新型的嵌入式存儲器測試算法

摘要：針對目前嵌入式存儲器測試算法的測試效率與故障覆蓋率難以兼得的現(xiàn)狀，提出了兼顧二者的測試算法。實驗結(jié)果表明該算法最適合對存儲器進(jìn)行大批量的測試。在測試效率上的優(yōu)勢很明顯，故障覆蓋率也能達(dá)到應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)鍵詞：存儲器測試；嵌入式存儲器；故障覆蓋率；外圍互連線

引言
    隨著微電子產(chǎn)業(yè)日新月異的發(fā)展，IC設(shè)計的規(guī)模與集成度越來越大。SoC是現(xiàn)階段IC設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)之一，通常由CPU核、存儲器、邏輯電路、各種外設(shè)及接口組成，而存儲器通常占據(jù)芯片的絕大部分。常用的嵌入式存儲器有ROM、Flash、SRAM、DRAM等。典型的存儲器的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，存儲器主要由地址線、數(shù)據(jù)線、控制線、地址譯碼器、存儲單元陣列、輸入／輸出電路、讀出放大器、寫驅(qū)動電路等部分組成。

    嵌入式存儲器的測試主要分為3類：
    ①直流參數(shù)測試(DC Parameter Testing)——校驗工作電流、電平、功率、扇出能力、漏電流等參數(shù)特性。
    ②交流參數(shù)測試(AC Parameter Testing)——檢測建立時間、保持時間、訪問時間等時間參數(shù)特性。
    ③功能測試(Functional Testing)——測試存儲器件的邏輯功能是否正常，對存儲單元、讀出放大器、寫驅(qū)動等產(chǎn)生的物理故障進(jìn)行檢測。
    本文主要討論第3類中嵌入式存儲器的功能測試。

1 采用的方法
    現(xiàn)有的嵌入式存儲器測試算法都是直接對存儲器內(nèi)部單元直接測試，所用的算法在測試復(fù)雜度和故障覆蓋率之問難以找到一個平衡點。本文介紹的方法采用外圍互連線測試和內(nèi)部單元結(jié)合的測試算法，摒棄了以往只是測試內(nèi)部單元的算法，提高了測試效率，故障覆蓋率也有所提升。
    外圍互連線測試：假設(shè)存儲器本身功能正常，控制線也總是可控的，故障只是由于器件裝配引起的，需要對存儲器的地址線和數(shù)據(jù)線可能的短路和開路故障進(jìn)行測試。
    內(nèi)部單元測試：對存儲器的譯碼、讀寫等功能進(jìn)行測試。
    兩種測試的目的不一樣。內(nèi)部單元測試的目的在于判斷內(nèi)存單元的好壞，所以在程序設(shè)計中只要發(fā)現(xiàn)故障就可以終止退出，同時報告發(fā)生故障的內(nèi)存單元；外圍互連測試的目的不僅僅在于發(fā)現(xiàn)故障，而且還要求能對故障進(jìn)行精確定位。所以在算法設(shè)計中需要將這兩步測試過程按順序執(zhí)行完畢。

