Hochintegrierte Schaltungen: Prüfgerechter Entwurf und Test

1 Einleitung.- 1.1 Das Testproblem für hochintegrierte Schaltungen.- 1.2 Teststrategien.- 1.3 Zum Aufbau des Buches.- 2 Technologische Grundlagen.- 2.1 Fertigungsprozesse und Fehlermechanismen.- 2.1.1 Bipolare Schaltungen.- 2.1.2 MOS-Techniken.- 2.1.3 Fehlermechanismen.- 2.1.3.1 Punktuelle Defekte.- 2.1.3.2 Systematische Defekte.- 2.1.4 Die Prozeßüherwachung.- 2.1.5 Die Prozeßvalidierung.- 2.2 Ausbeutemodelle.- 2.2.1 Das Poissonmodell.- 2.2.2 Ungleichmäßige Fehlerdichten.- 2.2.3 Das Stapper-Modell.- 2.2.4 Das Produktmodell.- 2.3 Der Test.- 2.3.1 Der Pre-Test.- 2.3.2 Der Prototyp-Test.- 2.3.2.1 Die Schaltungscharakterisierung.- 2.3.2.2 Diagnoseverfahren.- 2.3.3 Der Produktionstest.- 2.3.3.1 Arbeitsschritte beim Produktionstest.- 2.3.3.2 Testgeräte.- 2.4 Die Produktqualität.- 3 Schaltungs- und Fehlermodellierung.- 3.1 Ebenen der Schaltungsmodellierung.- 3.2 Die Layout-Ebene.- 3.2.1 Struktur und Verhalten.- 3.2.2 Induktive Fehleranalyse.- 3.2.2.1 Qualitative Analyse.- 3.2.2.2 Analyse des Verhaltens.- 3.2.2.3 Quantitative Analyse.- 3.3 Die Schalterebene.- 3.4 Die Gatterebene.- 3.4.1 Schaltungsmodellierung als Graph.- 3.4.2 Bauelementefunktionen.- 3.4.3 Fehlermodelle auf Gatterebene.- 3.4.3.1 Das Haftfehlermodell.- 3.4.3.2 Fehlerreduktion.- 3.4.3.3 Komplexe kombinatorische Funktionsfehler.- 3.4.3.4 Übergangsfehler.- 3.4.3.5 Fehler in dynamischen MOS-Schaltungen.- 3.4.3.6 Verzögerungsfehler.- 3.4.3.7 Kurzschlußfehler.- 4 Fehlersimulation.- 4.1 Prinzip der Logiksimulation.- 4.1.1 Simulationsebenen.- 4.1.2 Modellierung des Zeitverhaltens der Schaltglieder.- 4.1.3 Simulationsarten.- 4.1.3.1 Compilierte Simulation.- 4.1.3.2 Tabellengesteuerte Simulation.- 4.1.3.3 Ereignisgesteuerte Simulation.- 4.2 Klassische Verfahren der Fehlersimulation.- 4.2.1 Parallele Fehlersimulation.- 4.2.1.1 Repräsentation der Fehler.- 4.2.1.2 Fehlerinjektion.- 4.2.2 Deduktive Fehlersimulation.- 4.2.2.1 Fehlerlisten.- 4.2.2.2 Listenereignisse.- 4.2.3 Nebenläufige Fehlersimulation.- 4.3 Innovative Simulationsverfahren.- 4.3.1 Fehlererkennung und boolesche Differenzen.- 4.3.2 Gebietsanalyse.- 4.3.3 Parallele Musterbehandlung.- 4.4 Komplexität der Fehlersimulation.- 4.5 Approximative Verfahren.- 4.5.1 Kritische Pfade.- 4.5.2 Pessimistische und optimistische Approximation.- 4.5.3 Parallele Approximation.- 4.5.4 Bewertung großer Testmengen.- 4.6 Simulation von Verzögerungs-und Übergangsfehlern.- 4.6.1 Einfache Verfahren mit paralleler Musterbehandlung.- 4.6.2 Erkennung dynamischer Fehler.- 5 Prüfpfad-Techniken.- 5.1 Synchrone Schaltungen.- 5.1.1 Speichernde Bauelemente.- 5.1.2 Taktschemata.- 5.2 Prüfpfad für flankengesteuerte Elemente.- 5.2.1 Das Prinzip des Prüfpfads.