一種改進的基于掃描的電路設計

引言

　　近年來，隨著科學技術的不斷發(fā)展。單一芯片中所含的晶體管數(shù)目越來越多，其電路也越來越復雜。

　　為了確保芯片在制作完成后的正確性，有關電路測試的這個問題越來越受重視。而且其測試的難度及成本也越來越高，于是如何有效地檢驗電路的正確性，并大幅度地降低測試成本，成為我們現(xiàn)在研究的熱點。通常我們在設計芯片的同時，可以根據(jù)芯片本身的特征，額外地把可測性電路設計（Design For TESTability）在芯片里。談到可測性的電路設計，內建自測試（BIST）和基于掃描Scan—Based）的電路設計是常被提及的。

　　基于掃描的電路設計是可測性設計中最常用的一種方法。它是屬于TEST—Per—Scan測試方法的電路。

　　目前的測試方法有兩種，一種是TEST—Per—Scan，另一種是TEST—Per—Clock，這兩種測試方法各有各的優(yōu)缺點。所謂TEST—Per—Scan的運作方式，就是我們將一個電路里的全部或部分寄存器串聯(lián)起來，形成一條掃描鏈，然后將測試序列在每個周期移入一個值，直到測試向量填滿整個掃描路徑為止，再經過一個周期后，我們將待測電路的測試結果傳到掃描鏈里。最后移出做壓縮分析。這種方法的優(yōu)點是很容易運用在任何商業(yè)性的設計流程中，而且其硬件架構對系統(tǒng)功能的影響較小，控制硬件設計也較為簡單：缺點是要*較多的時間來產生測試向量，測試速度慢。所謂TEST—Per一Clock，就是當我們在測試電路的時候，每一個周期都送進一個新的測試向量進入電路，同時在電路的輸出得到測試的結果，所以這種方式的電路測試時間較短，速度較快。

　　基于掃描的電路設計，主要是將待測電路內的寄存器，全部或部分用掃描寄存器來代替，讓我們在對電路進行測試的時候可以輕易地控制其輸入及輸出，掃描寄存器最常用的結構是多路掃描寄存器，它是在普通寄存器的輸入端口加上一個多路器， 如圖1所示。測試控制端即多路器的選擇端，數(shù)據(jù)輸入端為正常的功能輸入端。此外還有測試輸入端、時鐘輸入端和數(shù)據(jù)輸出端。當測試輸入端為“0”時，寄存器為正常的功能輸入，電路處于正常模式；當測試輸入端為“1”時，寄存器為掃描輸入。電路就轉換成掃描模式。很明顯。基于掃描的電路設計可以增加待測電路的可控制性和可觀察性。這種設計方式。優(yōu)點是需要額外的硬件空間較少，而且測試的效果較好，缺點是測試時間太長。造成測試時間長的原因有多個方面，我們可以通過分析基于掃描的電路設計來得到。這個缺點，正是我們想要改進的部分。

　　2 基于掃描的電路的基本單元

　　2.1 線性反饋移位寄存器（LFSR）

　　最簡單的測試向量產生器就是由線性反饋移位寄存器（Linear Feedback Shift Registers，LFSR）來組成的。因為當時鐘信號改變時，線性反饋移位寄存器內D觸發(fā)器的值就會改變，此時我們就可以將這些會一直改變的值當成測試向量，送給電路做測試。

　　一般的線性反饋移位寄存器可以分為兩類，分別是Extemal XOR線性反饋移位寄存器和Internal XOR線性反饋移位寄存器，如圖2所示。這兩種線性反饋移位寄存器的主要差別在于External XOR線性反饋移位寄存器的modulo一2加法器是放在電路的反饋路徑上。而Internal XOR的線性反饋移位寄存器的加法器則是放在兩個寄存器之問。這兩種不同結構的線性反饋移位寄存器所產生出的測試向量也不一樣，ExternalXOR線性反饋移位寄存器所產生的測試向量有下列特性：每個向量與下個向量之問的關系，是向量中的位分別往右移了一位。而Internal XOR的線性反饋移位寄存器由于modulo一2加法器是在寄存器之問，所以產生的測試向量看起來比External XOR線性反饋移位寄存器有更隨機的特性，所以我們必須選擇InternalXOR LFSR作為測試向量產生器。