超大规模集成电路测试：数字、存储器和混合信号系统

　　VLSI测试包括数字、存储器和混合信号三类电路测试，本书系统地介绍了这三类电路的测试和可测试性设计。全书共分三个部分。第一部分是测试基础，介绍了测试的基本概念、测试设备、测试经济学和故障模型。第二部分是测试方法，详细论述了组合和时序电路的测试生成、存储器测试、基于DSP和基于模型的模拟与混合信号测试、延迟测试和IDDQ测试等。第三部分是可测试性设计，包括扫描设计、BIST、边界扫描测试、模拟测试总线标准和基于IP核的SOC测试。本书可作为高等学校计算机、微电子、电子工程、无线电及自动控制、信号处理专业的高年级学生与研究生的教材和参考书，也可供从事上述领域工作的科研人员参考，特别适合于从事VLSI电路设计和测试的工程技术人员。本书前言译者序随着集成电路设计与加工技术的飞速发展，超大规模集成电路（VLSI）的测试已经成为一个越来越困难的问题，测试和可测试性设计的理论与技术已经成为VLSI领域中的一个重要研究方向，在理论和实践方面都有十分突出的价值。这一领域中的书籍和论文也层出不穷，MichaelL.Bushnell和VishwaniD.Agrawal两位教授合著的本书就是其中比较全面和优秀的一本著作，所以在我们的建议下，电子工业出版社决定将这本著作翻译出版，希望能对国内相关的技术人员有一定帮助。本书系统地介绍了数字、存储器和混合信号VLSI系统的测试和可测试性设计。它是根据原作者多年的科研成果和教学实践，结合国际上关注的最新研究热点，并参考大量的文献撰写而成的。全书共分三部分19章，第一部分是测试概论，介绍了测试的基本概念、测试设备、测试经济学和故障模型等。第二部分是测试方法，详细论述了组合和时序电路测试生成、存储器测试、基于DSP和基于模块的模拟和混合信号测试、延迟测试和IDDQ测试等。第三部分是可测试性设计，包括扫描设计、BIST、边界扫描测试、模拟测试总线标准和基于IP核的SOC测试等。本书反映了当今VLSI测试的研究现状和发展趋势，它是第一本全面覆盖数字、存储器和混合信号电路测试的专著和教科书。本书可作为高等学校计算机、微电子、电子工程、无线电及自动控制、信号处理专业高年级学生和研究生的教材和参考书，也可供从事上述领域工作的科研人员参考，特别适合于从事VLSI电路设计和测试的工程技术人员使用。本书的翻译分工如下：王新安负责第1~6章的翻译；冯建华负责第7章、第9~13章的翻译，并对第1~6章进行了审校；蒋安平负责第8章、第14~19章以及前言、附录的翻译，并对第7章进行了审校。北京大学微电子学研究院02级硕士研究生中也有很多同学参与了部分章节的初稿翻译工作，这里恕不一一列出他们的姓名。在本书的翻译出版过程中，一直得到了纽约城市大学陈星浩教授的大力帮助，他向我们推荐了这本著作，并帮助我们与原著作者进行了沟通；北京大学信息科学技术学院的各位领导给予了我们多方面的关心、鼓励和帮助。在此谨向为本书的翻译与出版付出辛勤劳动的各位老师、领导、同事、同学致以衷心的感谢。由于译者水平所限，在翻译中难免有错误或不妥之处，真诚希望各位读者在阅读本书时能将发现的错误及时告知，以便再版时能订正。前言现代电子测试已有40年的历史，在此期间，测试的专业人员举行过一些大型会议和许多专题学术研讨会，有一本专业期刊，并且在测试方面有一百多种书籍。但是仅在少数几所大学开设了测试方面的完整课程，而且主要是由对这个领域有研究兴趣的大学教授开设的。显然，在大多数教授还是学生的时候，他们没有学习过电子测试方面的课程。除了计算机工程的课程太多以外，缺少电子测试课程的主要原因是缺乏合适的教材。半导体器件工艺、电路设计和电子测试是VLSI的基础课程。因此，在计算机工程的课程中，基础课程需要安排在应用课程之前讲授。VLSI领域已经扩展到了系统芯片（systems-on-a-chip），其中包括数字、存储器和混合信号子系统。据我们所知，这是第一本包括所有这三种类型电子电路的教材。我们为大学本科的电子测试基础课编写了这本教材。作为一学期的课程，它的内容显然是太多了，教师可根据需要从中选择。我们不想限制教师的选择自由，因为选择可能依赖于个人的专长和兴趣。除此之外，一本内容丰富的书对其所有者来说，其好处是即使在课程结束后，它仍然是有用的。我们同样考虑了其他三类读者的需求。第一类是工程师，他们在毕业后从事各种类型的电子硬件设计、测试或制造工程。