- 5.2.2 Flankengesteuerte Prüfpfadelemente.- 5.3 LSSD: “Level-Sensitive Scan-Design”.- 5.3.1 LSSD-gerechte Speicherelemente.- 5.3.2 Die LSSD-Regeln.- 5.3.3 Automatische Regelüberprüfung.- 5.3.4 LSSD-Konfigurationen.- 5.4 Der Prüfbus (“Random Access Scan”).- 5.5 “Scan/Set”-Logik.- 5.6 Auswirkungen der Prüfpfadtechnik auf Test und Systemfunktion.- 5.7 Standardisierung.- 5.7.1 Baugruppentest.- 5.7.2 Boundary-Scan.- 5.7.3 Test Access Port.- 6 Der Test mit Zufallsmustern.- 6.1 Test mit linear rückgekoppelten Schieberegistern.- 6.1.1 Mustererzeugung.- 6.1.1.1 Zufallseigenschaften von Musterfolgen.- 6.1.1.2 Algebraische Grundlagen.- 6.1.1.3 Das charakteristische Polynom.- 6.1.1.4 Maximale Schieberegisterfolgen.- 6.1.1.5 Zufallseigenschaften maximaler Schieberegisterfolgen.- 6.1.2 Signaturanalyse.- 6.1.2.1 Testdatenkompression.- 6.1.2.2 Schaltungen zur Polynomdivision.- 6.1.2.3 Serielle Signaturanalyse.- 6.1.2.4 Fehlermaskierungswahrscheinlichkeiten.- 6.1.2.5 Parallele Signaturanalyse.- 6.2 Der Testaufbau.- 6.3 Testlängen.- 6.4 Signalwahrscheinlichkeiten.- 6.4.1 Die Berechnung von Signalwahrscheinlichkeiten.- 6.4.2 Schätzung von Signalwahrscheinlichkeiten.- 6.4.2.1 Statistische Verfahren.- 6.4.2.2 Berechnung von Intervallen.- 6.4.2.3 Analytische Verfahren.- 6.4.2.4 Effiziente Schätzverfahren.- 6.5 Fehlererkennungswahrscheinlichkeiten.- 6.5.1 Berechnung von Fehlererkennungswahrscheinlichkeiten.- 6.5.2 Schätzung von Fehlererkennungswahrscheinlichkeiten.- 6.6 Ungleichverteilte Zufallsmuster.- 6.6.1 Bestimmung optimierter Eingangswahrscheinlichkeiten.- 6.6.2 Zufallstests mit mehreren Verteilungen.- 6.6.3 Testdurchführung mit ungleich verteilten Zufallsmustern.- 7 Deterministische Testerzeugung für Schaltnetze.- 7.1 Klassische Verfahren.- 7.1.1 Algebraische Verfahren.- 7.1.2 Pfadsensibilisierende Verfahren.- 7.1.2.1 Der Würfelkalkül.- 7.1.2.2 Testerzeugung durch Einzelpfad-Sensibilisierung.- 7.1.2.3 D-Würfel.- 7.1.2.4 Der D-Algorithmus.- 7.1.3 Der indizierte D-Algorithmus.- 7.2 Die Komplexität deterministischer Testerzeugimg für Schaltnetze.- 7.3 Testbarkeitsmaße für den deterministischen Test.- 7.4 Innovative Testerzeugungsverfahren.- 7.4.1 Testerzeugung als Suchverfahren.- 7.4.2 Heuristische Pfadwahl.- 7.4.3 Beschränkung des Suchraums.- 7.5 Vollständige Testerzeugungsprogramme.- 7.5.1 Testerzeugung und Fehlersimulation.- 7.5.2 Testsatzkompaktierung.- 8 Der pseudo-erschöpfende Test.- 8.1 Das Prinzip des pseudo-erschöpfenden Tests.- 8.2 Schaltungssegmentierung.- 8.2.1 Segmentierungsalgorithmen.- 8.2.2 Segmentierung durch Pfadsensibilisierung.- 8.2.3 Hardware-Segmentierung.- 8.2.3.1 Multiplexer-Partitionierung.- 8.2.3.2 Segmentierungszellen.- 8.3 Pseudo-erschöpfende Testmengen.