GHz级数字模块的测试结构设计与实现

论文摘要

随着集成电路设计技术的飞速发展和集成电路工艺特征尺寸的不断缩小,各种微观效应的影响愈加突出,这将导致电路在流片后实测结果与流片前分析结论的一致性逐渐变差。因此,为确保芯片设计的正确性,电路需要进行流片测试。本文针对GHz级数字模块的测试结构展开研究,GHz级数字模块具有较多的高速输入输出端口,直接引出测试需要使用众多价格昂贵的高速I/O,这将导致高速I/O电路占用了很大的芯片面积,且封装和测试成本很高。因此,本文的目标是研究和设计一种引脚少、成本低且支持GHz级时钟可变频调测试的可重用数字关键模块流片后测试结构。本文针对GHz级数字关键模块电路的流片后测试难点,提出了一种GHz级数字模块流片后测试的设计方案,并实现了一款65nm CMOS工艺下全定制CAM模块的流片后测试设计。文章的主要工作和创新点如下:1.采用JTAG协议和扫描链设计技术相结合的策略,在不降低待测数字模块内部输入输出端口的可控制性和可观察性的前提下,有效减少了输入输出引脚的数目。2.提出一种时钟可变频和时钟频域切换的设计方法,有效解决了流片后性能测试频点需求多和功能测试高频输出响应成本开销大的难题。本文性能测试频点的可配置范围为10MHz-2.4GHz,可以完全满足流片后高频率和多频点的测试需求。3.基于65nm CMOS工艺,采用半定制流程实现了GHz级数字模块流片后测试结构,并完成了一款全定制CAM的流片测试实现。版图实现面积为0.385mm2,与同类的测试方案相比,本设计的面积节约较多。此外,本设计采用低频率时钟输出响应,不需要高速I/O,使得测试成本大大降低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.1.1 课题研究的背景
• 1.1.2 课题研究的意义
• 1.2 课题研究的相关现状
• 1.3 课题研究的主要内容
• 1.4 文章的组织结构
• 第二章 集成电路测试概述
• 2.1 集成电路测试
• 2.1.1 集成电路测试的基本概念
• 2.1.2 集成电路测试原理
• 2.1.3 集成电路测试成本
• 2.2 可测试性技术
• 2.2.1 扫描设计技术
• 2.2.2 边界扫描设计技术
• 2.2.3 内建自测试技术
• 2.3 可调试性技术
• 2.4 本章小结
• 第三章 数字模块测试结构的总体设计
• 3.1 数字模块GHz 级测试的难点
• 3.2 数字模块GHz 级测试的设计方案
• 3.3 数字模块级测试的类似方案比较
• 3.4 测试逻辑的具体结构设计
• 3.5 测试逻辑实现的设计流程
• 3.5.1 测试逻辑前端设计流程
• 3.5.2 测试逻辑后端实现流程
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于JTAG 口的测试逻辑设计与验证
• 4.1 JTAG 的基本原理
• 4.2 数字模块的JTAG 结构
• 4.3 数字模块JTAG 的逻辑设计
• 4.3.1 TAP 控制器的设计
• 4.3.2 指令寄存器的设计
• 4.3.3 数字模块扫描链的设计
• 4.3.4 PLL 配置寄存链设计
• 4.4 基于JTAG 的测试逻辑代码实现和验证
• 4.4.1 测试逻辑的实现
• 4.4.2 测试逻辑的验证结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 测试时钟设计与验证
• 5.1 可变频高频时钟产生器
• 5.1.1 X 型PLL 锁相环
• 5.1.2 降频电路设计
• 5.1.3 测试结构性能测试方案
• 5.2 时钟切换控制器
• 5.2.1 使能产生电路的设计
• 5.2.2 跨时钟域同步电路设计
• 5.2.3 边沿检测电路的设计
• 5.2.4 门控时钟电路技术
• 5.2.5 n 拍高频时钟产生电路设计
• 5.2.6 扫描慢速时钟产生电路设计
• 5.2.7 高低频切换电路设计
• 5.3 模拟验证结果
• 5.3.1 高频时钟产生器的模拟结果
• 5.3.2 使能产生电路的模拟结果
• 5.3.3 n 拍高频时钟电路模拟结果
• 5.3.4 扫描慢速时钟产生电路模拟结果
• 5.3.5 高低频切换电路模拟结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 CAM 模块的测试实现
• 6.1 全定制CAM 简介
• 6.2 CAM 模块测试设计
• 6.2.1 CAM 模块测试结构
• 6.2.2 测试时钟和CAM 内核时钟设计
• 6.2.3 CAM 输入扫描链
• 6.2.4 CAM 输出扫描链
• 6.3 CAM 测试结构的实现与仿真
• 6.3.1 CAM 模块测试结构的代码仿真
• 6.3.2 CAM 模块测试结构的综合结果
• 6.3.3 CAM 模块测试结构的门级网表和功能代码的形式化验证
• 6.4 CAM 测试芯片的物理实现
• 6.4.1 CAM 测试芯片的布局布线（Place&Route）
• 6.4.2 寄生参数的提取
• 6.4.3 静态时序分析（STA）
• 6.4.4 物理验证DRC、ERC 和LVS
• 6.4.5 CAM 芯片物理实现结果分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 结束语
• 7.1 课题工作总结
• 7.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文