本书第一部分和第三部分侧重于面向设计的工程需求，而第一部分和第二部分着重于面向测试的工程需求。第二类是选择VLSI设计课程的学生，他们还没有学习有关测试的课程。第一部分和第三部分能满足他们的需求。第三类是研究生和从事研究的学生，他们会找到完全覆盖各种主题的内容，并且在因为篇幅限制而省略高级材料的地方有指向参考文献的索引。图1.6给出了阅读本书的几种方法。1999年，在国际测试会议的一次主题为“在VLSI设计过程中提高测试覆盖率”的讨论会上，一个来自微电子工业界的与会者提出的希望研讨的问题可概括为：测试经济学、典型的半导体缺陷、简单测试图形覆盖率、系统芯片设计的结构化可测试性设计方法（扫描、边界扫描、BIST）、自动测试设备（限制和费用）、经挑选的高级主题（IDDQ和延迟故障）。在写这本书时，我们一直牢记这个列表，并且希望讲授VLSI设计和电子测试课程的教师也是这样。我们都非常了解软件调试和硬件设计验证的不完善性，我们也没有采用形式化的方法验证书中的材料。尽管我们付出很大努力来消除错误，但是不能保证读者不会发现错误。我们将非常感激那些告诉我们任何错误的读者。我们将通过网站使所有的读者都可以利用这样的勘误表，直到出版商给我们机会改正错误并给予发现错误的读者应得的感谢。在过去的10年里，我们在Rutgers大学讲授了一门有关测试的课程。和这门课的学生以及硕士、博士研究生的交流对我们关于该学科的理解具有非常大的影响，我们非常感谢他们。特别要提到的是2000年春季班的学生，他们使用了本书的草稿，并提出了修正和改进的意见。我们对于贝尔试验室和Rutgers大学的同事的建议和讨论表示感谢。世界范围内的测试专业人员给予了格外的热心和支持。我们要感谢的部分人员包括：MironAbramovici，PrathimaAgrawal，MarkBarber，ShawnBlanton，AmyBushnell，TapanChakraborty，SrimatChakradhar，XinghaoChen，DochanC.Choi，RickChruscial，DonDenburg，Jos*deSousa，ShaunErickson，DavidFessler，HideoFujiwara，PaulGlick，JohnHayes，MichaelHsiao，JamesJacob，NeilKelly，BillKish，KozoKinoshita，CliffMiller，KenLanier，YuhaiMa，PinakiMazumder，KarenPanetta，JanuszRajski，ElizabethRudnick，ManojSachdev，KewalSaluja，SharadSeth和LakshmanYagati。还要感谢出版商CarlHarris，他总是激励我们前进，并能忍耐对时间的延期。我们感谢贝尔试验室的研究主管AlAho，DennisRitchie和TomSzymanski，以及Rutgers大学的DavidDaut和JimFlanaga的支持。也要感谢LTX公司、Advantest公司、Samsung电子有限公司、IBM和LucentTechnologies在为本书提供数据方面的通力合作。在描述技术贡献方面，我们尽最大努力来正确引证。对于发现他们的工作被不正确地引用的人，我们请求他们的原谅，因为这些由于我们的疏忽而引起的错误并不是故意的。我们已经改正了第一次印刷中发现的很多错误。我们要感谢在Rutgers大学2001年春季班的学生，特别是XiaoLiu，ShuoSheng和LiangZhang，他们指出了错误。我们要衷心感谢提供了帮助的很多其他的读者，包括：Credence的MikeBalster和GordonRobinson，AgereSystems的KanadChakraborty以及Wisconsin大学的YongKim。基于本书的一套完整的讲稿（powerpoint幻灯片）可以从我们的网站获得。

