1 研究背景

　　隨著半導(dǎo)體器件的尺寸不斷縮小，集成電路(IC)設(shè)計(jì)的規(guī)模越來越大，芯片集成度越來越高，使得芯片測(cè)試越來越困難。為了提高集成電路的成品率，研究人員把更多的精力放在芯片的測(cè)試技術(shù)上，試圖采用更簡(jiǎn)便有效的方法測(cè)試芯片，并獲得滿足要求的故障覆蓋率。

　　電路故障覆蓋率的評(píng)測(cè)方法可以在芯片制造完成后，通過自動(dòng)測(cè)試儀(ATE)獲得芯片的故障覆蓋率。這種方法是一種事后的評(píng)估行為，他只能對(duì)成品芯片的優(yōu)劣做出估計(jì)，不能對(duì)改進(jìn)芯片設(shè)計(jì)起到至關(guān)重要的作用。

　　另一種獲得故障覆蓋率的方法是，設(shè)計(jì)或測(cè)試人員在進(jìn)行電路功能仿真(前仿真)或電路時(shí)序仿真(后仿真)的過程中，對(duì)電路注入單故障或多故障，然后在電路存在故障的情況下，模擬電路的行為，確認(rèn)該故障是否會(huì)導(dǎo)致電路產(chǎn)生差錯(cuò)或失效。對(duì)所選定的故障集中的所有故障進(jìn)行模擬后，就可以獲得電路的故障覆蓋率。對(duì)于門級(jí)電路，故障注入的位置可以是門電路的輸入或輸出線。這種方法對(duì)改進(jìn)電路設(shè)計(jì)有直接的效果。

2 故障與故障注入

　　故障覆蓋率是給定測(cè)試集所能檢測(cè)的給定電路在給定的故障模型下的故障數(shù)與電路中含有的故障總數(shù)之比。

　　比較常見的故障模型有固定型故障和橋接故障，橋接故障會(huì)改變電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，本文主要討論的是固定型故障。固定型故障主要反映電路或系統(tǒng)中某一根信號(hào)線上信號(hào)的不可控，即系統(tǒng)運(yùn)行過程中該信號(hào)線永遠(yuǎn)固定在某一個(gè)值上。故障注入是指按照選定的故障模型加于運(yùn)行特定工作負(fù)載的目標(biāo)系統(tǒng)中，用人工的方法有意識(shí)地產(chǎn)生故障并施以加速該系統(tǒng)的錯(cuò)誤和失效的發(fā)生，同時(shí)觀測(cè)和回收系統(tǒng)對(duì)所注入故障的反應(yīng)信息，并對(duì)回收信息進(jìn)行分析，從而向試驗(yàn)者提供有關(guān)結(jié)果的試驗(yàn)過程。

3 電路故障響應(yīng)分析程序設(shè)計(jì)

3.1 確定型測(cè)試

　　本程序采用確定型測(cè)試，即為被測(cè)電路的每個(gè)故障產(chǎn)生相應(yīng)的測(cè)試碼，生成一個(gè)能測(cè)試電路中所有故障的測(cè)試碼集合作為測(cè)試碼源，無故障電路對(duì)應(yīng)于測(cè)試碼中的各個(gè)測(cè)試的響應(yīng)值存儲(chǔ)起來作為參考值，如圖1所示?？梢圆捎霉降姆椒▽?duì)測(cè)試碼進(jìn)行更準(zhǔn)確的定義。

　　X：被測(cè)電路的可控輸入矢量；

　　G(X)：電路無故障時(shí)的可測(cè)輸出矢量；

　　Gf(x)：電路有故障f時(shí)的可測(cè)輸出矢量；

　　測(cè)試和測(cè)試碼：一個(gè)輸入矢量A，滿足G(A)≠Gf(A)；

　　故障的完全測(cè)試集：所有滿足G(A)≠Gf(A)的輸入矢量的集合。

　　這里有定理，一個(gè)電路中所有的單固定型故障都是可測(cè)的，當(dāng)且僅當(dāng)該電路是無冗余的。本程序采用最小完全測(cè)試集(含有最小測(cè)試數(shù)的完全測(cè)試集)作為測(cè)試碼。

3.2 輸入電路

　　選用的輸入為ISCAS85基準(zhǔn)電路。他是電子自動(dòng)化關(guān)于IC測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)，85指組合電路，89指時(shí)序電路。

3.3 注入單故障的分析

　　程序共分以下4個(gè)重要步驟：

　　(1)初始化網(wǎng)表

　　首先讀入電路的門級(jí)電路的描述的ISCAS85電路網(wǎng)表，對(duì)其進(jìn)行文本修改，將其變成便于程序運(yùn)行的格式。

　　(2)載入測(cè)試向量

　　測(cè)試向量的最小完全測(cè)試集存儲(chǔ)在.test為后綴名的文件中，載入后以ver.out為后綴名的文件輸出。

　　(3)無故障時(shí)電路輸出

　　輸入測(cè)試向量到注入故障前的電路，得到無故障電路時(shí)對(duì)于測(cè)試向量的正確輸出作為參考值，將結(jié)果存儲(chǔ)在fault_free_output.out文件中。以for(p_tr=0；p_tr<TESTS_R；p_tr++)作為第一層循環(huán)，依次輸入每個(gè)測(cè)試向量，在此循環(huán)中欠套for(p_no=1；p_no<TOTAL_LINE+1；p_n0++)循環(huán)，便利整個(gè)網(wǎng)表的每一行，從而得到正確的輸出。便利的過程如下，主要是檢查網(wǎng)表的節(jié)點(diǎn)的類型項(xiàng)，對(duì)各種門進(jìn)行響應(yīng)的操作，逐級(jí)向下后便利整個(gè)網(wǎng)表，得到正確的輸出。

