解決多總線系統級芯片測試問題的多域方法

多總線IC設計的迅速涌現將使測試過程更為復雜，對于基于多時鐘域和高速總線的復雜IC設計，傳統的ATE方法缺乏必要的多域支持和足夠的性能以確保快速的 測試開發和高效能。本文提出在測試復雜的多域IC過程中，可以使用單周期和多周期模式策略。通過將適用的模式策略與在這些平臺中有效使用的高級ATE工具 相結合，測試工程人員可為高性能IC(如北橋)設計更有效的測試解決方案。

隨著數據率的增加，自動測試儀器(ATE)通常會 喪失時序靈活性。在不支持多時域的ATE系統中，必須進行必要的折衷：要么運行在較低的數據率上，要么通過改變仿真以使其中一個時鐘域工作在與現有時域相 同的數據率上。上述兩種情形中，器件將不能以與“原始模式(native mode)”激勵相同的數據率進行測試。

為了測試 這些多時鐘域總線及更新的異步串行總線，工程人員需要盡可能接近待測器件的測試系統，因為測試系統將用于終端應用，這被稱為“原始模式”測試。原始模式下 的測試可以改進整體故障覆蓋率和故障診斷，因為設計人員可以隨意改變任何一條總線，而其余總線仍能在期望的速率下運行。具有這項功能同樣也能改進測試時 間，因為無需載入或改變設定的時間，而且測試模式/時序也更容易開發。

現在，高級器件(如個人計算機系統中使用的北橋和南橋芯片組設備)可以包含兩個以上時鐘域，而數據率高達400Mbps的高速串行總線則加重了系統復雜度。北橋和南橋是傳統個人計算機架構中的兩個核心器件。 南橋處理系統的I/O功能，而北橋則負責系統處理器、圖像子系統、內存和PCI夾層總線之間的高速通信。

與早期的器件不同，像北橋這樣的精密IC具有完全獨立的高速總線，這要求測試支持獨立的周期長度及帶有獨立循環和配對循環的時間設定。例如，北橋部分具有4 個獨立的功能域，并且在不同的測試中，這些域也將形成不同的組合。某個測試可能具有運行于400Mbps的DDR和AGP組合，而CPU總線和南橋鏈接則 運行于533Mbps。幾毫秒之后，另一測試要求DDR總線工作于另一不同速率。那些只支持雙時域的測試器將無法滿足這樣的靈活性要求。在一種情形下， 3.0ns周期域將會導致問題(如圖1所示)，因為該周期域下的時序在時間設定交換中將強置為1.875 ns的時序周期；而在另一情形下，測試工程人員可將器件的測試模式拆分為兩組：3.0 ns域和1.875ns域，而且完全可以同時運行這兩種模式，但兩種模式必須具有不同的時間基點。

圖2中的示例只是測試中需要支持的各種總線－速率關系中的一種。這些總線可根據不同的測試改變速率關系：在一些測試中，一條總線的速率可以唯一確定；而在其他測試中，一些總線或許將出現問題，從而使新總線進入多時域模式。

盡管早期的ATE架構通常只支持單個高速時序發生器，而其他的測試系統(如Credence公司推出的測試系統)則早在十幾年前就開始支持4個或更多的時 域。通過采用現代先進的多時域測試系統(如Octet)中的工具和特性，測試工程人員可設計具有成本效益的測試過程，這些過程可以滿足先進多時域IC不斷 增加的測試需求。

測試開發

為了處理具有這種復雜度的器件，測試開發必須廣泛了解待測設備(DUT)的基本信息。通常，復雜器件往往未獲取充分的設計數據就送達測試部門，因此測試工程人員不得不利用“逆向工程”獲取所需的數據。

以前，測試工程人員只需知道電源和接地的位置、I/O配置就能路由至任意引腳。隨著更快總線器件的涌現，工程人員意識到現在他們必須將專門管理這些高速總線 的測試器資源作為下一步研究對象。在不久的將來，PCI快速總線和其他資源同步總線(SSB)將能被專用的測試器信道資源使用，從而支持傳統的數字測試功 能及新的SSB測試功能，如抖動插入/檢測、偽隨機比特流(PRBS)生成與捕獲以及時鐘恢復功能。

隨著器件速率和復雜度的增加，測試工程人員將需要更詳細的DUT數據，以構建適當的測試器件和過程。如果這些設備的數據率超過幾百兆bps，那么測試設置就變得尤為重要，因此需要重點關注器件設計。工程人員必須確保差分對布線在長度和阻抗上匹配，并采用高質量器件。

過去，在器件開發中可以吸收DUT開發經驗。現在，對DUT的理解已遠比開發重要。通過將提供的數據同公布的標準進行比較，測試工程人員可以在總體上更好地理解DUT操作及特定的時鐘域。獲得了上述信息，測試工程組可以確定如下關鍵特性：

獨立域數目

每個域的最大頻率

每個域的引腳數目

最小電壓波動

差分信號

終止

多域測試方法

如圖2所示，北橋部分具有多路總線，但只需要有限個獨立的時鐘域用于測試。這些總線通過內部PLL進行計時，該PPL的參考時鐘通常工作在很低的頻率上。前 端總線(FSB)時鐘的頻率為133MHz，而數據的頻率則是其四倍。在AGP時鐘頻率為66MHz的情形中，內部PLL可以將該頻率提升8倍，達到 533MHz。術語“4倍頻”則能以另一種方式指示數據由頻率是主時鐘數倍的內部時鐘進行計時。

盡管眾多不同的時鐘處于北橋 的一個域中，但DCLKIN引腳(內存時鐘)并不同支持其余時鐘的測試器周期完全對齊。為了處理這種非對齊波形，帶有時間設定支持的測試器可在連續的方向 上提供不同的邊緣器件。例如，測試模式生成軟件可生成具有8項時間設置的重復模式，這些時間設置可在測試器上重復生成。

總體而言，測試工程人員可采用以下兩種常用解決方案(單時域或多時域)中的一種解決時鐘域問題：

單時域：測試模式采用時間設置重生成域關系，該方法可能用盡目標ATE上的時間設置/邊緣設置內存。

多時域：仿真數據將拆分為具有獨立時序的多個ATE模式，該方法依賴于器件設計。

當啟動首個多域項目時，如果ATE系統支持，那么理想的方法是在特定的模式上實現這兩種方法。這種方法可以使測試工程人員在調試期間獲取更多的靈活性。

將模式轉換為特定測試器周期邊界的過程稱為“周期化”。典型的測試向量生成工具默認狀態下將嘗試生成單時域模式，但許多早期的ATE平臺具有受限的時間設置 資源，而且一些模式完全不適合或者需要在較低的頻率上運行。實現多個測試器周期則更為困難，但測試工程人員可在不同的速率條件下為實現“周期化”以進行 I/O子集處理。測試中，載入不同的模式集并在ATE上作為獨立實體運行。如果混淆了引腳順序，那么將很難區分屬于不同時鐘域的引腳。這時，腳本就是對現 有專用于檢查的模式文檔中的總線進行分組的最有效工具。不同的ATE對于所能支持的域數目及每組中引腳的數目具有不同的限制。因此，測試工程人員在設計測 試架構之前，充分了解域的需求至關重要。

小結

除了DUT特性，測試工程人員還必 須充分了解目標測試器的性能，以有效地采用多域測試方法。除了支持的時域數目，工程人員還需要了解支持的時間設置數目和任何高速率限制。這時物理學原理也 同樣適用，而且許多工程人員還試圖理解任何平臺上I/O頻率超過150MHz條件下的聚焦標準和往返時延。