嵌入式存储器测试算法的研究与实现

摘要

随着深亚微米技术的发展，嵌入式存储器在片上系统芯片（SoC）上占有越来越多的比重。由于嵌入式存储器中晶体管密集，存在高布线密度、高复杂度和高工作频率等因素，很容易发生物理缺陷。因此，研究高效率的测试算法，建立有效地嵌入式存储器测试方法，对提高芯片成品率，降低芯片生产成本具有十分重要的意义。测试算法是存储器测试的核心内容。算法的推导需要在故障覆盖率和算法复杂度上进行折衷。因此，如何得到低复杂度、高故障覆盖率的算法，是算法研究的难点。同时，存储器内建自测试（MBIST）电路作为附加测试电路，要求具有尽可能小的面积及功耗，而且不能影响存储器电路的正常工作。 本文从单一单元故障和耦合故障的13种存储器故障类型的研究出发，针对每种故障原语提出对应的March测试算法，通过这些测试算法的优化合并，推导出65nm工艺要求下的新型March28算法，新算法可以检测所有现实的连接性故障、单一单元故障、耦合故障和数据保持故障，并且复杂度减少12．5％。对于用户自定义March算法的研究有一定的理论参考价值。之后生成了针对新算法的MBIST电路，在进行了优化升级之后应用于SoC上84个嵌入式存储器的测试，最后对MBIST电路的模块级和芯片级仿真结果表明，在不引入I/O管脚的情况下，可实现对存储器的测试。测试结果表明，本文设计的测试算法和电路满足研究设计要求，对实际应用提供了重要参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪 论

1.1集成电路测试的重要性

1.2可测性设计

1.2.1 Ad-Hoc的可测试性设计方法

1.2.2结构化的可测试性设计方法

1.3存储器测试

1.3.1存储器测试的重要性

1.3.2存储器测试的方法

1.3.3存储器测试的难点

1.4论文的主要内容及工作安排

第二章存储器的故障模型及测试算法

2.1存储器基本概念

2.1.1存储器的类型

2.1.2存储器的功能模型

2.2存储器的缺陷和故障模型

2.2.1存储器的缺陷

2.2.2存储器的故障类型

2.3存储器的故障分析

2.3.1故障原语的定义

2.3.2单一单元故障类型

2.3.3耦合故障类型

2.4常用嵌入式存储器测试算法

2.4.1 MSCAN算法

2.4.2 Checkerboard算法

2.4.3 GALPAT算法

2.4.4 March算法

2.4.5各种测试算法的比较

2.5本章小结

第三章嵌入式存储器测试的March算法研究

3.1经典的March算法比较

3.2 March算法的研究方法

3.3单一单元故障的March算法研究

3.3.1状态故障(SF)

3.3.2转换故障(TF)

3.3.3写干扰故障(WDF)

3.3.4读破坏故障(RDF)

3.3.5错误读故障(IRF)

3.3.6伪读破坏故障(DRDF)

3.3.7单一单元故障的March算法总结

3.4耦合故障的March算法研究

3.4.1状态耦合故障(CFst)

3.4.2干扰耦合故障(CFdsrx)

3.4.3干扰耦合故障(CFdsxwx)

3.4.4干扰耦合故障(CFdsxwlx)

3.4.5转换耦合故障(CFtr)

3.4.6写破坏耦合故障(CFwd)

3.4.7读破坏耦合故障(CFrd)

3.4.8伪读破坏耦合故障(CFdrd)

3.4.9错误读耦合故障(CFir)

3.4.10耦合故障的March算法总结

3.5基于65nm工艺的新March算法研究

3.5.1对WDF和DRDF的分析

3.5.2对耦合故障CFdsxwx，CFdrd，CFwd的分析

3.5.3对数据保持故障DRF的分析

3.6本章小结

第四章新算法的电路实现与仿真验证

4.1 MBIST电路的实现

4.1.1嵌入式存储器建模

4.1.2 MBIST电路结构

4.2.3 MBIST电路生成

4.2 MBIST电路的应用与模块级连接

4.2.1片选信号改进

4.2.2低功耗设计

4.2.3高速时钟频率下的存储器测试

4.2.4旁路电路改进

4.3 MBIST电路的芯片级连接

4.3.1 JTAG技术

4.3.2 MBIST的并行连接

4.4电路与算法仿真结果

4.4.1 March 28算法仿真

4.4.2芯片顶层功能验证

4.4.3 MBIST电路的后仿真

4.5本章小结

第五章结论

致 谢

参考文献