IC測試技術(shù)將進(jìn)入新的階段

一、降低測試成本提高測試速度勢在必行

任何一種電子產(chǎn)品都離不開體積小、功能強(qiáng)的芯片，正是芯片推動(dòng)著IC飛速發(fā)展，同時(shí)，也推動(dòng)著IC電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化和測試技術(shù)的發(fā)展，但是測試不可避免的地要滯后于IC的開發(fā)。

系統(tǒng)級(jí)芯片（或系統(tǒng)集成芯片）測試是一個(gè)費(fèi)時(shí)間的過程。要完成測試，要降低測試成本，需要生成數(shù)千測試圖形和矢量，還要達(dá)到足夠高的故障覆蓋率才行。隨著測試鏈從芯片級(jí)延伸到板級(jí)、系統(tǒng)級(jí)、最后到現(xiàn)場級(jí)測試，面臨的測試挑戰(zhàn)倍增。每一級(jí)都將增加費(fèi)用，測試成本可能將占到芯片成本的一半。

全美IC供貨商工業(yè)協(xié)會(huì)要求迅速降低測試成本。全美電子制造首創(chuàng)公司在半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展藍(lán)圖上，提出在今后10年中將測試成本降低90％。半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)負(fù)責(zé)確定的這一國際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖采用了美國、歐洲、韓國和中國臺(tái)灣的數(shù)據(jù)。

英特爾公司的副總裁PatrickCelsinger先生利用1998年更新的技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖數(shù)據(jù)，提出了測試摩爾定律，并在美國大西洋城舉行的1999年國際測試會(huì)議上就此做了講演。該定律預(yù)測未來幾年，每一晶體管的硅投資成本將低于其測試成本。PatrickCelsinger先生指出，硅成本已迅速下降，測試成本卻基本保持不變。并且，被測器件的速度常常比測試設(shè)備能測的速度高。也就是說，測試設(shè)備的發(fā)展速度已跟不上測試對象的發(fā)展。同時(shí)，測試成本在制造成本中所占比例過大。

二、混合信號(hào)測試總線新標(biāo)準(zhǔn)

伴隨系統(tǒng)級(jí)芯片嵌入核或虛擬部件（IP模塊）概念的出現(xiàn)，產(chǎn)生了混合信號(hào)測試的概念。芯片的測試重點(diǎn)一直是數(shù)字輸入/輸出，但某些嵌入核和芯片需要模擬測試。為此，IEEE半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)（SA）標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)于1999年6月批準(zhǔn)了建立混合信號(hào)測試總線標(biāo)準(zhǔn)的1149.4文件。

1149.4測試總線能將板上所有芯片與板外的模擬激勵(lì)信號(hào)源和對激勵(lì)作出響應(yīng)的測量儀器相連。對每一塊混合信號(hào)IC而言，1149.4測試總線規(guī)定了芯片上的矩陣開關(guān)。這樣，通過芯片的邊界掃描寄存器就能夠把特定的管腳與1149.4總線直接相連。

IEEE1149.4向被測的系統(tǒng)級(jí)芯片提供了連接模擬激勵(lì)與響應(yīng)的路徑。符合此標(biāo)準(zhǔn)的器件通過與1149.1兼容的數(shù)據(jù)寄存器（IEEE1149.1-1990規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)測試接入端和邊界掃描結(jié)構(gòu)）控制的虛擬模擬開關(guān)陣列，就能提供模擬測試能力。通過符合IEEE1149.4標(biāo)準(zhǔn)的混合信號(hào)器件的每一根模擬管腳均能輸入模擬電流，輸出電壓響應(yīng)。

每一根模擬管腳都能仿真1149.1測試接入端標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字狀態(tài)，即提供靜止的高低電平，并捕獲數(shù)字響應(yīng)。

IEEE1149.4標(biāo)準(zhǔn)的重點(diǎn)是互連（包括擴(kuò)展的互連）測試。許多模擬信號(hào)管腳不是直接連到其它IC管腳上，而是通過無源元件來連接的，即在模擬管腳之間連接有電阻、電容、電感，從而形成了擴(kuò)展互連。為了對模擬信號(hào)管腳進(jìn)行互連測試，1149.4標(biāo)準(zhǔn)包括一個(gè)完整的管腳邊界環(huán)路。本質(zhì)上，所有管腳的邊界掃描寄存器都是基于管腳的測試單元。另外，IEEE1149.4還應(yīng)用邊界掃描寄存器來捕捉每一模擬信號(hào)管腳的電壓比特值。采用這種方式，模擬管腳已用于簡單互連芯片的短路和開路測試。

三、混合信號(hào)測試呼喚測試新技術(shù)

