關于數字電路測試壓縮方法的探討

毛安平

摘 要：隨著信息時代的推進，數字電路的測試壓縮方法也被提出了更為嚴格的要求。本文闡述了數字電路的概念和特點，通過測試激勵壓縮法和測試響應壓縮法兩個方面著重探討了數字電路的測試壓縮方法，旨在為相關工作人員提供理論性的參考意見，確保數字電路應用的實效性。

關鍵詞：數字電路;測試方法;壓縮方法

中圖分類號：TN407 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）06-0024-02

0 引言

現階段，數字電路已經被廣泛應用于各個領域，如醫療、航天、金融、工業及通信等，一旦出現故障將會帶來巨大的安全風險和經濟損失，因此應完善數字電路測試方法，確保其應用的安全性和穩定性。隨著科學技術的發展，數字電路也呈現出規模化形態，如何運用科學的測試壓縮方法是本文探討的主要話題。

1 數字電路的概念和特點

所謂數字電路，即是在數字信號的輔助下完成運算工作的電路。目前常見的數字電路選用的材料為半導體，在眾多精密元件的作用下進行邏輯運算和數據處理。

數字電路的特點主要體現在以下幾個方面：

首先，功能性。數字電路主要依靠二進制運算處理數據，所以功能性較強，適用于數字的處理、比對、儲存、傳遞、控制以及決策，所以被廣泛應用于各個領域。

其次，可靠性。數字電路較為安全可靠，當電源在外界環境的影響下出現輕微的電壓波動時不會對電路性能產生影響，而且與模擬電路相比，數字電路受溫度以及工藝等方面的影響較小[1]。

最后，集成性。數字電路的優勢在于功率消耗低、體積較小，最重要的是集成度高。數字電路與集成電路相融合能有效提升工作性能，縮小占用空間，目前數字電路主要由眾多集成電路塊組成，在滿足功能需求的同時又小巧精悍。

2 數字電路的測試壓縮方法

2.1 試激勵壓縮法

測試激勵壓縮要求過程一定要采用無損數據壓縮的方法，避免期間出現故障影響數據傳遞效果。實質上，激勵向量的壓縮率很高，主要利用其中的不關心向量達到壓縮目的。若將數據當做三維模型，分別由X軸、Y軸和Z軸組成，此時的X軸和Y軸共同組成測試向量，而Z軸則代表了向量的數目，具體而言水平軸相當于子向量，垂直軸相當于掃描切片，共同組成了激勵向量結構。其中，水平壓縮的方法有切片重疊、編碼法等，而垂直壓縮的方法有邏輯變換法以及廣播壓縮法等。

2.1.1 編碼壓縮

一般來講，視頻圖像的壓縮多采用編碼壓縮法，所以在電路測試數據中同樣適用。在測試壓縮環節，這種方法能有目的性的壓縮0或1的游程數據。所謂游程數據，即是0或1組成的字符串，其長度為連續0的數量或連續1的數量。具體壓縮方法為：有針對性的選擇編碼，利用編碼壓縮法將向量集TD壓縮成TE并加以儲存。進入到芯片測試階段時，TE數據需要載入到芯片中，再通過解壓恢復到原始狀態，通過電路傳遞信號，達到工作的目的。在眾多編碼中，壓縮效果良好的為變長到邊長的編碼，如Golomb編碼，而FDR編碼則是在前者的基礎上加以改進和創新，利用了二進制字符的分布特性，既能減小解碼器開銷面積又能確保壓縮效果。除此之外還存在幾何編碼、游程編碼，以及LZH編碼等多種壓縮方式[2]。

2.1.2 廣播壓縮

廣播壓縮主要通過同組向量測試眾多不同電路，在實際工作中利用掃描法錄入系統。假設當前存在兩個待測電路，分別為CUT（1）和CUT（2），程序開發語言將產生隨機向量進行故障覆蓋，實際上向量的覆蓋率可以自行設定，綜合考慮通常保持在百分之八十左右。由于隨即向量性質上一致，所以能共同作用于兩種電路，對于尚未解決的故障問題可以通過程序開發語言生成的測試向量進行故障監測，有針對性的測試向量也能實現兩個電路之間的向量共享。若兩個電路掃描鏈的數量各為n個，那么合計都需要n×2=2n個向量，在共享區域內需要n個向量。

