DFT设计绪论

DFT设计的主要目的是为了将defect-free的芯片交给客户。

产品质量，通常使用Parts Per million(PPM)来衡量。

但是随着IC从SSI到VLSI的发展，在test上花销的时间越来越多，test的quality却很难提高，这使得DFT的engineer不断的发展着DFT的技术。

DFT engineer面对的第一个问题是设计内部的状态的可测试性问题。在1970-1980年间，提出了ad hoc等可测试性设计的方法。

可以提高一个design的可测试性，但是对于sequential的电路还是很难进行ATPG的产生。

对于combinational的电路，有很多ATPG的算法可以用来进行test pattern的生成，但是对于sequential的电路却很难。

后来带有直接外部访问的storage elements的提出，才解决了sequential的可测性与可观性。这样的cell叫做scan cells。

scan design是目前为止，使用最多的structure的DFT方法，通过将多个storage element连接为多个shift register来实现。

一个design中，所有的storage element都做了scan inserting，这样的design叫做full-scan design；

一个design中，大多数的(超过98%)的storage element做了scan inserting，这样的design叫做almost full-scan design。

一些不用SDFF替代的cell，可能是不想要在scan mode下被改变的register，本身就是shift register的寄存器(包括sync FF)

timing非常critical的path等。

一个design中，一些storage element做了scan inserting，并且使用了sequential的ATPG，这样的design叫做partial-scan design。

其中的storage element主要为了break sequential feedback来选择，从90年代起，随着沈亚微米技术的发展，full_scan逐渐代替

partial_scan成为主流。

每一个DFF的D端值，可以表示为某些DFF的Q值和组合逻辑的函数来得到，Di=f(Qx, Input)。在SE为1的情况下，所有的Qx都有了确定的值。

如果整个chip的input pad也是固定值，那每一个DFF的D端值一定是可以计算出来的。

一些analog和ram类的输出信号，着这种会进行bypass处理，保证Di是一个确定值。如果没有相应的mux，那TMAX计算出的Di为不确定值。

相应DFF在移位出scan chain的时候，对应的cycle应该进行mask处理。

这些hardblock如果没有bypass处理，会影响test coverage。

为了提高fault coverage，一些scan design rules必须被遵循。除了scan_design外，还有Built_in self_test(BIST)和test compression

也得到了很广泛的应用。

而近几年，DFT的测试开始从netlist转向RTL level来减小test development的时间，以及testable的code。

scan register的替换，带来的area increased，大约在15%

compression logic带来的area increased，大约在1%

bist logic带来的area increased，大约在2%--5%

defect的model类型有：

Stuck At

Transition

Path Delay

Bridge Test

IDDQ

针对芯片的三大部分，我们DFT工程师手里有三大法宝

BSCAN技术-- 测试IO pad，主要实现工具是Mentor-BSDArchit,sysnopsy-BSD Compiler

MBIST技术-- 测试mem,   主要实现工具是Mentor的MBISTArchitect 和 Tessent mbist

ATPG 技术-- 测试std-logic,  主要实现工具是：产生ATPG使用Mentor的 TestKompress 和synopsys TetraMAX；

插入scan chain主要使用synopsys 的DFT compiler/cadence的RTL Compiler

Mentor的工具更新为Tessent平台，包括工具：Tessent FastScan                  Tessent MemoryBIST

Tessent testKompress           Tessent LogicBIST

Tessent Scan

Tessent Diagnosis

Insert scan:

1.         虽然教科书会介绍很多种DFT DRC,但是在实际设计中95%的工作在修复scan_clk和scan_reset的DRC violation

2.         修复clk/reset violation 的方法主要是用DC插入mux ,目的是使在scan_mode下clk和reset被芯片scan_clk和scan_reset pad控制。

同时，scan_clk和scan_reset pad会用于ATE给芯片施加激励

3.         插入scan时，DFT Compiler必须修复的DRC violations 类别为D1/D2/D3/D9

4.         做全片级的DFT设计时，需要在scan_in,scan_out,scan_reset,scan_clk的IO pad 的OEN/IE/REN端插入mux,控制pad的输入和输出方向

Atpg patterns产生和仿真

1.         所有的模拟模块，例如PLL,POR等，一般设置为black-box,无法用ATPG测试其内部

2.         芯片clk,power,reset的控制寄存器，一般不会放到scan_chain上，以免在测试时由于寄存器的动作，改变芯片工作状态

3.         考虑power domain的开关，一般必须保证在scan测试时，所有power domain都打开，每个数字标准单元都能测试到。

4.         如果有模拟的IO pad,一般必须在产生pattern时mask掉，因为他们不是数字的，ATPG工具无法控制它们

5.         业界一般使用DC插入OCC (on chip clocking)模块，实现at-speed scan测试电路

MBIST工具

目前使用较多的是MBISTArchi,但是Tessent MBIST以后会成为主流。原因是Mentor公司2013年已经宣布MBISTArchi将不再提供技术支持，

而且Tessent MBIST技术更为先进。

1.         所有的MBIST设计应该考虑diagnose,加入diagnose电路，方便诊断mem故障，这会在芯片量产时大大提高成品率。

2.         由于ARM与Mentor有合作，Coretex-A9以上的ARM核具有share-bus接口,可以很好支持Tessent Mbist，

就能够实现ARM内核的mem的高速测试和访问,也提高了ARM CPU的性能。

3.         Tessent MBIST会使用JTAP,只占用TCK/TMS/TDO/TDI/TRST五个pad,比MBISTArich使用更少的pad资源

BSCAN 工具

1.         所有的模拟IO,一般无法用bscan来测试，不要加上bscan_cells

2.         所有需要测试的数字pad的OEN/IE/REN 在bscan_mode下，需要插mux来控制

3.         所有需要测试的数字pad的PU/PD 在bscan_mode下，一般需要插mux来控制,保证在bscan_mode下，

PU和PD=0,才能使bscan HIGHZ测试仿真通过

4.         所有JTAG的强制要求指令如IDCODE,EXIST必须在bscan电路中实现，特别是BYPASS

chip中的test mode可以分为analog(BIST)，function，BIST，SCAN，IO

Yield：良率 (number of acceptable parts)/(total number of parts fabricated)