　　MichaelL.Bushnell是美国Rutgers大学电子与计算机工程系的正教授和董事会研究会员。他于1975年在麻省理工学院获得学士学位，并分别于1983年和1986年在卡内基梅隆大学获得硕士和博士学位。1983年他入选美国电子协会才能发展计划（FacultyDevelopmentProgram），并获得过卡内基梅隆大学杰出毕业生教学奖。Bushnell还是美国国家自然科学基金的总统青年研究员。他最近在VLSICAD上的研究方向是串行和分布式计算机上的数字、模拟和混合信号电路的自动测试码模式生成、延迟故障的内建自测试、故障模拟、可测试性综合和低功耗设计等。他是JournalofElectronicTesting：TheoryandApplications杂志编委会成员，并曾担任1995年和1996年InternationalConferenceonVLSIDesign印度年会程序委员会的联合主席。VishwaniD.Agrawal现在是贝尔实验室（LucentTechnologies公司的研发机构）计算科学研究中心的杰出科学家，也是Rutgers大学电子与计算机工程系的客座教授。他于1960年在印度Allahabad大学获理学学士学位，1964年在印度Roorkee大学获得（荣誉）工学学士学位，1966年在印度科学研究所获硕士学位，1971年在美国伊利诺斯大学获得电子工程博士学位。他最近的研究方向是测试、可测试性综合和并行算法。他是JournalofElectronicTesting：TheoryandApplications的主编和IEEEDesign&TestofComputers杂志的原主编。1993年，他获得伊利诺斯大学杰出校友奖。1998年，由于对电子测试领域的创造性贡献，他获得了IEEE计算机协会HarryH.Goode纪念奖。相关图书调制、检测与编码数字集成电路：电路、系统与设计（第二版）半导体器件基础先进半导体存储器：结构、设计与应用数字信号处理实验指导书（MATLAB版）数字信号处理：基于计算机的方法（第二版）集成电路器件电子学（第三版）电路基础：改编版信号处理滤波器设计：基于MATLAB和Mathematica的设计方法统计与自适应信号处理数字图像处理（MATLAB版）VHDL数字电路设计教程半导体器件电子学VerilogHDL高级数字设计集成电路器件电子学：第三版CMOS模拟集成电路设计（第二版）信号与系统：连续与离散（第四版）数字设计（第三版）逻辑电路设计基础光纤通信（第三版）第三代移动通信系统原理与工程设计：IS-95CDMA和cdma2000数字电路简明教程微波电路引论：射频与应用设计电子学（第二版）

第一部分    测试概论第1章    引言1.1    测试哲学1.2    测试的作用1.3    数字和模拟VLSI测试1.4    VLSI技术的发展趋势对测试的影响1.5    本书范围1.6    习题第2章    VLSI测试过程和测试设备2.1    如何测试芯片2.1.1    测试类型2.2    自动测试设备2.2.1    Advantest Model T6682测试仪2.2.2    LTX Fusion ATE2.2.3    多点测试2.3    电气参数测试2.4    小结2.5    习题第3章    测试经济学和产品质量3.1    测试经济学3.1.1    成本定义3.1.2    生产3.1.3    成本利润分析3.1.4    可测性设计的经济学3.1.5    十倍法则3.2    良率3.3    测量品质的缺陷等级3.3.1    测试数据分析3.3.2    缺陷级别评估3.4    小结3.5    习题第4章    故障模型4.1    缺陷、错误和故障4.2    功能测试与结构测试4.3    故障模型的级别4.4    故障模型术语表4.5    单固定故障4.5.1    故障等价4.5.2    单固定故障的等价4.5.3    故障压缩4.5.4    故障支配和检测点定理4.6    小结4.7    习题第二部分    测试方法第5章    逻辑与故障模拟5.1    用于设计验证的模拟5.2    用于测试评估的模拟5.3    用于模拟的模型电路5.3.1    模型的层次与模拟器类型5.3.2    层次连接描述5.3.3    MOS 网络的门级模型5.3.4    模拟信号的状态5.3.5    时序5.4    用于真值模拟的算法5.4.1    编码模拟5.4.2    事件驱动模拟5.5    故障模拟算法5.5.1    串行故障模拟5.5.2    并行故障模拟5.5.3    推演故障模拟5.5.4    