除此之外，伊利諾伊方法也屬于一種穩定的輸入程序，如圖1所示，這種程序具體分為兩種操作手段：廣播掃描以及串行掃描。其中占據優勢的掃描技術為廣播掃描。在此種掃描環節，鏈條將被分化成多個短鏈，并與相同輸入數據之間重組。舉個例子，若總計掃描長度為兩百個單元，切割成四部分，每部分即有五十個單元，將這些鏈條部分連接到統一的掃描數據中，在操作環節只需一個輸入就能完成兩百個單元的共同賦值。為確保掃描效率可以將鏈條盡量保持最短，節省測試時間，但是這種方法也存在一定的弊端，過于依賴掃描鏈條與數據輸入之間的關系，所以很多無法解除的故障需要通過串行測試來完成。很多專家學者將伊利諾伊的掃描優勢充分運用到了電路測試中，研究出了可重構方法測試數據在連接過程中存在的未知故障。根據特點的差異性，重構方法可分為兩種：第一種，每向量法。當處于連接狀態的向量需要進行切換時，需要先將故障集一分為多，通過多個子集之間的連接來達到測試目的。當此時的關系需要進行變更時可通過MUX10s門來完成。第二種，每周期法。通過周期來控制向量的移入過程，相比于前者，其就有靈活性和高效性，對于復雜的電路也同樣適用。

2.1.3 邏輯變換

邏輯變換法同樣是眾多測試壓縮方法中的重要組成部分，其本身性質與廣播壓縮法存在差異，廣播壓縮主要是將鏈條分化重組，通過一個賦值來完成整體賦值，而邏輯變換并不是將原有的輸入值附加到掃描鏈中，而是將初始值經過一定的運算方法后再進行賦值，其原理可以通過以下方程來概括：AX+BX=Z，其中X是數據輸入狀態;Y是數據當前狀態;Z是數據下一個狀態，具體而言，邏輯變換可分為兩類：第一類是異或門變換，通過變換矩陣來完成操作。從性質上來講，異或門能將輸入數據進行大量擴散，但是從邏輯上講局限性在于需要少量輸入，所以在進行測試壓縮時應考慮到這一影響因素。第二類是一般邏輯門。當數據輸入后經運算程序可以達到大量輸出的目的，此種方法局限性較小。

2.2 測試響應壓縮法

除激勵壓縮法外，還有響應壓縮法，所處理的數據量也較為龐大。換言之，測試壓縮法既能應用于激勵環節，也能應用于響應環節，而且在響應環節更能發揮出其自身價值。本文主要從四個方面探討測試響應壓縮法的具體應用形式。為確保論述方便，主要從形式化的角度來分析響應過程。常見的響應壓縮是將m×n數據轉化為p×q向量數據C，而且數據之間存在的關系是m大于p且n大于q，利用變換函數來設定C=Φ（D），進行分析推斷。

2.2.1 時間和空間

D代指響應數據，屬于二維向量，其列索引可做時間維度或者空間維度。當其做時間維度時，電路將在不同時間段內輸出數據;當做空間維度時，電路將在同一時刻輸出不同數據[3]。若進行時間壓縮，則此時n大于q;若進行空間壓縮，則此時m大于p，具體表現如圖2所示。若對于同一壓縮電路，時間和空間壓縮皆可行，二者之間共同作用于電路又被稱之為組合壓縮法。空間壓縮相比之下簡單易行，當校驗電路時，最為常見的奇偶校驗即是空間壓縮方法之一，但是這種方法容易造成數據混淆，為了避免這種情況，很多專家對此采取了深入研究，將電路中常見故障的頻率及模式加以詳細分類，研究出了多種具有針對性的壓縮電路。

2.2.2 電路功能相關和無關

在響應壓縮中，其與電路功能的關聯性主要取決于變換函數的選擇和使用。當壓縮電路與功能相關時，可能相關點為向量或結構。向量存在相關性是因為電路測試向量屬于壓縮電路工作的必要條件，會隨著向量的變化而變化，例如零混淆就屬于向量相關的一種表現。結構存在相關性是因為電路內部的結構屬于壓縮電路工作的影響條件，會隨著電路結構的變化而改變。

2.2.3 線性和非線性

與電路功能性相似，壓縮的線性及非線性也由變換函數所決定，若變換函數需要線性操作，則壓縮過程屬于線性;反之，若變換函數無需線性操作，則壓縮過程屬于非線性。

2.2.4 組合和時序

若向量數據中的任意一個數據都屬于響應數據D，與D中的函數相對應，則變換函數的性質為組合型;若響應數據D中的任意一個數據都屬于向量數據，則變換函數的性質為時序型。所以通過壓縮數據的特性可將方法進行分門別類，結果為表1所示。

3 結語

總而言之，測試壓縮在數字電路應用和維護階段起到了至關重要的作用，能縮小數據體積，節省測試時間，提高數據分析效率。由于壓縮電路具有融合度高的優勢，能應用于芯片設計中，降低故障發生率，所以被廣泛應用于各個領域，在未來發展中還應不斷完善測試激勵壓縮以及測試響應壓縮技術，為數字電路使用提供保障。

參考文獻

[1] 鞠子劍.超大規模集成電路測試數據編碼壓縮技術研究[D].北京：北京工業大學，2017.

[2] 楊慎濤.數字電路系統性能測試軟件開發及矢量生成算法研究[D].南京：南京航空航天大學，2014.

[3] 馬會.集成電路測試數據編碼壓縮方法研究[D].湖南：湖南大學，2013.