混合信號(hào)測試總線是測試數(shù)字和模擬信號(hào)的起點(diǎn)，但不是解決問題的全部方案。

集成電路制造商希望找到一種測試方法，既能確保產(chǎn)品高質(zhì)量，又能使成本合算。換句話說，測試是一種使合格產(chǎn)品產(chǎn)量最大、次品減至最低的方式。隨著越來越多的核，無論是存儲(chǔ)器、邏輯電路、鎖相環(huán)即射頻IC核都集成到系統(tǒng)級(jí)芯片中。目前，制造商幾乎找不到一種滿意的自動(dòng)測試設(shè)備來測試它們?，F(xiàn)有的測試設(shè)備還不能測試像鎖相環(huán)等模擬/混全信號(hào)器件。安捷倫技術(shù)公司自動(dòng)測試分部的CregCeary先生說，過去的芯片或是混合信號(hào)器件或是數(shù)字器件。而現(xiàn)在的一些器件可能是數(shù)字的，但卻有大量的模擬特性，這就對測試設(shè)備提出了新的測試需求。對此，模擬與混合信號(hào)核目前還沒有明確的測試方案。而數(shù)字測試系統(tǒng)能使用基于掃描的測試方法來測試其內(nèi)部特性。數(shù)字測試大部分是結(jié)構(gòu)性測試，它能檢測開路、短路和邏輯狀態(tài)。而模擬測試多半是有關(guān)特性的功能測試，它能檢查器件的工作是否正常。一個(gè)方案就是將測試過程分散到整個(gè)制造過程中，把成本分散開。確定在每一級(jí)（晶片、芯、襯底、板、系統(tǒng)和最終產(chǎn)品）應(yīng)該監(jiān)視什么。對混合信號(hào)IC的模擬部分必須采用復(fù)雜的高精度的功能測試。唯一明確的答案是對芯片的模擬部分的功能進(jìn)行直接測量。然而，混合信號(hào)測試系統(tǒng)太昂貴，定價(jià)高達(dá)100～300萬美元，因?yàn)樗M與數(shù)字測試設(shè)備。

四、數(shù)字測試新標(biāo)準(zhǔn)有待擴(kuò)充改進(jìn)

IEEE和VSI（虛擬插座接口）聯(lián)盟等標(biāo)準(zhǔn)化組織，都是通過使IC測試的某些方面實(shí)現(xiàn)一致性來降低測試成本。如果每一測試設(shè)備，不管誰開發(fā)的，都能運(yùn)行設(shè)計(jì)IC時(shí)開發(fā)的測試圖形，就能縮短測試時(shí)間，降低測試成本。1999年獲得正式批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)IEEE1450是有關(guān)數(shù)字測試矢量的標(biāo)準(zhǔn)測試接口語言（STIL）。它能將CAD和CAE環(huán)境的測試矢量傳輸給自動(dòng)測試設(shè)備。IC生產(chǎn)商與自動(dòng)測試設(shè)備制造商的工業(yè)聯(lián)合體一起開發(fā)了這種標(biāo)準(zhǔn)測試接口語言，是為了解決大量數(shù)字測試數(shù)據(jù)的裝入問題。這一標(biāo)準(zhǔn)語言的確定對涉及這一問題的各方（產(chǎn)生數(shù)據(jù)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化設(shè)備供貨商、處理數(shù)據(jù)的IC供貨商和接受數(shù)據(jù)的自動(dòng)測試設(shè)備供貨商）都是有益的。標(biāo)準(zhǔn)測試接口語言能在仿真器、自動(dòng)測試圖形發(fā)生器（ATPG）、內(nèi)置自測試（BIST）和自動(dòng)測試設(shè)備之間傳輸測試圖形，而現(xiàn)有的設(shè)計(jì)工具的不同軟件界面不能進(jìn)行這種傳輸。通過采用連接IC設(shè)計(jì)和測試環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)方式很容易產(chǎn)生、傳輸和處理測試數(shù)據(jù)。通過對數(shù)據(jù)通用格式的定義，IEEE1450允許立即連接支持該標(biāo)準(zhǔn)的測試設(shè)備。不需要支持特殊語言的內(nèi)部測試接口，也不用修改這些接口，就能支持不同的設(shè)備。這一關(guān)聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)使得產(chǎn)生共享工具的環(huán)境成為可能，并可在供貨商和測試環(huán)境之間尋找到通用的測試流。

標(biāo)準(zhǔn)測試接口語言支持測試設(shè)備的仿真和自動(dòng)測試圖形發(fā)生器工具產(chǎn)生的定時(shí)、技術(shù)性能、圖形和串行掃描描述。功能強(qiáng)大的波形支持信號(hào)定時(shí)的分級(jí)定義，并十分適合現(xiàn)代微處理器的總線結(jié)構(gòu)。定時(shí)可用定時(shí)性能表和定時(shí)關(guān)系表來表示。

