一种一次翻转选择网络及其翻转序列解压结构与解压方法与流程

本发明涉及一种翻转序列解压结构及所述翻转序列解压结构的解压方法，尤其涉及一种一次翻转选择网络、具有所述一次翻转选择网络的一次翻转的翻转序列解压结构、所述翻转序列解压结构的解压方法。

背景技术：

随着集成电路集成度的增加，日益增加的测试数据量已经成为影响集成电路测试的关键难题之一。根据2010年ITRS报告显示，测试一个芯片，在2009年，对测试模式数的要求仅仅需要85个，其压缩比仅仅需要80；而到2019年，对测试模式数的要求则需要达到20370个，对压缩比的要求则需要达到12000。仅仅十年，模式数增加到240倍，压缩比增加到150倍。

关于减少测试数据方法的研究，一直是研究的热点，主要可以分成四类：测试集紧缩(Test Set Compaction)方法、内建自测试(Built-in Self-Test，BIST)方法、外建自测试(Built-off Self-Test，BOST)和二维测试数据压缩方法。(1)测试集紧缩方法。本方法的特点是确保在不降低故障覆盖率的情况下，有选择性尝试使用不同的敏化路径，通过调整测试立方体(Test Tubes)中无关位(Don’t care bits)的位置，或合并相容的测试向量的方法来减少总的测试向量的个数，从而达到测试集最优化或最小化。本方法的优势是所有工作由软件实现，不会增加额外的硬件成本。但其缺点也非常明显，测试向量的个数的减少造成了对非模型故障的覆盖率的降低。本方法另一缺点紧缩后测试集的测试数据量仍然非常庞大，很难一次性完全直接存储在ATE的存储器中。因此，本方法需要与其它方法结合使用。(2)内建自测试方法。该方法在被测电路中新增一部分电路，该电路专门用于测试，能够完成测试模式生成、测试控制、测试调度和测试结 果分析，使电路能够摆脱外部的测试设备，可以完全自行测试。该方法的优点是不需要昂贵的ATE设备，可以大大节约测试成本。该方法的另一优点是能够支持测试重用和全速测试。其缺点在测试模式生成时，产生了大量的对测试毫无贡献的测试模式，增加了测试时间和测试功耗；另外，有部分未设计BIST方法的IP核也限制该方法的应用。(3)外建自测试方法。本方法的特点是将测试资源进行适当的划分，将一部分测试资源移到芯片外面。常用的方法是通过编码技术将测试集T_D编码成一个较小的测试集T_E，存储和传输时仅对TE操作，即将T_E存储在ATE的存储器，测试时，也仅传输T_E到被测芯片，由被测芯片上的解压电路将T_E解压还原成T_D。由于静态编码方法采用的是无损压缩方法，还原后的测试集的确定位跟原始测试集的确定位完全一一对应，其只能增加而不会降低被测电路的故障覆盖率。该方法的另一优势是可以不需要提供被测电路的内部结构，能够很好地保护IP核的知识产权。因此，该技术在集成电路测试领域中得到了广泛应用。(4)二维测试数据压缩方法。其特点是融合了横向压缩和综向压缩方法，横向压缩技术的目标是减少测试集中每个测试向量的位数，即减少测试向量的长度，以输入精简技术和编码技术为代表；综向压缩技术的目标是减少测试集中测试向量的个数，以相容向量合并技术和测试集嵌入技术为代表。

从解决问题的方式来看，测试集紧缩技术可以得到精简的测试集，由于精简后的测试集仍然很庞大，因此可以将其与其它测试数据减少技术结合起来使用。内建自测试将ATE的功能移到芯片上用硬件来产生，因此可以摆脱ATE，在业界得到广泛的应用。对于基于编码的测试数据压缩技术，选择合适的代码字，可以提高编码效率，减少测试数据体积。但对于确定的测试数据，其数据分布是确定的，即其理论极限(熵)是确定的，因此其编码所能达到的压缩极限必然是一定的，即无论怎么选择代码字，其压缩效果都不会超过该理论极限(熵)。

从各技术的压缩效果来看，二维测试压缩采用两维的压缩方法，其有效地 组合折叠计数器、扭环计数器以及LFSR编码技术，是一种非常优秀的方案，目前其能达到的压缩效果在所有同类技术中最好。但其需要的测试时间比较长，有时很难被接受。另外，该方案中的翻转规律比较单一，其很难将压缩效果发挥到极致，因此需要对该方案进行改进和完善。

中国发明专利201010046534.X提出了一种系统芯片外建自测试数据的压缩方法，该方法可以将整个测试集嵌入到几种不同的翻转序列中，这样只用存储几种翻转序列的种子，从而可以达到压缩数据的目的。中国发明专利201010046534.X中给出的解压电路虽然能够解压，但每次从种子展开成测试向量时需要2个时钟周期，且从一种测试向量生成另一测试向量时需要扫描触发器翻转两次，会导致与触发器相连的电路的功耗增加。

