Введение к работе
-1 -
Актуальность работы. В последние годы наметилась устойчивая тенденция роста производства смешанных ИМС. Во многом этому способствует широкое развитие таких высокотехнологичных приложений, как беспроводная связь, компьютерные и сетевые технологии, цифровая обработка аналоговых данных и др. Особенностью смешанных ИМС является размещение аналоговых и цифровых подсхем на одном кристалле или нескольких кристаллах, помещенных внутрь одного корпуса. Данное решение позволяет существенно сократить габариты устройств, а также повысить качество обработки данных.
Наиболее трудоемким и дорогостоящим этапом при создании ИМС является тестирование, которое позволяет обеспечіпь высокие требования по надежности и качеству функционирования проектируемых схем, установить соответствие выходных характеристик их спецификациям. Чрезвычайная сложность задачи тестирования смешанных ИМС определяется такими факторами, как, во-первых, различные особенности функционирования аналоговых и цифровых подсхем, во-вторых, различная степень влияния неисправностей на работу этих подсхем.
К настоящему времени разработано множество методик тестирования цифровых схем, для аналоговых же схем универсальных методик не существует. Поиск тестовых решений здесь ведется для определенных классов устройств или даже для конкретных схем. При этом привлекаются следующие подходы: структурное тестирование, функциональное тестирование, методы сканирования (ШЕЕ Р1149.4), >5?-подходы. В настоящее время наиболее эффективным и широко используемым подходом к аналоговому тестированию является функциональное тестирование, которое заключается в подаче на вход устройства тестовых воздействий и верификации его выходных откликов. На основании анализа выходных реакций принимается решение, исправна исследуемая схема или нет. Преимущества данного подхода по сравнению с другими объясняются простотой формирования входных тестовых воздействий, которое осуществляется еще на этапе проектирования устройств (DFT), легкостью контроля соответствия выходных характеристик их техническим спецификациям, решением задачи диагностики и др. Повышение эффективности данного подхода связывают с автоматизацией процессов формирования входных тестовых воздействий, разрабатывая и используя для этого средства САПР тестирования (ТСАПР).
Широко исследуемым направлением современного автоматизирован-
-2-ного проектирования ИМС является разработка методик формирования сценариев тестовых мероприятий. Все современные средства САПР основываются на привлечении подхода тестопригодного проектирования на ранних этапах разработки устройств, что позволяет использовать в полном объеме функциональные особенности ИМС при формировании для них тестовых решений, что крайне важно при разработке высоконадежных аналогоьых и смешанных интегральных схем.
Отечественная прикладная наука добилась определенных успехов в разработке методов и средств параметрического контроля интегральных схем. Идеи и методы контроля, связанные с вопросами комплексного обеспечения надежности и качества полупроводниковых приборов и интегральных схем, изложены в работах известных отечественных ученых: Н.Н. Горюнова, Ю.Г. Миллера, А.А. Чернышева, Т.И. Алексаняна, ЯЗ. Малкова и др. Среди зарубежных ученых, внесших свой вклад в разработку методов и средств тестирования и диагностики аналоговых интегральных схем следует выделить: Дж. Бэндлер, Б. Каминска, Б. Куртуа, А.Э. Салама и др.
Актуальными задачами функционального тестирования аналоговых и смешанных ИМС являются разработка и реализация новых методов выбора типа входных тестовых воздействий, методов построения компактных структур, осуществляющих верификацию выходных откликов, а также методов, решающие задачу диагностики различных видов неисправностей. Кроме того, актуальной задачей является создание подсистем САПР, осуществляющих синтез и анализ тестов, а также сопрягаемых со стандартами САПР схемотехнического моделирования аналоговых и смешанных ИМС.
Цель работы. Исследование и развитие методов тестирования аналоговых и смешанных интегральных схем и разработка на их основе математического и программного обеспечений подсистемы, осуществляющей формирование компактных многочастотных тестовых воздействий и выяапение неисправных компонентов тестируемой схемы. Для достижения данной цели в работе ставятся и решаются следующие задачи.
-
Исследование методов и подходов реализации тестовых мероприятий аналоговых и смешанных интегральных схем.
-
Разработка методики тестирования линейных и квазилинейных аналоговых схем в рамках функционального многочастотного подхода.
-
Разработка методики и алгоритма формирования структуры справочника неисправностей на основе свойств чувствительности для линейных и квазилинейных аналоговых схем.
-
Разработка методики и алгоритма выявления места возникновения
-з -неисправности в исследуемых устройствах на основе использования справочника неисправностей и моделей исправного функционирования компонентов.
