生產制造中的低功耗測試方法

ATPG技術：具有功率意識的測試波形生成

除了DFT方法之外，商用化ATPG工具現在也考慮到了具有功率意識的測試波形生成功能。ATPG圖案主要針對圖案生成時的一個或一組故障。不會使控制狀態發生沖突的波形可以被合并成統一的一個波形，這被稱為波形壓縮。當壓縮完成時，一般不到3%的控制點會包含特定的值，這些值確定了針對目標故障的測試。這些確定的控制點稱為關注位。剩余控制點(稱為非關注位)可以用默認隨機邏輯數填充。這些隨機值偶爾可以用來測試不作為波形目標的故障。

這種非關注位的隨機值填充將導致掃描期間發生約50%的設計掃描觸發器開關動作。商用化ATPG工具提供的電源管理技術具有調整默認隨機填充的波形生成功能。重復填充方法則重復最后關注位，直到遇到另外的關注位，從而可確保掃描轉移加載期間的開關動作大大減少。無論使用哪種方法都可以獲得同樣的故障覆蓋率。

例如，如果ATPG圖案是0XXXX110XXXX11XXXX11，其中X代表非關注位，那么隨機填充可能導致最終波形變成01010110101011010111，而重復填充變成01111110111111111111。隨機填充有15反轉，而重復填充只有3位反轉，因此在掃描鏈轉移期間反轉率明顯降低。為了避免開關動作減少得太多，另外一種方法是在對剩余位應用重復填充之前增加隨機位來增加開關動作。一些ATPG工具提供對波形的更多自動化控制，可避免造成IC的應力不足。
電源器件測試

為了解決功能性操作過程中的功耗問題，包括多路電壓(MSV)和電源關閉(PSO)在內的許多架構級電源管理技術正得到越來越廣泛的應用。這種技術可以提供高達80%的動態功率降低和幾個數量級的漏電功率下降。這些設計具有多種電源模式，設計的不同區域(也稱為域)可以處于不同的電源模式。

從DFT角度看，當內部掃描鏈、測試壓縮、存儲器BIST等測試結構被插入到這種設計中時，它們必須能在目標電源模式下工作。在以對應電源模式的測試模式測試芯片時，測試結構和實現與保持不同電源模式的控制器宏應該在測試儀上完全可控。

許多傳統測試解決方案“不計較”這些低功率特性，并在所有域的電源接通條件下做測試。而在具有功率意識的測試方法中，設計的功能性電源模式被映射到ATPG測試波形。映射必須做到包含至少一個處于“開”狀態的每個電源域的實例，這種狀態允許以在用邏輯故障為目標，同時測試電源域隔離邏輯，并進行“開狀態”驗證。同樣，還需要包含至少一個處于“關”狀態的每個電源域的實例，用于驗證和測試生成。

另外一個考慮因素是測試電源器件結構，包括電源控制器、電源開關和狀態保持(SR)觸發器，以及用于功能性電源管理的結構。在制造測試期間，必須對這些低功率器件中的缺陷進行精確建模和測試。例如，傳統的結構化測試不足以測試支持電源關斷和模式轉換的邏輯，因為傳統的ATPG和故障模型不足以解決處于斷電中的邏輯問題。例如，在關斷包含一個SR單元的域的電源后，由于SR單元不能保持最初加載的狀態，SR單元可能無法正常工作。目前商用DFT和ATPG工具都支持具有功率器件意識的測試。

本文小結

制造測試期間的功耗潛在影響不能再被忽視了。許多IC設計團隊的經驗表明，好的工程規劃、并行機制以及具有功率意識的DFT、ATPG和簽字確認工具可以減輕測試低功率架構和元件過程中遇到的測試功率問題。本文重點介紹了幾種實用的DFT和AFPG技術。隨著低功率電子器件的快速發展，DFT和ATPG領域中將涌現出更多創新技術、工具和絕佳實用方法。

表1：使用測試波形電源管理技術的低功率掃描與傳統掃描過程中開關功率的比較。