測試矢量數(shù)據(jù)可用增量格式，以取消冗余的數(shù)據(jù)。循環(huán)矢量可定義為宏信息，以進(jìn)一步減少測試數(shù)據(jù)量。由于構(gòu)成了標(biāo)準(zhǔn)測試接口語言格式，因此，當(dāng)微處理器供貨商需要時(shí)，還可以對圖形文件進(jìn)行修改和重復(fù)使用。標(biāo)準(zhǔn)測試接口語言存儲(chǔ)支持邊界掃描的串行掃描數(shù)據(jù)，不用干預(yù)測試轉(zhuǎn)換，就可直接進(jìn)行測試。IC數(shù)字測試其它方面的標(biāo)準(zhǔn)化工作還在進(jìn)行，數(shù)據(jù)IEEE1450標(biāo)準(zhǔn)工作組的意見，標(biāo)準(zhǔn)化努力已擴(kuò)大到5個(gè)方面。在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)環(huán)境方面有P1450.1，直流電平的技術(shù)性能方面有P1450.2，測試儀的測試對象方面有P1450.3，測試流方面有P1450.4，半導(dǎo)體測試方法方面有P1450.5。這5方面中的每一方面都與主要的IEEE1450標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)，并是具有其它能力的完整方面。它們可單獨(dú)使用，如果一個(gè)環(huán)境需要所有的能力，也可集中使用。最終，IEEE1450系列標(biāo)準(zhǔn)將包括以上所有這些方面，但是要制定每一標(biāo)準(zhǔn)的所有條款還需要一段時(shí)間。

IEEE1450.1就是個(gè)很好的例子。這一有關(guān)設(shè)計(jì)環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)測試接口語言（STIL）擴(kuò)展包括由嵌入核測試標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)組確定的結(jié)構(gòu)。其構(gòu)想是用標(biāo)準(zhǔn)測試接口語言來定義結(jié)構(gòu)，以便對設(shè)計(jì)的嵌入核的測試圖形進(jìn)行定義，從而這些測試可合并到整個(gè)器件的更高一級(jí)測試中。這樣，利用標(biāo)準(zhǔn)測試接口語言定義的結(jié)構(gòu)必須能將測試器件環(huán)境獲得的失效信息與原始激勵(lì)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來。如何做到所有這些是個(gè)“難點(diǎn)”，為了擴(kuò)大標(biāo)準(zhǔn)測試接口語言定義在IC設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用，必須擴(kuò)展執(zhí)行概念，使標(biāo)準(zhǔn)接口語言作為一種激勵(lì)語言。采用這種方式，該語言可能首先作為數(shù)據(jù)的中間形式，然后獲得測試環(huán)境下作為輸入端模擬數(shù)據(jù)所需的設(shè)計(jì)信息。

最終，標(biāo)準(zhǔn)制定小組規(guī)劃確定一種結(jié)構(gòu)，它能使設(shè)計(jì)環(huán)境與測試失效信息相關(guān)聯(lián)。然后，通過采用標(biāo)準(zhǔn)測試接口語言的失效輸入，完成調(diào)試和診斷。

五、嵌入核測試標(biāo)準(zhǔn)急需系統(tǒng)推出

現(xiàn)在芯片設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)是系統(tǒng)級(jí)芯片。這種IC將重復(fù)使用已設(shè)計(jì)好的功能復(fù)雜的電路模塊，即嵌入核，也稱為IP模塊或虛擬部件。對包括兩個(gè)或多個(gè)廠商提供的嵌入核的IC的可測性來說，還沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。每一個(gè)核提供商都在其產(chǎn)品上設(shè)計(jì)了一些可測性電路。然而，如果沒有單獨(dú)定義的、公開的可測性設(shè)計(jì)方法，核集成商不能自動(dòng)檢測每一核的可測性，也不能對它們進(jìn)行集成。; IEEEP1500是測試嵌入核的推薦標(biāo)準(zhǔn)。它已正式稱為基于嵌入核的IC的P1500標(biāo)準(zhǔn)可測性方法。P1500工作組為重復(fù)使用IP模塊的IC制定了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可測性方法。該標(biāo)準(zhǔn)的概念在于具有獨(dú)立性，即嵌入核具有自測試電路，在功能上與整個(gè)IC或其它嵌入核無關(guān)。

IEEEP1500的目的是確定檢測與診斷這類IC故障的可測性要求，同時(shí)使不同廠商提供的核易于交互?？蓽y性設(shè)計(jì)方法的結(jié)果是自動(dòng)識(shí)別和配置含嵌入式核的IC的可測性特性。該方法適合各類數(shù)字嵌入式核。

