基于LFSR优化的BIST低功耗设计

2015-03-19 09:58:58   来源:eechina   

关键字: BIST  LFSR  低功耗

引言  

随着便携式设备和无线通讯系统在现实生活中越来越广泛的使用,可测性设计(DFT)的功耗问题引起了VLSI设计者越来越多的关注。因为在测试模式下电路的功耗要远远高于正常模式,必将带来如电池寿命、芯片封装、可靠性等一系列问题。随着集成电路的发展,内建自测试(BIST)因为具备了诸多优越性能(如降低测试对自动测试设备在性能和成本上的要求、可以进行At—speed测试及有助于保IP核的知识产权等),已成为解决SoC测试问题的首选可测性设计手段。  

在BIST中常用线性反馈移位寄存器(LFSR)作为测试模式生成器(TPG)。LFSR必须产生很长的测试矢量集才能满足故障覆盖率的要求,但这些矢量消耗了大量的功率。  

另外,在系统工作模式下,应用于给定电路的连续功能输入矢量具有重要的相关性,而由LFSR产生的连续测试模式之间的相关性很低。因此,在自测试期间会增加电路中节点的翻转活动,导致功耗增大。  

2 功耗分析和WSA模型  

CMOS电路*耗的来源主要分为静态功耗和动态功耗两种。漏电流或从电源供给中持续流出的其它电流导致静态功耗。动态功耗则是因为短路电流和负载电容的充放电,从而由电路正常工作时的功能跳变所引起的,它包括功能跳变、短路电流、竞争冒险等。对于CMOS工艺来说,目前动态功耗是电路功耗的主要来源。  

对于节点i上每次开关上的功耗为:  


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式中,Si是单周期内翻转的次数,Fi是节点i的扇出,C0是最小输出负载电容,VDD是电源电压。  

从式(1)看出,门级的功耗估计与Si和Fi的乘积和节点i的翻转次数有关。节点的扇出由电路拓扑决定,而它的翻转次数由逻辑模拟器来估计。这个乘积即称为节点i的权重翻转活动(Weighted Switching Activity,WSA)。在测试过程中WSA是节点i功耗Ei的唯一变量,所以WSA可作为该节点的功耗估计。对于一对连续的输入矢量TPk=(Vk-1,Vk),电路总的WSA为:  


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式中i是电路中所有节点的个数,S(i,k)是由TPk所激励节点i的翻转次数。  

根据式(2),考虑长度为L的测试矢量TS作为电路的输入矢量,电路总的WSA为:  


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根据以上功率和能量消耗的表达式,再给定一个电路设计为CMOS的工艺和供给电源,可得以下结论:  

(1)电路中节点i的跳变数成为唯一的影响能量、最大功耗和平均功耗的参数。  

(2)测试中时钟的频率也影响着平均功耗和最大功耗。  

(3)测试长度,即施加在待测电路(CUT)上的测试向量的数目一只影响总的能量的消耗。  

3 LFSR优化的低功耗方法  

通过对测试过程的功耗分析可知,选择BIST低功耗的方案时,一方面可以通过减少测试序列长度来实现(但该方法往往以牺牲故障覆盖率为代价),另一方面降低WSA值也可实现系统功耗的降低。  

在BIST结构中,线性反馈移位寄存器(LFSR)由于结构的简单性、规则性、非常好的随机测试矢量生成特性、用来压缩测试响应时的混淆概率非常小等特点,在DFT的扫描环境中很容易集成,所以当从扫描DFT设计升级成BIST设计时,LFSR因其硬件开销很小而成为BIST中应用最广的矢量生成结构。  

基于LFSR优化的BIST结构可分为test—per-一scan和test—per—clock两类结构。test—per—scan技术引起的面积开销较小,测试结构简单,易于扩展:而test—per—clock在一个周期内可实现矢量的生成和响应压缩,能够完成快速的测试。  

3.1 基于扫描的test—per—scan方式  

3.1.1 基本结构  

test—per一scan内建自测试的目标是尽可能的降低硬件开销。这种结构在每个输入输出端口处使用LFSR与寄存器的组合来代替LFSR。图l是test—per-scan内建自测试的基本电路结构。在内建自测试矢量下,LFSR生成测试矢量并且通过扫描移位寄存器(shift register)将测试矢量移位到待测电路(CUT)的输入端,同时响应被移入LFSR并压缩。  
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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0319/article_11069.html
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