Novel methods for post-manufacturing and in-field testing of VLSI circuits/systems

Abstract

In this work, at first we analyze and evaluate, the already known test data compression schemes for post-manufacturing testing and the DFT mechanisms for the enhancement of in-field testing and circuit reliability. We propose a new dictionary based test data compression method for post-manufacturing testing and we discuss several aspect of the testing procedures, as the reusability of the on-chip decoder for the testing of multiple cores, the reusability of the tester vector memory (local memory of the test head), the on-chip implementation cost of the decoder and the test power consumption. Moreover, we improve each of the aforementioned parameters without degradation of the compression and test application time reduction, efficiency of the proposed dictionary coding scheme. We extend our discussion to the in-field testing, revealing that the already known techniques are characterized from their vast intrusiveness to the normal operation of the circuit, resulting to severe performance degradation and, therefore, they are rarely applied (on startup/shutdown of the system and/or on maintenance time windows). To this end, we proposed two new schemes, in the first scheme, we developed a preemptive Built-In Self-Test (BIST) mechanism that ensures none or minimum intrusiveness to the normal operation of the circuit and in the second scheme, we designed a new storage cell for the hardening of the circuit against radiation-induced soft-errors that outperforms the already known designs. Combining the above two schemes, the frequency of in-field testing can be increased for the detection of permanent delay and/or stuck-at faults due to aging, but also the normal operation of the circuit is protected against soft-errors. Therefore, the reliability of the circuit operation is significantly improved.

Στην εργασία αυτή, αναλύουμε και αξιολογούμε τις ήδη γνωστές μεθόδους συμπίεσης δεδομένων δοκιμής για εργοστασιακό έλεγχο και τους μηχανισμούς που ενσωματώνονται στα κυκλώματα για τον έλεγχό τους στο πεδίο της εφαρμογής με στόχο την αύξηση της αξιοπιστίας τους. Προτείνουμε μια νέα μέθοδο συμπίεσης δεδομένων δοκιμής η οποία βασίζεται σε πίνακα. Στόχος της προτεινόμενης μεθόδου είναι η μείωση του όγκου των δεδομένων δοκιμής και του χρόνου εφαρμογής του ελέγχου ορθής λειτουργίας. Επίσης, αναλύουμε τα χαρακτηριστικά της διαδικασίας ελέγχου και προτείνουμε νέες τεχνικές για την αύξηση της αποδοτικότητας της προτεινόμενης μεθόδου, ως προς τον όγκο των δεδομένων που αποθηκεύονται στην εξωτερική μονάδα ελέγχου, το κόστος υλοποίησής της και κατανάλωση ισχύος. Στη συνέχεια επεκτείνουμε την έρευνά μας στους μηχανισμούς εφαρμογής του ελέγχου στο πεδίο της εφαρμογής και αναλύουμε το κόστος υλοποίησής τους, την παρεμβατικότητα εφαρμογής του ελέγχου στην κανονική λειτουργία του συστήματος και τα επίπεδα αξιοπιστίας που επιτυγχάνονται ως προς τη συχνότητα εφαρμογής του ελέγχου. Επιπλέον, προτείνεται ένας τροποποιημένος ενσωματωμένος μηχανισμός ελέγχου, ο οποίος έχει σχεδιαστεί κατάλληλα ώστε να υποστηρίζει τη διακοπή και τη συνέχιση της διαδικασίας εφαρμογής του ελέγχου σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή. Επιπλέον, προτείνουμε μια νέα κυψελίδα αποθήκευσης τιμής για τη μείωση των παροδικών σφαλμάτων του κυκλώματος λόγω λειτουργίας σε περιβάλλον υψηλής ακτινοβολίας. Η αύξηση της συχνότητα εφαρμογής του ελέγχου για την ανίχνευση μόνιμων σφαλμάτων και η αντιμετώπιση παροδικών σφαλμάτων κατά την κανονική λειτουργία, αυξάνουν σημαντικά την αξιοπιστία των κυκλωμάτων.