P1500努力的關(guān)鍵不是標(biāo)準(zhǔn)化核的測試方法，而是標(biāo)準(zhǔn)化核的測試語言（CTL）和測試核的殼（wrapper）。核測試語言與標(biāo)準(zhǔn)測試接口語言有許多相同的基本原理。它為核提供商向核集成商提供了一個(gè)正式的傳遞方式。對每一種核可供利用的信息有測試方法、限制條件、故障覆蓋率和圖形信息等。

P1500特別工作組已解決了有關(guān)技術(shù)問題，并將通過測試實(shí)例來進(jìn)行驗(yàn)證。β測試計(jì)劃正在制定中。有關(guān)該語言的正式文件已于1999年12月發(fā)布?；静糠质强膳渲玫?，可升級(jí)的殼。通過與芯片上的測試接入部分連接，殼使系統(tǒng)級(jí)芯片中的核測試變得極為容易。這樣，通過指令寄存器進(jìn)行測試方式轉(zhuǎn)換，殼可以進(jìn)行內(nèi)部測試、外部測試和診斷。

殼和指令寄存器都是P1500結(jié)構(gòu)特別工作組的“作品”，其目標(biāo)是使核測試標(biāo)準(zhǔn)化：

●確定系統(tǒng)級(jí)芯片與嵌入核之間的測試接口；

●通過核的接入和隔離，測試重復(fù)使用的核，包括邏輯電路的可測性和內(nèi)部的互連；

●采用即插即用協(xié)議，增加核測試的交互作用，從而提供核供貨商與用戶的測試效率。最終，核測試方法由核供應(yīng)商確定。IEEE1500支持幾種測試方法，如掃描測試、內(nèi)部自測試和IDDQ（靜態(tài)電流）測試。但是，核的集成商確定系統(tǒng)級(jí)芯片的測試接入機(jī)制。P1500標(biāo)準(zhǔn)確定了用于系統(tǒng)級(jí)芯片上的核的接入與隔離的核測試機(jī)制。

六、滿足急需的工業(yè)規(guī)范應(yīng)不斷地及時(shí)推出

正式標(biāo)準(zhǔn)要等很長的時(shí)間才能制定出來。如制定混合信號(hào)測試總線就用了8年。在工業(yè)界，早上市是成功的關(guān)鍵。無測試標(biāo)準(zhǔn)的情況不能再延續(xù)下去了。1999年7月，VSI（虛擬插座接口）聯(lián)盟發(fā)布了一系列規(guī)范，希望它能填補(bǔ)發(fā)布IEEE1500之前的空白。事實(shí)上，VSI聯(lián)盟工作組包括了制定IEEE1500標(biāo)準(zhǔn)的公司。

VSI聯(lián)盟的這一規(guī)范有一個(gè)笨拙的名稱：《測試數(shù)據(jù)交換格式和虛擬部件提供商準(zhǔn)則1.0版本》。當(dāng)虛擬部件（IP模塊）提供商與測試集成商之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，什么信息應(yīng)采用什么格式是工業(yè)界試圖確定的。目的是為了能測試包含不同廠商提供的核的系統(tǒng)級(jí)芯片。

該規(guī)范集擴(kuò)展了聯(lián)盟結(jié)構(gòu)文件中有關(guān)測試的信息。它詳細(xì)地說明了IP模塊提供商應(yīng)提供的測試和可測性設(shè)計(jì)指標(biāo)。提供的信息包括核測試策略、可測性、可測性設(shè)計(jì)方法、隔離技術(shù)、協(xié)議等方面的數(shù)據(jù)，但沒提到與虛擬部件有關(guān)的測試矢量和協(xié)議等信息。通過確定這些提供的信息，核的提供商將向測試集成商提供開發(fā)整個(gè)系統(tǒng)級(jí)芯片測試程序的測試數(shù)據(jù)。

該標(biāo)準(zhǔn)甚至建議使用表格形式來規(guī)范提供的信息。為了避免術(shù)語造成的混淆，還包括了涉及一系列可測性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和標(biāo)準(zhǔn)的通用測試術(shù)語。VSI聯(lián)盟制造測試工作組對該規(guī)范的進(jìn)一步修改將滿足嵌入核集成商與測試工程師之間進(jìn)行信息傳輸?shù)男枰Ｐ薷暮?，這些規(guī)范有助于測試工程師選擇適合的測試設(shè)備，也有助于測試工程師評估自動(dòng)測試設(shè)備的速率、精度、定時(shí)靈活性、測試成本和有效性。