技术实现要素：

为了解决以上不足，本发明提出一种一次翻转选择网络、具有所述一次翻转选择网络的一次翻转的翻转序列解压结构、所述翻转序列解压结构的解压方法，相对于现有技术，本发明的一次翻转的翻转序列解压结构，将翻转次数减少了一倍，即测试时间降低到原来的一半；另外减少了与触发器相连的电路的翻转功耗，即也降低了测试功耗。

本发明的解决方案是：一种一次翻转选择网络，其包括结构相同的若干个组合单元；每个组合单元包括一个D触发器和一个与所述D触发器对应的异或门，所述异或门的同相输入端为相应组合单元的输入端，而所述异或门的反相输入端连接所述同相输入端、所述D触发器的输入端、所述D触发器的同相输出端，且所述异或门的输出端作为相应组合单元的输出端。

本发明还提供一种一次翻转的翻转序列解压结构，其包括依次逐级连接的计数器、译码器、或门组、可配置网络、扫描触发器；译码器具有n个输入信号，2ⁿ个输出信号，n为正整数；或门组包括2ⁿ-1个或门；所述扫描触发器输出播种选择信号；其中：所述翻转序列解压结构还包括连接在或门组与所述可 配置网络之间的一次翻转选择网络；所述一次翻转选择网络包括与2ⁿ-1个或门一一对应且结构相同的2ⁿ-1个组合单元；每个组合单元包括一个D触发器和一个与所述D触发器对应的异或门，所述异或门的同相输入端连接相应或门的输出端，而所述异或门的反相输入端连接所述异或门的同相输入端、所述D触发器的输入端、所述D触发器的同相输出端，且所述异或门的输出端经由所述可配置网络连接所述扫描触发器。

作为上述方案的进一步改进，n取2；译码器为具有2个输入信号、2²个输出信号的2-4译码器；或门组包括2²-1个或门；所述一次翻转选择网络包括2²-1个组合单元。

本发明还提供一种上述一次翻转的翻转序列解压结构的解压方法，对于{t₀，t₂，t₃，t₁}为广义折叠集T的解压结构中，所述解压方法包括以下步骤：

首先，播种选择信号有效时，扫描触发器通过二选一组连接成移位寄存器，种子t₀在播种控制信号的控制下移入扫描触发器，此时扫描触发器跟t₀对应，即此时{D₁D₂D₃}＝{000}，D₁、D₂、D₃分别为三个扫描触发器；这时，一次翻转选择网络中的触发器被初始化为0；

计数器开始工作，此时计数器值为1，译码器值为1，第一个或门输出高电平，该高电平一方面存储在一次翻转选择网络的第1个触发器，另一方面，经过异或门传输到扫描触发器，使扫描触发器D1翻转，此时{D1D2D3}＝{100}；

下一时钟周期，计数器值为2，译码器使第一和第二个或门输出高电平，第一个或门输出的高电平分两路，一路与一次翻译选择网络的第1个触发器的Q端异或运算，使输出结果为低电平，该低电平通过可配置网络传输到扫描触发器的D1中，此时D1不翻转，保持原值，即为1，第一个或门输出山的高电平另一路存储在一次翻转选择网络的第1个触发器中；

第二个或门输出高电平，也同样分成两路，一路存储在一次翻转选择网络第2个触发器中，另一路通过可配置网络使扫描触发器D2翻转，即D2为1，此时有{D1D2D3}＝{110}；整个过程与此类似。

本发明将解压时间缩短到原来的一半；且扫描触发器从一个状态转移到另一个状态不会引入额外的跳变，不会引起触发器本身翻转，也不会引起与触发器相连的电路的跳变，即降低了测试功耗。

附图说明

图1为现有的一种基于可配置网络的翻转序列的解压结构示意图；

图2为本发明一次翻转的翻转序列解压结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

不失一般性，以对比文件中国发明专利201010046534.X中的例子{t₀，t₂，t₃，t₁}为例介绍本发明的解压结构。

为便于叙述，记{t₀，t₂，t₃，t₁}为广义折叠集T，中国发明专利201010046534.X中的解压结构如图1所示，对比文件的一种基于可配置网络的翻转序列的解压结构，其主要由译码器、或门组，可配置网络，二选一组等构成。

在对比文件中，可配置网络中的连线顺序为左1接右1，左2接右3，左3接右2。播种选择信号有效时，扫描触发器通过二选一组连接成移位寄存器，种子t₀在播种控制信号的控制下移入扫描触发器，此时扫描触发器跟t₀对应，即此时{D₁D₂D₃}＝{000}；首先，广义折叠距离为1，下一个时钟控制下，第一个或门高电平，使第一个扫描触发器D₁翻转，此时{D₁D₂D₃}＝{100}；广义折叠距离不变，同样，下一个时钟控制下，第一个扫描触发器D₁翻转，此时{D₁D₂D₃}＝{000}，即扫描触发器的复位到重播种前的状态；接着，广义折叠距离为2，下一个时钟控制下，第一和第二个或门高电平，通过可配置网络使第一和第三个扫描触发器D₁和D₃翻转，此时{D₁D₂D₃}＝{101}；同样，下一个 时钟控制下，第一和第三个触发器D₁和D₃翻转，扫描触发器的复位到重播种前的状态；整个过程与此类似。

