解決多總線系統(tǒng)級芯片測試問題的多域方法

多總線IC設(shè)計的迅速涌現(xiàn)將使測試過程更為復(fù)雜，對于基于多時鐘域和高速總線的復(fù)雜IC設(shè)計，傳統(tǒng)的ATE方法缺乏必要的多域支持和足夠的性能以確?？焖俚?測試開發(fā)和高效能。本文提出在測試復(fù)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(jié)合，測試工程人員可為高性能IC(如北橋)設(shè)計更有效的測試解決方案。

隨著數(shù)據(jù)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(tǒng)中，必須進行必要的折衷：要么運行在較低的數(shù)據(jù)率上，要么通過改變仿真以使其中一個時鐘域工作在與現(xiàn)有時域相 同的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(tǒng)，因為測試系統(tǒng)將用于終端應(yīng)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(shè)計人員可以隨意改變?nèi)魏我粭l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(shè)定的時間，而且測試模式/時序也更容易開發(fā)。

現(xiàn)在，高級器件(如個人計算機系統(tǒng)中使用的北橋和南橋芯片組設(shè)備)可以包含兩個以上時鐘域，而數(shù)據(jù)率高達400Mbps的高速串行總線則加重了系統(tǒng)復(fù)雜度。北橋和南橋是傳統(tǒng)個人計算機架構(gòu)中的兩個核心器件。 南橋處理系統(tǒng)的I/O功能，而北橋則負責(zé)系統(tǒng)處理器、圖像子系統(tǒng)、內(nèi)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(huán)和配對循環(huán)的時間設(shè)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?qū)?dǎo)致問題(如圖1所示)，因為該周期域下的時序在時間設(shè)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(guān)系中的一種。這些總線可根據(jù)不同的測試改變速率關(guān)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(xiàn)問題，從而使新總線進入多時域模式。

盡管早期的ATE架構(gòu)通常只支持單個高速時序發(fā)生器，而其他的測試系統(tǒng)(如Credence公司推出的測試系統(tǒng))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(xiàn)代先進的多時域測試系統(tǒng)(如Octet)中的工具和特性，測試工程人員可設(shè)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(fā)

為了處理具有這種復(fù)雜度的器件，測試開發(fā)必須廣泛了解待測設(shè)備(DUT)的基本信息。通常，復(fù)雜器件往往未獲取充分的設(shè)計數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。

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(xiàn)，工程人員意識到現(xiàn)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(tǒng)的數(shù)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(fù)功能。

隨著器件速率和復(fù)雜度的增加，測試工程人員將需要更詳細的DUT數(shù)據(jù)，以構(gòu)建適當(dāng)?shù)臏y試器件和過程。如果這些設(shè)備的數(shù)據(jù)率超過幾百兆bps，那么測試設(shè)置就變得尤為重要，因此需要重點關(guān)注器件設(shè)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(zhì)量器件。

過去，在器件開發(fā)中可以吸收DUT開發(fā)經(jīng)驗?，F(xiàn)在，對DUT的理解已遠比開發(fā)重要。通過將提供的數(shù)據(jù)同公布的標(biāo)準(zhǔn)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(guān)鍵特性：

獨立域數(shù)目

每個域的最大頻率

每個域的引腳數(shù)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(nèi)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(shù)據(jù)的頻率則是其四倍。在AGP時鐘頻率為66MHz的情形中，內(nèi)部PLL可以將該頻率提升8倍，達到 533MHz。術(shù)語“4倍頻”則能以另一種方式指示數(shù)據(jù)由頻率是主時鐘數(shù)倍的內(nèi)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(nèi)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(shè)定支持的測試器可在連續(xù)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(shè)置的重復(fù)模式，這些時間設(shè)置可在測試器上重復(fù)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(shè)置重生成域關(guān)系，該方法可能用盡目標(biāo)ATE上的時間設(shè)置/邊緣設(shè)置內(nèi)存。

多時域：仿真數(shù)據(jù)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(shè)計。

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

將模式轉(zhuǎn)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(rèn)狀態(tài)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(shè)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(xiàn)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(xiàn)“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(qū)分屬于不同時鐘域的引腳。這時，腳本就是對現(xiàn) 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(shù)目及每組中引腳的數(shù)目具有不同的限制。因此，測試工程人員在設(shè)計測 試架構(gòu)之前，充分了解域的需求至關(guān)重要。

小結(jié)

除了DUT特性，測試工程人員還必 須充分了解目標(biāo)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(shù)目，工程人員還需要了解支持的時間設(shè)置數(shù)目和任何高速率限制。這時物理學(xué)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(biāo)準(zhǔn)和往返時延。