使用Synopsys测试自动化工具降低DPPM并测试安全关键电路

SNUG 2016 (DFT专题) 2016 63 页

使用Synopsys测试自动化工具降低DPPM并测试安全关键电路

会议: SNUG 2016 (DFT专题) 作者: Philippe Rossant, Application Consultant (Synopsys) 日期: 2016年6月28日页数: 63 源文件: SNUG_TPC_DFT_Lee_2016_Synopsys_Inc_paper.pdf

1. Synopsys测试与良率解决方案概述

加速更高的质量、可靠性和良率。解决方案涵盖： - STAR Memory System（诊断与修复） - TetraMAX（诊断） - Yield Explorer - STAR Hierarchical System - SpyGlass DFT ADV - DFTMAX - DesignWare IP with self-test

2. 硅测试当前趋势

- 引脚受限压缩：DFTMAX Ultra - 系统内自测试：DFTMAX LogicBIST（PRPG -> 扫描链 -> MISR -> 签名） - 基于Slack的单元感知：TetraMAX ATPG - 目标：更低DPPM 缺陷百万分率、更低测试成本

3. 提升测试质量

TetraMAX ATPG支持多种故障模型提升测试质量。

4. 测试质量挑战（汽车电子）

- 极低DPPM需要极高的缺陷覆盖率 - Sigma值与DPPM关系： - 3 sigma: 66,800 DPPM, 29.86%缺陷覆盖率 - 4 sigma: 6,210 DPPM, 75.75% - 5 sigma: 233 DPPM, 98.24% - 6 sigma: 3.4 DPPM, 99.97% - >6 sigma: <1 DPPM, >99.99% - 质量规范由ISO 26262 道路车辆功能安全、ISO/TS 16949、AEC-Q100等驱动

5. 基于多故障模型的测试对低DPPM至关重要

不同ATPG 自动测试向量生成故障模型针对不同类型故障（Stuck-at、Transition Delay、IDDQ等）。使用多种故障模型可提高缺陷覆盖率。各类测试覆盖的故障比例：Transition约20%，其他故障模型各约1%。

6. TetraMAX ATPG — 所有工艺节点的高缺陷覆盖率

支持故障模型：Slack-Based、Static Bridging、Dynamic Bridging、Transition、Stuck-At、Cell-Aware、IDDQ、Path Delay、Hold-Time、IDDQ-Bridging。

7. 基于Slack的测试：覆盖更小延迟的缺陷

- 实现超低DPPM 缺陷百万分率 - 延迟有效性高于标准Transition Delay - 使用PrimeTime的Slack数据 - 易于部署 - 提供统一流程 - 针对小延迟缺陷的Slack-based ATPG - 针对其他延迟缺陷的标准Transition Delay ATPG - 适用于所有技术节点 - 量产验证可降低DPPM

8. 基于Slack的Transition Delay ATPG

set timing_save_pin_arrival_and_slack true
update_timing
report_global_slack -max -nosplit >

9-10. STMicroelectronics成功案例

基于Slack的测试（SBT）显著降低DPPM。63%的at-speed测试失败仅被SBT覆盖。

11-15. 单元感知测试（Cell-Aware Test）

- 传统测试针对引脚上的单元间故障 - Cell-Aware针对单元内部缺陷和诊断能力 - CTMGen自动生成单元测试模型（CTM）： - 输入：Liberty文件、SPICE库、带寄生的SPICE网表 - 输出：单元测试模型（CTM） - 使用HSPICE进行特征化

单元测试模型（YAML格式示例）：

CellTestModel:
- Cell: OR2
  InSignals: [A1, A2]
  OutSignals: [X]
  Defects:
  - Id: D1
    Type:  short
  ...
  Detections:
  - [Table, Static]
  - [A1,A2, X, D1,D3,D4,D5,D7]
  - [0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 1]
  ...

16-17. 基于Slack的单元感知测试

- 针对单元内部时序关键缺陷 - 引用从HSPICE生成的单元测试模型 - 由PrimeTime的Slack数据指导 - 使用物理域的时序信息

18. Cell-Aware无Slack信息 vs 基于Slack的测试比较

标准测试无法检测关键延迟缺陷，而基于Slack的测试可以检测（例如Fin上的电阻性开路）。

19. 基于Slack的Cell-Aware ATPG流程

read_netlist ...
run_build
run_drc
set_faults -model transition
read_cell_model /path/to/*.CTM
add_faults –all –cell_aware
set_patterns –external my.ext.patternfile
run_fault_sim
set_patterns -internal
run_atpg -optimize

20-22. Cell-Aware诊断

- 标准诊断流程：PrimeTime时序Slack + TetraMAX ATPG/Diagnostics -> 候选缺陷 - Cell-Aware诊断更精确：100%匹配到特定缺陷ID和检测条件

23-30. DFTMAX和DFTMAX Ultra — 降低测试成本

DFTMAX： - 业界广泛部署 - 确保测试时间和数据压缩 - 灵活实现ARM设计和多核SoC - 完全集成到Design Compiler - 基于综合的DFT流程比Bolt-on流程节省约4周

