式功耗極限通常是功能性功耗的2倍左右，但由于多種原因實(shí)際功耗要大得多。

例如，為了降低測試儀成本，有時(shí)會(huì )對多個(gè)模塊同時(shí)進(jìn)行測試，但在功能性操作中，許多個(gè)模塊同時(shí)工作的可能性并不大。掃描期間邏輯電路中的開(kāi)關(guān)以及掃描/捕獲期間的高開(kāi)關(guān)速率也會(huì )產(chǎn)生較高的功耗。同樣，轉換測試波形中的快速捕獲脈沖會(huì )導致有害的峰值電源脈沖，從而出現IR壓降問(wèn)題。另外，增加掃描轉移循環(huán)的頻率以縮短測試時(shí)間也會(huì )在測試儀上造成過(guò)高功耗。

測試功耗值不同于功能性功耗的其它原因還包括針對最壞情況下功能性功耗的現場(chǎng)測試要求，老化測試以及器件的高電壓測試。所有這些操作都會(huì )導致電壓和溫度的上升，從而對測試結果和器件的低功率電路造成潛在的負面影響。

在任何降低測試功耗的方法中，測試覆蓋率影響必須要小，并且對自動(dòng)測試波形生成(ATPG)工具和流程的影響要降低到最小程度。同樣，也不應顯著(zhù)影響測試數據量和測試時(shí)間。另外，測試模式功耗降低得太多也可能導致電路受到的應力不夠而影響測試質(zhì)量，因此這種情況應避免。最后，采用的策略必須不影響物理設計因素，如面積、功率和功能時(shí)序，并且不影響開(kāi)發(fā)進(jìn)度。

DFT技術(shù)：Q輸出選通和掃描劃分

Q輸出選通和低功率掃描劃分(Scan Partitioning)就是兩種常見(jiàn)的電源管理技術(shù)。在Q輸出選通技術(shù)中，選通邏輯被智能地插在關(guān)鍵掃描觸發(fā)器的Q輸出端，以便盡量減少掃描轉移期間組合電路中的開(kāi)關(guān)活動(dòng)。選通邏輯是由測試信號控制的，在捕捉周期和正常功能模式時(shí)不被激活。在掃描轉移操作期間，Q輸出選通可以減少通過(guò)掃描觸發(fā)器傳播到組合邏輯的開(kāi)關(guān)活動(dòng)。重要的是只選通對掃描模式功耗降低有很大影響、但對設計中關(guān)鍵時(shí)序路徑影響很小的寄存器。

掃描劃分是另外一種管理測試功耗的可測性設計(DFT)技術(shù)。通過(guò)插入DFT邏輯，每條掃描鏈被分割成多個(gè)段，當測試數據從某個(gè)掃描段加載/卸載時(shí)，連接到所有其它段的時(shí)鐘可以被關(guān)斷以降低功耗。低功率掃描劃分已經(jīng)在一些商用設計中實(shí)現，如游戲系統中使用的CELL處理器。

降低測試功耗的另外一種相關(guān)DFT技術(shù)是數據選通，這種技術(shù)可以給目前不在進(jìn)行測試的設計區域中的掃描鏈加載一個(gè)常數值。此時(shí)需要插入必要的測試點(diǎn)，以便給空閑鏈加載零值，從而減少開(kāi)關(guān)活動(dòng)，而工作鏈則加載來(lái)自測試儀來(lái)的數據。

DFT技術(shù)：禁止輸出驅動(dòng)器

輸出驅動(dòng)器在開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)的功耗通常要比內部邏輯大許多倍。盡量避免輸出驅動(dòng)器開(kāi)關(guān)操作對管理平均功率、即時(shí)功率和IR壓降來(lái)說(shuō)非常重要。它的主要思路是在任何測試模式時(shí)鐘脈沖期間將所有三態(tài)輸出驅動(dòng)器保持在被禁(高阻)狀態(tài)。這種方法可應用到捕捉和掃描轉移時(shí)鐘。這種方法可以在信號被證實(shí)時(shí)通過(guò)使用一個(gè)或多個(gè)控制輸入信號強迫驅動(dòng)器到高阻來(lái)實(shí)現。在掃描轉移期間除了激活的掃描輸出引腳外的所有驅動(dòng)器應被禁止。

芯片制造商經(jīng)常開(kāi)發(fā)包含上千個(gè)信號I/O引腳的芯片，而且大多數引腳可能是輸出或雙向引腳。在如此多三態(tài)輸出引腳的情況下，要避免同時(shí)發(fā)生開(kāi)關(guān)操作，即便沒(méi)有時(shí)鐘脈沖時(shí)。當大量驅動(dòng)器被單個(gè)控制信號禁止時(shí)，這會(huì )導致太多的驅動(dòng)器導通，并在電流要求和電壓降方面產(chǎn)生對應的尖峰?？梢允褂靡粋€(gè)以上的驅動(dòng)器禁止控制信號來(lái)避免出現這種情況，也可以讓控制信號通過(guò)錯位時(shí)延運行。小心使用DFT插入和這種驅動(dòng)器禁止控制信號的ATPG是所有低功率測試方法中的一個(gè)重要考慮因素。