2 嵌入式存儲器測試的故障模型
    對故障機(jī)理進(jìn)行分析，建立相應(yīng)的故障模型是產(chǎn)生算法的前提。
2．1 外圍互連線測試的故障模型
    對于外圍互連線，本文采用的是固定故障模型，固定故障也是存儲器外嗣互連線的主要故障。固定故障模型包括固定邏輯故障、固定開路故障和橋接短路故障。固定邏輯故障是指由于物理缺陷，數(shù)據(jù)線或者地址線的狀態(tài)不受輸入的控制，綁定到邏輯O或者1狀態(tài)，包括S-A-1(Stuck-at-1)和S-A-0(stuck-at-0)故障。而在外圍互連線測試中，固定開路故障和橋接短路故障往往可以等價于S-A-0或S-A-1的固定邏輯故障，在此不作贅述。[!--empirenews.page--]
2．2 內(nèi)部單元測試的故障模型
    對于內(nèi)部單元，除了上文提到的類似的固定邏輯故障和固定開路故障模型，還有狀態(tài)轉(zhuǎn)換故障(transition fault)、數(shù)據(jù)保持故障(data-maintaining fault)、狀態(tài)耦合故障(coupiing fault)和多重寫入故障(multiple access fault)等。
    狀態(tài)轉(zhuǎn)換故障：0→1或1→0的狀態(tài)轉(zhuǎn)換至少有一個不被正確執(zhí)行。
    數(shù)據(jù)保持故障：存儲單元無法保持一個邏輯值持續(xù)一定的時間。
    狀態(tài)耦合故障：當(dāng)且僅當(dāng)單元j處于某一個特定狀態(tài)y(y∈{0，1})時，單元i總是為某一個確定值x(x∈{0，1})，則稱單元i耦合于單元j。耦合關(guān)系不一定具有對稱性，也就是說單元i耦合于單元j，并不一定單元j也耦合于單元i。
    多重寫入故障：對單元i寫入x(x∈{0，1})導(dǎo)致單元j也寫入了x，則稱單元i有多重寫入故障。多重寫入故障不一定具有對稱性。

3 存儲器的測試算法
    目前存儲器的測試算法中比較著名的有March算法及其各種變種算法、Gallop算法，這些算法太過復(fù)雜，測試效率不高。本文所提出的算法不僅故障覆蓋率能夠達(dá)到實際應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，而且測試效率有明顯提高。
3．1 外圍互連線的測試算法
    存儲器外圍互連線包括控制線、數(shù)據(jù)線和地址線。對于控制線的測試沒有比較規(guī)范的測試方法，但是如果控制線存在故障，存儲器基本無法正常工作。一般而言，控制線的故障在對數(shù)據(jù)線和地址線的簡單測試中就能被發(fā)現(xiàn)，所以不作專門測試。
    數(shù)據(jù)線和地址線的測試的目的不只是發(fā)現(xiàn)故障，更主要的是精確定位故障以便很容易地進(jìn)行修復(fù)或更換。采用“三步法”，該算法不僅能夠精確地定位故障，而且還能區(qū)分固定邏輯故障和橋接短路故障這兩種不同類型，具體算法如表1所列。

    第一步測試數(shù)據(jù)線是否存在開路故障和固定邏輯故障，第二步測試數(shù)據(jù)線是否存在短路故障，第三步測試地址線是否存在開路或短路故障。在第二步測試結(jié)束時進(jìn)行數(shù)據(jù)線故障診斷，在第三步測試結(jié)束時進(jìn)行地址線故障診斷。[!--empirenews.page--]
3．2 內(nèi)部存儲單元測試算法
    內(nèi)部單元的測試算法有Checkboard測試、MSCAN算法、March算法、GALPAT、跨步法等算法，本文對內(nèi)部存儲器單元進(jìn)行測試，采用如圖2所示的棋盤和跨步相結(jié)合的算法，在檢測數(shù)據(jù)單元時采用棋盤圖形，在檢測地址譯碼時采用跨步圖形，將棋盤測試法和跨步法各自的優(yōu)點合二為一。

4 測試結(jié)果
    將本文所涉及的算法進(jìn)行測試效率與故障覆蓋率的分析，并將結(jié)果進(jìn)行比較，如表2所列。其中d為地址線數(shù)目，n為數(shù)據(jù)線數(shù)目，M為待測存儲器空間大小，一般M=2d。從表中可以看出這些算法的測試效率比典型的March算法效率高很多，三步法的測試復(fù)雜度只有4(n+d+1)，棋盤跨步相結(jié)合的算法的測試復(fù)雜度也有5M，在故障覆蓋率也滿足應(yīng)用要求，完全可以為實際項目所采用。