　　(4)故障注入

　　首先一個(gè)循環(huán)是對(duì)于整個(gè)故障集for(p_f=0；p_f<FAULT_SIZE；p_f++)，判斷注入的故障0或是故障1，接著嵌套循環(huán)for(p_tr=0；p_tr<TESTS_R；p_tr++)，依次在輸入端輸入每個(gè)測(cè)試向量，然后嵌套循環(huán)for(p_no=1；p_no<MAX_LINE；p_no++)遍歷網(wǎng)表，在便利網(wǎng)表之前，根據(jù)先前的判斷是故障0或是故障1，將這節(jié)點(diǎn)的value固定為0或1即可。

　　根據(jù)以上結(jié)果做統(tǒng)計(jì)工作，寫文件fault_list.out和fault_sum.out。寫文件fault_list.out是在每次循環(huán)for(p_no=1；p_no<MAX_LINE；p_no++)結(jié)束后，寫文件fault_sum.out實(shí)在循環(huán)for(p_tr=0；p_tr<TESTS_R；p_tr++)結(jié)束后。

　　根據(jù)數(shù)據(jù)得到程序最后需要的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，即故障響應(yīng)率。其計(jì)算公式為：

　　sum of error／(refss*tlotv)

　　sum of error是注入單故障之后，對(duì)于測(cè)試向量集，得到的結(jié)果與參考值不同的次數(shù)；srefss是simplistically reduced equivalent fault set size的縮寫，即最小等價(jià)故障類的大小；tlotv是the length of test vectors的縮寫，即測(cè)試向量的個(gè)數(shù)。

3.4 注入雙故障的分析

　　在進(jìn)行注入單故障情況下的分析以及得出結(jié)果故障響應(yīng)率(FRF)后，繼續(xù)考慮對(duì)ISCAS85基準(zhǔn)電路注入雙重故障的情況進(jìn)行研究。

　　注入雙故障，基本的思想就是在注入一個(gè)單故障的情況下，再注入一個(gè)與之不同的故障，其等價(jià)效果極為注入雙故障。所以在fault_injection增加1層循環(huán)，即：

　　for(p_f=0；p_f<FAULT_SIZE；p_f++)；

　　從而由原先的整個(gè)故障集-整個(gè)測(cè)試向量-遍歷網(wǎng)表每一行的3層嵌套循環(huán)，擴(kuò)展為整個(gè)故障集-整個(gè)故障集-整個(gè)測(cè)試向量-遍歷網(wǎng)表每一行的4層循環(huán)。當(dāng)然另外在便利網(wǎng)表時(shí)要注入雙重故障，即要判斷此節(jié)點(diǎn)是否時(shí)注入故障的那2個(gè)節(jié)點(diǎn)以及注入的是故障0還是故障1，進(jìn)行響應(yīng)的操作。

　　注入雙故障時(shí)的故障響應(yīng)率(FRF)的計(jì)算公式為：

　　sum of errot／{[srefss*(srefss-1)]*tlotv}

4 結(jié) 語

　　根據(jù)各個(gè)電路的輸出結(jié)果，結(jié)合上面的計(jì)算參數(shù)，就可以得到注入單故障的故障響應(yīng)率(FRF)。如表2所示。

　　對(duì)于注入單故障的故障響應(yīng)率(FRF)的分析可以從兩個(gè)方面來看：從故障注入的角度，他反映了注入故障之后的電路，對(duì)于測(cè)試向量的響應(yīng)情況，故障響應(yīng)率越高，說明這組測(cè)試向量對(duì)電路的故障檢測(cè)能力越強(qiáng)；但是如果從容錯(cuò)的角度來看，故障響應(yīng)率(FRF)越低，說明更多情況下，即使電路中存在故障，也可以得到正確的輸出結(jié)果，說明的電路具有比較強(qiáng)的容錯(cuò)能力。

　　同樣，結(jié)合注入單故障時(shí)的計(jì)算參數(shù)srefss和tlotv，得到注入雙故障的故障響應(yīng)率(FRF)。如表3所示。

　　從此組數(shù)據(jù)可以看出，注入雙重故障下的故障響應(yīng)率比注入單故障是的故障響應(yīng)率有明顯的增大，增加1倍左右。這個(gè)結(jié)果是可以理解的，從故障響應(yīng)的角度，一組測(cè)試向量在雙故障情況下其故障響應(yīng)能力明顯提高(因?yàn)檩敵鼋Y(jié)果出錯(cuò)的幾率大大增加)；而從容錯(cuò)的角度來看，電路能夠容納雙故障的能力一定會(huì)大大降低，導(dǎo)致故障響應(yīng)率的提高。