Testowanie metodą monitorowania prądu zasilania I DDQ

Plan prezentacji podstawy działania modele uszkodzeń przyczyny uszkodzeń zalety i wady metody projektowanie z uwzględnieniem testowania – DfT I DDQ w porównaniu z innymi metodami połączenie testu funkcjonalnego i testu I DDQ inne zastosowania przykłady systemów pomiarowych bibliografia

Podstawy działania I DDQ bazuje na pomiarze prądu w przeciwieństwie do innych metod, które sprawdzają stany logiczne na wyjściach – mierzą napięcia układy CMOS pobierają znaczący prąd tylko w chwilach przełączania stanów wejściowych w stanie spoczynkowym (quiescent) układy CMOS pobierają niewielki prąd upływu <1pA defekty powodują zazwyczaj wzrost tego prądu o kilka rzędów

Podstawy działania

Modele uszkodzeń Stuck-at fault Model –na linii panuje nieprzerwanie poziom niski lub wysoki –zwarcia do masy, zwarcia do zasilania, rozwarcia na wejściu –wykrycie nastąpi przy próbie ustawienia stanu przecinego Transistor Short Model –specyficzne wektory testowe mogą wykryć zwarcie dowolnych dwóch końcówek tranzystora Bridging Model –zwarcia między ścieżkami na warstwach metalu –wystarczy badać tylko ścieżki sąsiadujące ze sobą –wykrycie nastąpi przy próbie ustawienia stanów przeciwnych

Modele uszkodzeń

Przyczyny uszkodzeń

Zalety metody generacja testów jest prostsza, potrzebna jest niewielka liczba wektorów testowych należy zapewnić zmianę stanu wewnętrznej linii, ale nie trzeba obserwować tego stanu przez wyjście układu

Zalety metody testowanie I DDQ może wykryć uszkodzenia pominięte przez inne metody –zwarcia między ścieżkami –zwarcia między dowolnymi dwoma z czterech wyprowadzeń tranzystora –częściowe przebicie tlenku bramkowego –uszkodzenia parametryczne, które nie powodują błędnego działania, ale mogą wpłynąć na niezawodność układu –niektóre błędy czasu propagacji –niektóre rozwarcia –przebicie spowodowane wyładowaniem elektrostatycznym

Wady metody I DDQ sprawnego układu jest bardzo mały, więc pomiary muszą być precyzyjne każdy pomiar musi być poprzedzony czasem na stabilizację, co ogranicza prędkość testowania wybór właściwej wartości progowej prądu nie jest łatwy prąd spoczynkowy jest proporcjonalny do liczby tranzystorów tranzystory o coraz mniejszych wymiarach mają naturalnie większy prąd upływu obniżanie napięcia zasilającego V DD zmniejsza prąd przebicia

Projektowanie z uwzględnieniem testowania - DfT podciąganie sygnałów do stałego poziomu –rezystory pull-up lub pull-down przy pinach wejściowo- wyjściowych –eliminacja, zasilanie linii wyjściowych z osobnego źródła lub wyłączanie na czas pomiaru układy pobierające prąd w stanie spoczynku –wzmacniacze w blokach pamięci –unikanie lub zasilanie z osobnego źródła wewnętrzne linie trójstanowe –mogą powodować zwiększony pobór prądu nawet gdy funkcjonują prawidłowo –projektowanie odpowiednich kontrolerów magistral

I DDQ w porównaniu z innymi metodami

Połączenie testu funkcjonalnego i testu I DDQ pomiar prądu dla każdego wektora testowego –ograniczona prędkość –duża szansa na wykrycie błędu –dobre dla pierwszych prototypów pomiar prądu tylko dla wybranych wektorów testowych –test funkcjonalny odbywa się z pełną prędkością –wstrzymywanie testu na czas pomiaru prądu dodanie specjalnych wektorów testowych –test I DDQ odbywa się przed lub po teście funkcjonalnym –wymaga zaprojektowania nowych wektorów

Inne zastosowania testowanie zmontowanych pakietów zawierających głównie układy CMOS testowanie układów o deklarowanym niskim poborze prądu testowanie zmontowanych urządzeń zasilanych bateryjnie testowanie sprzętu medycznego

Przykład systemu pomiarowego: Keithley

czuły woltomierz i amperomierz programowalne źródła napięciowe i prądowe generator impulsów generator sygnałów procesor skryptów testowych

Przykład systemu pomiarowego: Q-STAR

napięcie zasilające badany układ: V DUT = 0.5V – 7V wbudowana pamięć wyników i obróbka danych szeregowy interfejs do konfiguracji i odczytu zakres pomiarowy: I DDQ = 0 – 30mA rozdzielczość pomiaru: 20nA RMS typowy czas pomiaru: 100µs QD-1040 QD-1020

Przykład systemu pomiarowego: Q-STAR powierzchnia krzemu: 0.2mm² (0.7µm CMOS) łatwość adaptacji do innych technologii produkcji typowe zużycie prądu: I DD = 300µA (zasilanie 5V) zakres pomiarowy: I DDQ = 0 – 1.0mA rozdzielczość pomiaru: 500pA szybkość pomiaru: 2 MHz

Bibliografia S. Chakravarty and P. Thadikaran, Introduction to IDDQ Testing, Kluwer Academic Publishers, 1997 Ravi K. Gulati, Charles F. Hawkins, IDDQ testing of VLSI circuits, Kluwer Academic Publishers, 1993 Agrawal & Bushnell VLSI Test: Lecture 21, 22