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1 引言 存儲(chǔ)器是各種電子設(shè)備中保存信息的主要部件，隨著存儲(chǔ)器芯片的密度和復(fù)雜度的日益提高，設(shè)計(jì)一個(gè)良好的測試算法來測試存儲(chǔ)器變得尤為重要，存儲(chǔ)器按功能，主要可分為隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。 隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）根據(jù)存儲(chǔ)陣列所用的電路類型可分為靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM）、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM），只讀存儲(chǔ)器（ROM）可分為掩模編程ROM和現(xiàn)場可編程ROM。 2 存儲(chǔ)器的故障模型 研究存儲(chǔ)器的檢測方法，就必須先建立存儲(chǔ)器單元的故障模型，也就是要求把物理故障模型化為邏輯故障，通�？梢杂霉δ苣Ｐ突蚧蚁蛔幽Ｐ蛯⒋鎯�(chǔ)器故障模型化，典型RAM功能模型如圖1所示，該模型是由Vande Goor提出的簡化功能DRAM模型。 對(duì)于圖1的功能模型，存儲(chǔ)器的故障主要表現(xiàn)有3類： （1）地址解碼器故障（AF），主要表現(xiàn)為4種形式（如圖2所示）。 （2）讀寫邏輯模塊故障。主要表現(xiàn)為在讀寫電路中，某些檢測放大器的出或者寫入驅(qū)動(dòng)器的邏輯部分，可能產(chǎn)生開路、短路或者I/O固定的故障，在讀寫電路的數(shù)據(jù)線之間存在交叉耦合的干擾。 （3）存儲(chǔ)單元陣列故障，由于存儲(chǔ)單元陣列是存儲(chǔ)器內(nèi)規(guī)模最為復(fù)雜的一個(gè)模塊，因此出現(xiàn)故障的概率最大，故障的類型也最為復(fù)雜，主要是由于存儲(chǔ)器單元內(nèi)的數(shù)據(jù)線開路、短路以及串?dāng)_所引起的。 對(duì)于上述的功能模型去掉其中的某些邏輯模塊，就可用于ROM的測試。 3 存儲(chǔ)器的簡化功能故障 基于以上各模塊的故障表現(xiàn)形式，又由于地址譯碼故障和讀寫邏輯故障可以等效的功能映射為存儲(chǔ)器單元陣列故障，故可把存儲(chǔ)器故障簡化為下列四種功能故障： （1）固定故障（stuck-At Fault，SAF） 單元或連線的邏輯值總為0或總為1的故障，單元/連線總是處于有故障的狀態(tài)，并且故障的邏輯值不變。 （2）轉(zhuǎn)換故障（Transition Fault.TF） 轉(zhuǎn)換故障是SAF的一種特殊情況，當(dāng)寫數(shù)據(jù)時(shí)，某一存儲(chǔ)單元失效使得0→1轉(zhuǎn)變或1→0轉(zhuǎn)變不能發(fā)生，表現(xiàn)為固定故障的形式。 （3）耦合故障（Coupling Fault，CF） 存儲(chǔ)單元中某些位的跳變導(dǎo)致其他位的邏輯發(fā)生非預(yù)期的變化，它既可以發(fā)生在不同單元之間，也可以發(fā)生在同一單元不同位之間。 （4）相鄰矢量敏化故障（Neighborhood Pattern Sensitive Faults，NPSF） 一個(gè)單元因相鄰單元的活動(dòng)導(dǎo)致狀態(tài)不正確，一個(gè)單元的相鄰單元可能有5個(gè)，也可能有9個(gè)，如圖3的（a）、（b）所示。 4 存儲(chǔ)器故障診斷算法分析 針對(duì)存儲(chǔ)器故障模型中的各種故障，人們提出了各種診斷算法，目前主要使用的算法有：Checkerboard算法（棋盤法）、Gallop算法（奔跳法）、March算法（進(jìn)行法）等。 4.1 Checkerboard算法（棋盤法） 棋盤法的測試過程是首先對(duì)每一個(gè)存儲(chǔ)單元賦值，使得每一個(gè)單元與其緊相鄰的各個(gè)單元的值都不同，如圖4所示，即把整個(gè)存儲(chǔ)陣列分為兩塊a、b，然后采用如下過程對(duì)a、b進(jìn)行讀寫； （1）對(duì)分塊a（b）中的單元寫0（1）； （2）讀所有單元； （3）對(duì)分塊a（b）中的單元寫1（0）； （4）讀所有單元； （5）該算法理論上操作的次數(shù)是O（N），其中N為存儲(chǔ)器容量，可以檢測SAF故障和相鄰單元的橋接故障，其故障覆蓋率較低。 