一、數字邏輯測試的核心目標

1. 故障檢測

2. 發現制造過程中引入的物理缺陷（如晶體管失效、金屬層短路等）導致的邏輯錯誤。

3. 功能驗證

4. 確認芯片的數字電路在輸入信號下是否按照設計規范輸出正確結果。

5. 可靠性保障

6. 通過測試篩選出早期失效芯片，降低出廠后的故障率。

二、常見的數字邏輯故障模型

1. Stuck-at Fault（固定型故障）

• 信號線被“固定”為邏輯0（Stuck-at-0, SA0）或邏輯1（Stuck-at-1, SA1）。

• 常見的故障模型，占測試用例的80%以上。

1. Transition Fault（跳變故障）

• 信號無法在要求的時間內從0跳變到1（Slow-to-Rise）或從1跳變到0（Slow-to-Fall）。

• 通常與時序相關，需測試電路的工作頻率。

1. Bridging Fault（橋接故障）

• 兩根或多根信號線短路，導致邏輯沖突（如線與、線或）。

1. Open Fault（斷路故障）

• 信號線斷路，導致邏輯門輸入懸空或輸出失效。

三、數字邏輯測試的核心方法

1. 掃描鏈測試（Scan Chain Testing）

• 原理：將芯片中的時序電路（如觸發器）改造成可串聯的掃描鏈，通過移位操作注入測試向量并捕獲響應。

• 流程：

• Scan-in：將測試數據串行輸入掃描鏈。

• 功能模式：施加一個時鐘周期使電路運行。

• Scan-out：串行輸出捕獲的響應，與預期結果對比。

• 優點：覆蓋率高，易于自動化（ATPG工具支持）。

• 缺點：增加電路面積和功耗，可能影響時序。

2. 內建自測試（BIST, Built-In Self-Test）

• 原理：在芯片內部集成測試電路（如LFSR生成偽隨機測試向量，MISR壓縮響應）。

• 類型：

• Logic BIST：測試組合邏輯和時序邏輯。

• Memory BIST：專門測試片上存儲器。

• 優點：降低對外部測試設備的依賴，適合量產測試。

• 缺點：占用芯片面積，測試時間較長。

3. 自動測試向量生成（ATPG, Automatic Test Pattern Generation）

• 原理：通過算法自動生成能覆蓋目標故障的測試向量。

• 常用算法：

• D算法（針對Stuck-at故障）。

• PODEM（面向復雜電路的路徑敏化算法）。

• 工具：商用EDA工具（如Synopsys TetraMAX, Cadence Modus）。

• 挑戰：隨著電路規模增大，測試向量數量和生成時間指數級增長。

4. 基于仿真的驗證

• 原理：通過仿真工具（如ModelSim, VCS）對比設計模型與測試結果的一致性。

• 應用場景：

• 設計階段的RTL級驗證。

• 故障注入仿真（驗證測試向量的有效性）。

四、測試流程的關鍵步驟

可測試性設計（DFT, Design for Testability）

• 在芯片設計階段插入掃描鏈、BIST模塊等，提升測試覆蓋率。

測試向量生成

• 使用ATPG工具生成覆蓋目標故障的測試向量。

測試應用

• 在ATE（自動測試設備）上加載測試向量，執行測試并捕獲響應。

故障診斷

• 分析失效芯片的測試結果，定位故障位置（用于工藝改進或設計修正）。

五、挑戰與解決方案

1.測試覆蓋率與成本平衡

• 問題：10  0%覆蓋率不現實，且測試時間直接影響成本。

• 方案：使用故障壓縮技術（如XOR壓縮）、動態測試向量優化。

2.時序敏感電路測試

• 問題：高速電路中的延遲故障難以捕捉。

• 方案：采用At-Speed Testing（全速測試）和路徑延遲測試。

3.功耗與散熱

• 問題：測試時電路切換頻繁，導致瞬時功耗過高。

• 方案：低功耗掃描鏈設計、分時測試。

六、實際應用工具與標準

• EDA工具：

• ATPG：Synopsys TetraMAX, Mentor Graphics TestKompress。

• DFT：Cadence Modus, Siemens Tessent。

• 測試標準：

• IEEE 1149.1（JTAG邊界掃描）。

• IEEE 1500（嵌入式核測試）。