- 8.3.1 Musterkompaktierung.- 8.3.2 Mustererzeugung.- 8.3.3 Testdurchführung.- 8.4 Pseudo-erschöpfender Test für Übergangs- und Verzögerungsfehler.- 9 Teststrategien für Schaltwerke.- 9.1 Zur Komplexität des Schaltwerkstests.- 9.2 Deterministische Testerzeugung für Schaltwerke.- 9.2.2 Der D-Algorithmus für Schaltwerke.- 9.3 Azyklische Schaltwerksgraphen.- 9.3.1 Vereinfachungen des Testproblems.- 9.3.2 Äquidistanz.- 9.3.3 Schaltungsmodifikationen.- 9.3.3.1 Erzeugung azyklischer S-Graphen.- 9.3.3.2 Erzeugung äquidistanter S-Graphen.- 9.4 Erzeugung und Anwendung deterministischer Testmuster bei azyklischem S-Graph.- 9.5 Zufallstestbare Schaltwerke.- 9.5.1 Gleichverteilte Zufallsmuster.- 9.5.2 Ungleichverteilte Zufallsmuster.- 9.5.3 Zeitunabhängige Gewichte.- 9.6 Der pseudo-erschöpfende Test für Schaltwerke.- 10 Selbsttestbare Schaltungen.- 10.1 Gespeicherter Selbsttest.- 10.1.1 Testprogramme.- 10.1.2 Kompaktierung der Testprogramme.- 10.2 Multifunktionale Testregister.- 10.2.1 Testregister zur Erzeugung gleichverteilter Zufallsmuster.- 10.2.1.1 Built-in Logic Block Observer (BILBO).- 10.2.1.2 Testregister auf der Basis modularer linear rückgekoppelter Schieberegister.- 10.2.2 Testregister zur Erzeugung ungleichverteilter Zufallsmuster.- 10.2.2.1 Aufbau der Testregister.- 10.2.2.2 Zufallseigenschaften.- 10.2.2.3 Rundung der Eingangswahrscheinlichkeiten.- 10.2.2.4 Verdrahtungsproblem.- 10.2.3 Register zur Erzeugung deterministisch bestimmter Muster.- 10.2.4 Register zur Erzeugung pseudo-erschöpfender Testmengen.- 10.3 Plazierung multifunktionaler Testregister.- 10.3.1 Reduktion auf Schaltnetze.- 10.3.2 Reduktion auf Schaltwerke mit azyklischem S-Graphen.- 10.3.2.1 Erzeugung azyklischer Selbsttest-Graphen.- 10.3.2.2 Gruppierung der Flipflops.- 10.3.2.3 Anpassung der Testregister an Schaltwerke.- 10.4 Testablaufplanung.- 10.5 Synthese der Selbstteststeuerung.- 11 Testverfahren für spezielle Strukturen.- 11.1 PLAs.- 11.1.1 Implementierung eines PLAs.- 11.1.2 Funktionsdarstellung eines PLAs.- 11.1.3 Fehlermodellierung für PLAs.- 11.1.3.1 Haftfehler.- 11.1.3.2 Kreuzungspunktfehler.- 11.1.3.3 Brückenfehler.- 11.1.3.4 Abhängigkeiten zwischen den Fehlermodellen.- 11.1.4 Deterministische Testerzeugung für PLAs.- 11.1.5 Der Zufallstest für PLAs.- 11.1.5.1 Fehlererkennungswahrscheinlichkeiten.- 11.1.5.2 Ungleichverteilte Zufallsmuster.- 11.1.5.3 Eine Beispielrechnung.- 11.1.6 Prüfgerechter Entwurf von PLAs.- 11.2 Test von Speicherfeldern.- 11.2.1 Aufbau von Speicherfeldern.- 11.2.2 Fehlermodellierung für RAMs.- 11.2.3 Testverfahren.- 11.2.3.1 Tests für Haftfehler.- 11.2.3.2 Tests für musterabhängige Fehler.- 11.2.4 Selbsttestbare Speicherstrukturen.- 11.3 Ausblick.- Literatur.- Stichwortverzeichnis.