并发故障模拟5.5.5    Roth的TEST-DETECT算法5.5.6    微分故障模拟5.6    故障模拟的统计学方法5.6.1    故障取样5.7    小结5.8    习题第6章    可测试性度量6.1    SCOAP可控制性和可观测性6.1.1    组合SCOAP度量6.1.2    组合电路的例子6.1.3    时序SCOAP度量6.1.4    时序电路的例子6.2    高层次可测试性度量6.3    小结6.4    习题第7章    组合电路测试生成7.1    算法与表示7.1.1    结构测试与功能测试7.1.2    自动测试矢量生成器的定义7.1.3    搜索空间的抽象7.1.4    算法完备性7.1.5    ATPG代数7.1.6    算法类型7.2    冗余识别7.3    全局测试问题7.4    定义7.5    重要的组合ATPG算法7.5.1    D运算和D算法（Roth）7.5.2    PODEM（Goel）7.5.3    FAN（Fujiwara和Shimono）7.5.4    高级算法7.6    测试生成系统7.7    测试矢量压缩7.8    小结7.9    习题第8章    时序电路的测试矢量生成8.1    单时钟同步电路的ATPG8.1.1    一个简化的问题8.2    时间帧展开方法8.2.1    九值逻辑的使用8.2.2    时间帧展开方法的发展8.2.3    近似方法8.2.4    时间帧展开方法的实现8.2.5    时序ATPG的复杂度8.2.6    无循环电路8.2.7    循环电路8.2.8    时钟故障和多时钟电路8.2.9    异步电路8.3    基于模拟的时序电路ATPG8.3.1    CONTEST算法8.3.2    遗传算法8.4    小结8.5    习题第9章    存储器测试9.1    存储器密度和缺陷的趋势9.2    概念9.3    故障9.3.1    故障表示9.3.2    失效机理9.4    存储器测试层次9.5    March测试符号9.6    故障模型9.6.1    诊断与测试需要9.6.2    简化的功能故障9.6.3    故障模型与物理缺陷之间的关系9.6.4    多故障模型9.6.5    故障的频率9.7    存储器测试9.7.1    采用March测试矢量的功能RAM测试9.7.2    测试RAM相邻矢量敏感故障9.7.3    测试RAM技术和与版图有关的故障9.7.4    RAM测试层次9.7.5    cache RAM芯片测试9.7.6    功能ROM芯片测试9.7.7    电参数测试9.8    小结9.9    习题第10章    基于DSP模拟和混合信号测试10.1    模拟和混合信号电路趋势10.2    定义10.3    基于DSP的功能测试10.3.1    概念10.3.2    基于DSP测试仪的机理10.3.3    波形综合10.3.4    波形采样和数字化10.4    静态ADC和DAC测试方法10.4.1    传输参数与本征参数10.4.2    理想ADC的不确定性和失真10.4.3    DAC转移函数误差10.4.4    ADC转移函数误差10.4.5    Flash ADC测试方法10.4.6    DAC测试方法10.5    采用傅里叶变换实现仿真仪器10.5.1    傅里叶电压计10.5.2    采用非相干采样的模拟器件测试10.5.3    相干多音测试10.5.4    ATE矢量操作10.6    CODEC测试10.6.1    CODEC性能测试的考虑10.6.2    CODEC测试10.7    动态Flash ADC测试FFT方法10.8    高级方法10.8.1    事件数字化10.8.2    随机噪声测量10.9    小结10.10  习题第11章    基于模型的模拟和混合信号测试11.1    模拟测试的困难11.2    模拟故障模型11.3    抽象级11.4    模拟测试类型11.5    模拟故障模拟11.5.1    动机11.5.2    非线性电路的DC故障模拟11.5.3    