DFTMAX Ultra： - 比DFTMAX更高的压缩率 - 快速上手，结果可预测 - 可缩减至1 SI/SO - 简化时钟控制 - 流水线化解/压缩器加快时序收敛 - 流式双向解/压缩器实现更高压缩

set_dft_configuration -streaming_compression enable
set_streaming_compression_configuration -chain_count 8 -inputs 1 -outputs 1
create_test_protocol
dft_drc
preview_dft
insert_dft
write_test_protocol -test_mode ScanCompression_mode -out top_comp.spf

31-35. 功耗感知ATPG与SPC

- ATPG shift power effort：在低功耗填充基础上额外降低高达50%的平均和峰值shift功耗 - 硬件辅助Shift功耗降低（SPC）：通过SPC链实现shift功耗分组 - 相比纯软件方法，平均降低31%的触发器翻转，减少16%的pattern数量

# DFT设置
set_scan_compression_configuration –shift_power_groups true
set_scan_path SPCC –class SPC –scan_in SI1 –scan_out SO1 –test_mode all
TetraMAX ATPG设置
set_drc -spc_chain SPC_chain_name
set_atpg -shift_controller_peak peak_shift_toggle
add_pi_constraints 0 SE

36-51. DFTMAX LogicBIST — 确保功能安全与完整性

Synopsys汽车电子解决方案：涵盖LBIST、MBIST、完整验证环境、MCU架构设计、软件安全等。

ISO 26262标准：规定所有汽车电子和安全相关系统的功能安全。ASIL级别（A到D）定义风险潜力。

DFTMAX LogicBIST： - 内置于Design Compiler - 在综合期间处理时序、面积、功耗和测试目标 - 与DFTMAX和TetraMAX配合工作 - 测试点分析和综合 - 快速签名计算 - 满足功能安全要求

LogicBIST架构：控制器 + PRPG（种子）+ 相位移位器 + MISR（签名）+ 签名比较器

# LogicBIST插入脚本
set_dft_signal -type MasterClock -port CLK -timing {45 55} -view existing_dft –test_mode all
set_dft_configuration -logicbist enable -wrapper enable
define_test_mode lbist -usage logicbist
set_logicbist_configuration –chain_count 30 -clock CLK -pattern_counter_width 12
create_test_protocol
dft_drc
preview_dft
insert_dft

# TetraMAX脚本
read_net design.v
run_build des_unit
set_drc -seq_comp_jtag_lbist_mode light_lbist 
run_drc logiclbist.spf
set_faults -model stuck
run_atpg -auto -jtag_lbist { 1 4000 1 }
write_patterns lbist_ser.stil -format stil -replace -unified -serial

LogicBIST时钟与复位权重：

set_logicbist_configuration \
–occ_clock_weights [list [list 90 clk1 clk2] \
[list always_on clk3] \
[list 16 clk4] [list 18 clk5] \
[list always_off clk6] ] \
–reset_weights [list [list 4 reset1 reset2] \
[list always_off reset3]]

52-57. SpyGlass DFT ADV与物理感知测试点

SpyGlass DFT ADV优势：RTL可测试性分析、随机故障分析、低功耗DFT分析、鲁棒pattern、高测试质量。

物理感知测试点（Physically-Aware Test Points）： - 基于物理设计数据的测试点 - 使用聚类基于布局优化分组测试点 - 考虑路径slack进行测试点插入 - 增量优化以维持设计QoR

# 1-Pass测试点插入
set_dft_configuration -test_points enable -scan_compression enable
set_test_point_configuration -target testability -clock_signal CLK \
  -max_control 50 -max_observe 50 -test_points_per_scan_cell 8
set test_enable_test_point_analysis true
run_test_point_analysis
create_test_protocol
dft_drc
preview_dft
insert_dft

58. 样本结果

LBIST QoR改善：10个设计（D1-D10）的覆盖率提升从+0.19%到+33.53%，测试点数量从35到869不等。

59-62. 结论

Synopsys测试解决方案应对当今三大主要挑战： 1. 降低DPPM，提高测试质量（汽车电子） — 使用先进故障模型，如基于Slack的单元感知测试和诊断 2. 降低测试成本 — 使用压缩技术（DFTMAX和DFTMAX Ultra），同时保持与低功耗约束的兼容（TetraMAX功耗感知pattern生成+硬件DFT如SPC） 3. 确保功能安全和完整性 — LogicBIST能力，配合物理感知测试点插入带来的高质量

图片索引

本文共 953 张图片（大型PPT型论文），存放于 SNUG_TPC_DFT_Lee_2016_Synopsys_Inc_paper_images/ 目录。

所有图片为Synopsys测试自动化工具的技术演示幻灯片，涵盖DFT、ATPG、LogicBIST、Cell-Aware Test、DFTMAX Ultra等功能。