-
Разработка структуры и алгоритмов подсистемы проектирования тестовых последовательностей, апробация их в системе математического моделирования MATLAB.
-
Разработка программного обеспечения в виде пакета прикладных программ подсистемы проектирования тестовых последовательностей для линейных аналоговых и смешанных ИМС. Исследование разработанного программного обеспечения.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использовались методы теории САПР, схемотехнического анализа, теории чувствительности и математического моделирования.
Научная новизна работы. Новые научные результаты, полученные в работе, состоят в следующем:
-
Разработана и исследована методика формирования компактного набора входных тестовых последовательностей для линейных и квазилинейных аналоговых схем на основе анализа чувствительности, которые обеспечивают максимальное проявление возможных неисправностей на выходных параметрах исследуемых схем.
-
Разработана и исследована методика построения справочника неисправностей, позволяющего осуществлять тестирование аналоговых линейных схем и диагностику в них одиночных неисправностей. Получаемый справочник неисправностей обладает универсальной структурой для выявления широкого класса возможных неисправностей.
-
Разработана и исследована методика локализации неисправностей в линейных и квазилинейных аналоговых схемах. Для выявления места возникновения неисправности достаточно использовать справочник неисправностей, полученный для исследуемого устройства в рамках тестопригодного проектирования, и информацию об исправном функционировании компонентов цепи, полученную на основе выходного контроля.
Практическая ценность. Разработанные методики и алгоритмы могут найти широкое применение при разработке ПО различных САПР. Открытость архитектуры подсистемы тестирования и возможность ее взаимодействия с любыми пакетами схемотехнического моделирования позволяют включать новые, необходимые пользователю модули и реализовывать собственные сценарии тестирования для различных классов устройств. Предлагаемая методика может быть реализована в виде структуры встроенного самотестирова-
-4-ния (BIST), что приведет к снижению сложности проведения тестовых мероприятий. Получаемые в результате работы компактные структуры справочников неисправностей можно размещать в ПЛИС.
Реализация и внедрение результатов работы. Работа по теме диссертации проводилась на кафедре информатики и вычислительной техники (ИВТ) ВлГУ в Центре микроэлектронного проектирования и обучения в рамках х/д НИР №2104/99, №2321/00, №2325/00 и №2408/00. Полученные результаты исследований в виде методик, алгоритмов процесса диагностирования, программного обеспечения подсистемы САПР тестирования внедрены в государственном межотраслевом научно-технологическом центре «НАУКА» г. Москва, а также в учебный процесс кафедры ИВТ Владимирского государственного университета.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих семинарах и конференциях:
V Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика» (Зеленоград, 1998);
5th International Conference «Mixed Design of Integrated Circuits and Systems (MIXDES)» (Lodz, Poland, 1998);
международная научно-техническая конференция «Конверсия, приборостроение, медицинская техника» (Владимир, 1999);
международная научная конференция «Современные информационные технологии в образовательном процессе и научных исследованиях» (Шуя, 2000);
IV Международная научно-техническая конференция «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии (ФРЭМЭ-2000)» (Владимир, 2000);
5th ШЕЕ MTT/ED/AP/CPTM Saratov-Penza Chapter Workshop «Computer Aided Design in Applied Electrodynamics and Electronics» (Saratov, 2000);
IV Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП'2000)» (Саратов, 2000);
региональная научно-техническая конференция «Интеллектуальные и информационные системы (Интеллект'2000)» (Тула, 2000);
НТК профессорско-преподавательского состава ВлГУ (1998 - 2000 гг.);
научно-практические семинары Центра микроэлектронного проектирования и обучения ВлГУ (1998 - 2000 гг).
На защиту выносятся:
I. Методика построения справочника неисправностей и формирования тестового вектора минимальной длины на основе анализа чувствительности.
-
Методика выбора компактного набора тестовых частот, обеспечивающих максимальное проявление возможных в тестируемых схемах неисправностей на выходных параметрах данных устройств.
-
Методика выявления места возникновения одиночной неисправности, использующая статистическую информацию об исправном функционировании элементов исследуемой схемы.
-
Структура, алгоритмы и программные модули подсистемы тестирования аналоговых и смешанных ИМС.
-
Результаты проведения тестовых мероприятий для ряда линейных и квазилинейных аналоговых схем.
Публикации по работе. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, из них 3 - в материалах европейских конференций, 3 статьи - в сборниках научных трудов и 9 тезисов докладов в сборниках международных и российских научно-технических конференций.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Основная часть диссертации изложена на 172 страницах машинописного текста. Диссертация содержит 50 рисунков и 15 таблиц. Библиография включает 127 наименований.