线性模拟电路AC故障模拟11.5.4    蒙特卡罗模拟11.6    模拟自动测试生成11.6.1    采用灵敏度ATPG11.6.2    采用信号流图ATPG11.6.3    其他方法11.7    小结11.8    习题第12章    延迟测试12.1    延迟测试问题12.2    路径延迟测试12.2.1    组合电路测试生成12.2.2    电路中的路径数12.3    转换故障12.4    延迟测试方法12.4.1    慢时钟组合测试12.4.2    增强扫描测试12.4.3    正常扫描时序测试12.4.4    可变时钟非扫描时序测试12.4.5    额定时钟非扫描时序测试12.5    延迟测试实际考虑12.5.1    全速度测试12.6    小结12.7    习题第13章    IDDQ测试13.1    动机13.2    IDDQ测试检测的故障13.3    IDDQ测试方法13.3.1   IDDQ故障覆盖率标准13.3.2    从固定故障测试集选择IDDQ测试矢量13.3.3    仪器问题13.3.4    电流阈值设定13.4    IDDQ测试有效性综述13.5    IDDQ测试的局限性13.6    艻DDQ测试13.7    IDDQ内建电流测试13.8    IDDQ可测试性设计13.9    小结13.10  习题第三部分    可测试性设计第14章    数字电路DFT和扫描设计14.1    特定的DFT方法14.2    扫描设计14.2.1    扫描设计规则14.2.2    扫描电路的测试14.2.3    多重扫描寄存器14.2.4    扫描设计的开销14.2.5    设计自动化14.2.6    扫描的物理设计与时序验证14.3    部分扫描设计14.4    扫描的变种14.5    小结14.6    习题第15章    内建自测试15.1    BIST的经济性情况15.1.1    芯片/电路板面积费用与测试仪费用15.1.2    芯片/电路板面积费用与系统停机时间费用15.2    随机逻辑BIST15.2.1    定义15.2.2    BIST过程15.2.3    BIST测试矢量生成15.2.4    BIST响应压缩15.2.5    内建逻辑块观察器15.2.6    按时钟测试BIST系统15.2.7    按扫描测试BIST系统15.2.8    循环自测试路径系统15.2.9    电路初始化15.2.10  器件级BIST15.2.11  测试点的插入15.3    存储器BIST15.3.1    定义15.3.2    MARCH测试SRAM BIST15.3.3    使用MISR的SRAM BIST15.3.4    相邻矢量敏感故障测试DRAM BIST15.3.5    透明存储器BIST测试15.3.6    复杂的例子15.4    延迟故障BIST15.5    小结15.6    习题第16章    边界扫描标准16.1    目的16.1.1    标准的用途16.2    边界扫描的系统结构16.2.1    TAP控制器和端口16.2.2    边界扫描测试指令16.2.3    标准对管脚的限制16.3    边界扫描描述语言16.3.1    BSDL描述的成分16.3.2    管脚描述16.4    小结16.5    习题第17章    模拟测试总线标准17.1    模拟电路的可测试性设计17.2    模拟测试总线17.2.1    目标模拟故障17.2.2    模拟测试访问端口17.2.3    测试总线接口电路17.2.4    模拟边界模块17.2.5    1149.4标准的指令17.2.6    其他1149.4标准的特性17.3    小结17.4    习题第18章    系统测试和基于核的设计18.1    系统测试问题的定义18.2    功能测试18.2.1    微处理器测试18.3    诊断测试18.3.1    故障字典18.3.2    诊断树18.3.3    系统测试举例18.4    可测试系统设计18.5    基于核的设计和测试外壳18.6    系统芯片的测试体系结构18.7    完整的设计与测试方法18.8 &