从以上分析可知，对比文件的解压结构最突出的特点是从种子到任一测试向量的生成是并行的，只需要两个时钟周期。需要指出的是对比文件的结构仅适用于那些输出响应不回送到扫描触发器的电路，对于那些输出响应需要回送到扫描触发器的电路，理论上则需要增加与扫描触发器长度相同的寄存器组，这在某些场合显然不适用，但在实际应用中，可以将其与输入精简技术结合起来使用，可以大大减少所需寄存器的数目，本结构仍不失为一种合适的选择。需要指出的是如果将测试向量替换成多扫描链所对应的测试向量切片，本技术就可以适用于多扫描链结构。

本结构的优点是从种子到任一向量的生成是并行的，必须需要两个时钟周期，即扫描解发器必须回到重播种状态，从一个测试向量生成另一个测试向量必须两个时钟周期，这就导致了两个问题：1.时间问题。能否将从一个测试向量生成另一个测试向量的时间从两个时钟周期减少为一个时钟周期；2.功耗问题。一般电路的扫描触发器都是借用了电路的时序元件，扫描触发器与电路的其它部分仍然是直接连接的，扫描触发器的翻转必须会带来其它电路的开关变化，增加芯片的测试功耗，如广义折叠集T采用图1所示电路解压时，触发器D₁部分每个时钟周期都要翻转，导致触发器D₁本身和与触发器D₁相连电路的功耗增加，会带会总体测试功耗的上升。

针对上述问题，提出了本发明提出一种一次翻转的翻转序列解压结构，如图2所示，图2为本发明的一种一次翻转的翻转序列解压结构示意图。一次翻转的翻转序列解压结构包括依次逐级连接的计数器、译码器、或门组、一次翻转选择网络、可配置网络、扫描触发器。连接在或门组与所述可配置网络两级之间的一次翻转选择网络为本发明的主要设计要点。译码器具有n个输入信号，2ⁿ个输出信号，n为正整数；或门组包括2ⁿ-1个或门；所述扫描触发器输出播种选择信号。一次翻转选择网络包括与2ⁿ-1个或门一一对应且结构相同的2ⁿ-1 个组合单元。每个组合单元包括一个D触发器和一个与所述D触发器对应的异或门，所述异或门的同相输入端连接相应或门的输出端，而所述异或门的反相输入端连接所述异或门的同相输入端、所述D触发器的输入端、所述D触发器的同相输出端，且所述异或门的输出端经由所述可配置网络连接所述扫描触发器。

在同一个组合单元中，所述异或门的同相输入端为相应组合单元的输入端，而所述异或门的反相输入端连接所述同相输入端、所述D触发器的输入端、所述D触发器的同相输出端，且所述异或门的输出端作为相应组合单元的输出端。

本发明与对比文件的基于可配置网络的翻转序列的解压结构相比，增加了一次翻转选择网络部分，该部分是由若干个异或门与D触发器相连的单元构成。对于{t₀，t₂，t₃，t₁}为广义折叠集T的解压结构中，在本实施例中，一次翻转选择网络主要由3个异或门和D触发器构成。n取2；译码器为具有2个输入信号、2²个输出信号的2-4译码器；或门组包括2²-1个或门；所述一次翻转选择网络包括2²-1个组合单元。

仍以广义折叠集T{t₀，t₂，t₃，t₁}为例，介绍本解压结构的解压过程。首先，播种选择信号有效时，扫描触发器通过二选一组连接成移位寄存器，种子t₀在播种控制信号的控制下移入扫描触发器，此时扫描触发器跟t₀对应，即此时{D₁D₂D₃}＝{000}；这时，一次翻转选择网络中的触发器被初始化为0。计数器开始工作，此时计数器值为1，译码器值为1，第一个或门输出高电平，该高电平一方面存储在一次翻转选择网络的第1个触发器，另一方面，经过异或门传输到扫描触发器，使扫描触发器D₁翻转，此时{D₁D₂D₃}＝{100}；下一时钟周期，计数器值为2，译码器使第一和第二个或门输出高电平，第一个或门输出的高电平分两路，一路与一次翻译选择网络的第1个触发器的Q端异或运算，使输出结果为低电平，该低电平通过可配置网络传输到扫描触发器的扫描触发器D₁中，此时扫描触发器D₁不翻转，保持原值，即为1，第一个或门输出山的高电平另一路存储在一次翻转选择网络的第1个触发器中。第二个或门输出 高电平，也同样分成两路，一路存储在一次翻转选择网络第2个触发器中，另一路通过可配置网络使扫描触发器D₂翻转，即扫描触发器D₂为1，此时有{D₁D₂D₃}＝{110}；整个过程与此类似。

从上面分析可以看出，扫描触发器{D₁D₂D₃}从一个状态转移到另一个状态只需要1个时钟周期，即该结构将解压时间缩短到原来的一半；且扫描触发器{D₁D₂D₃}从一个状态转移到另一个状态不会引入额外的跳变，不会引起触发器本身翻转，也不会引起与触发器相连的电路的跳变，即降低了测试功耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。