4.2 Gallop算法（奔跳法） Gallop算法也稱為1（0）漫游或乒乓測試，測試過程如下： （1）部分地址單元清0（1）； （2）A0寫1（0），然后A1讀0（1），A0讀1（0），然后A2讀0（1），A0讀1（0），接著A3讀0（1），A0讀1（0），直到全部單元； （3）將A0改寫為0（1），寫A1為1（0），重復(fù)以上步驟。 整個(gè)過程就像1（0）在整個(gè)陣列中漫游一樣，圖5表示1漫游的情況，該算法具有較高的故障覆蓋率，能檢測SAF故障、TF故障以及CF故障，單位該算法操作次數(shù)是O（N2）需要較長的測試時(shí)間。 4.3 March算法（進(jìn)行法） （1）全部單元中寫0； （2）讀A0單元的0，然后再改寫為1，然后讀A1的0，再改寫A1為1，直到An-1。這樣所有單元均為1； （3）然后從An-1到A0作讀1寫0再讀0的操作。 該算法的操作次數(shù)為O（N），能檢測全部的SAF故障、AF故障以及TF故障。 5 一種基于棋盤算法的改進(jìn)及實(shí)現(xiàn) 通過研究和對(duì)比上述3個(gè)算法發(fā)現(xiàn)，Checkerboard（棋盤）算法和March算法以線性方式進(jìn)行讀寫，因此存儲(chǔ)器操作次數(shù)與存儲(chǔ)器容量N成正比，Gallop算法雖然有較高的故障覆蓋率，但由于其對(duì)存儲(chǔ)器刺激次數(shù)過多，因此，在實(shí)際測試中不是一種很經(jīng)濟(jì)的測試算法，Checkerboad算法只實(shí)現(xiàn)了0→1或1→0的讀寫，所以不能測試變遷故障。而March算法恰恰實(shí)現(xiàn)了這兩個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，但March算法操作次數(shù)（6N）要多于Checkerboard算法的操作次數(shù)（4N），對(duì)于大容量存儲(chǔ)器的測試，March算法將需要比Checkerboard算法更多的測試時(shí)間來完成整個(gè)測試過程，因此結(jié)合March算法的特點(diǎn)，對(duì)Checkerboard算法進(jìn)行如下改進(jìn)。 （1）對(duì)分塊a（b）中單元寫1（0）； （2）對(duì)分塊a（b）中的單元寫0（1）； （3）讀所有單元； （4）對(duì)分塊a（b）中的單元寫1（0）； （5）讀所有單元。 這樣整個(gè)存儲(chǔ)器就同時(shí)經(jīng)歷了由0→1和1→0兩個(gè)讀寫狀態(tài)，就可以測試出變遷故障，寫改進(jìn)后Checkboard算法對(duì)存儲(chǔ)器的操作次數(shù)為5N次，而March算法對(duì)存儲(chǔ)器的操作次數(shù)則需要6N次，大大地節(jié)省了測試時(shí)間。 以一個(gè)X（行地址）、Y（列地址）地址復(fù)用的128×128的存儲(chǔ)器矩陣為例，按改進(jìn)后的算法編寫的測試圖形片斷如圖6。 實(shí)際的算法圖形要配合讀寫的時(shí)序，因此圖形更為復(fù)雜，但對(duì)存儲(chǔ)器的操作次數(shù)與理論是一致的，改進(jìn)的Checkerboard算法雖然使用了較少的存儲(chǔ)器操作次數(shù)，但其只能診斷出部分AF故障，與March算法相比，是以犧牲故障覆蓋率為代價(jià)來提高測試速度的。 在實(shí)際的生產(chǎn)型測試中，地址譯碼模塊由于結(jié)構(gòu)較存儲(chǔ)矩陣要簡單得多，因此出現(xiàn)故障的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于存儲(chǔ)矩陣，且改進(jìn)的Checkerboard算法也能診斷部分的AF故障，是一種經(jīng)濟(jì)的測試算法。 6 結(jié)語 文章在理解分析的基礎(chǔ)上結(jié)合各算法的特點(diǎn)對(duì)Checkerboard算法進(jìn)行了改進(jìn)及實(shí)現(xiàn)，通過研究發(fā)現(xiàn)，任何事物都有兩面性，每種算法對(duì)不同的類型故障的探測能力各有千秋，但不會(huì)盡善盡美，改進(jìn)的算法雖然提高了測試速度，但這種改進(jìn)犧牲了故障覆蓋率。但就實(shí)際的測試需要而言，是完全符合要求且行之有效的，在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)存儲(chǔ)器的故障類型和測試需求來選擇合適的診斷算法，才能達(dá)到滿意的效果。 |
