互連中的信號完整性損耗對于數(shù)千兆赫茲高度復(fù)雜的SoC來說是非常關(guān)鍵的問題，因此經(jīng)常在設(shè)計和測試中采用一些特殊的方法來解決這樣的問題。本文介紹如何利用片上機(jī)制拓展JTAG標(biāo)準(zhǔn)使其包含互連的信號完整性測試，從而利用JTAG邊界掃描架構(gòu)測試高速系統(tǒng)級芯片(SoC)的互連上發(fā)生的時延破壞。
                
互連中的信號完整性損耗對于數(shù)千兆赫茲高度復(fù)雜的SoC來說是非常關(guān)鍵的問題，因此經(jīng)常在設(shè)計和測試中采用一些特殊的方法來解決這樣的問題。我們認(rèn)為，完整性損耗(本文有時也稱為完整性故障)是在電壓失真(噪聲)和時延破壞(偏移)超過能接受的門限時發(fā)生的。這樣的門限取決于制造所采用的工藝技術(shù)。這種故障情況的發(fā)生有著許多不可預(yù)料的原因，包括：1. 產(chǎn)生寄生值，例如晶體管尺寸、跨導(dǎo)、門限電壓、寄生電阻/電感/電容值等等的工藝變化，以及傳輸線效應(yīng)，例如串?dāng)_、過沖、反射，電磁干擾等，這些問題都很難分析而且制造過程中會有變化的互連間耦合效應(yīng)(如耦合電容和互感)。2. SoC中開關(guān)同時切換引起的地線反彈，通常會造成噪聲余量的變化。

    完整性故障模型

    最被廣泛使用的模型是最大入侵方(MA)故障模型，這是許多研究人員用來對長距離互連進(jìn)行串?dāng)_分析和測試的一個簡化模型。如圖1所示，該模型假設(shè)在V(受害方)線上傳輸?shù)男盘枙艿皆诹硗庖粭l相鄰的A(入侵方)線上的信號/變化的影響。這種耦合影響可以用一般的耦合元件Z來概括。一般來說這種影響的后果是噪聲(引起振鈴和功能錯誤)和時延(引起性能降級)。
                  
本文使用了相同的模型。然而我們需要強(qiáng)調(diào)的是，對何種模式會造成最大的完整性損耗仍有爭論。顯然傳統(tǒng)的MA模型只考慮了電容耦合(couplingC)，所有的入侵方方同時作相同的跳變，而受害方或保持不變(針對最大的振鈴)，或作出相反的跳變(針對最大的時延)。當(dāng)互感起作用時，一些研究人員利用其它方式(偽隨機(jī)或恒定)產(chǎn)生測試模式來形成最大的完整性損耗。雖然我們?nèi)允褂肕A模型，但測試方法并不取決于測試模式。在本文中假設(shè)測試模式已被確定，讀者可以看到它們是如何通過增強(qiáng)的JTAG架構(gòu)高效地饋入互連的。

    完整性損耗傳感器(ILS)單元

    由于千兆赫茲芯片中的完整性損耗已受到越來越多人的重視，一些研究人員開發(fā)出了系列片上傳感器。許多這樣的完整性損耗傳感器(ILS)的基礎(chǔ)都是放大器電路，它能夠檢查出電壓破壞和時延門限。采用D觸發(fā)器的BIST(內(nèi)置自檢)結(jié)構(gòu)被推薦用于運放傳播時延偏差的檢測。在測試模式期間，待測試的運放或被放置于電壓跟隨器配置中以檢測斜率偏差，或被置于比較器配置中以檢測信號傳播時延偏差。
                  
采用IDDT和邊界掃描方法是解決總線互連缺陷的一種測試技術(shù)示。在本例中一個內(nèi)置傳感器被集成進(jìn)了系統(tǒng)中。該傳感器是一個片上電流鏡像，可以將散亂的電荷轉(zhuǎn)換成相關(guān)的測試時間。噪聲檢測器(ND)和偏移檢測器(SD)單元都是基于改進(jìn)的串耦PMOS差分傳感放大器，因此價格十分便宜。這些單元緊鄰互連的端末，對實際信號和噪聲進(jìn)行取樣。每當(dāng)噪聲或偏移高于可接受的限值時，這些單元就產(chǎn)生1到0的跳變，并存儲于觸發(fā)器中，以便于進(jìn)一步分析。

    有人提供了一個價格較高但更精確的電路，可以皮秒級測試抖動和偏移，這種被稱為EDTC的電路以免打擾方式取樣信號，并通過低速串行信息發(fā)出測試信息。當(dāng)成本不成問題時，精確信號監(jiān)視概念就能被研究人員所接受，甚至?xí)a(chǎn)生片上示波器的想法。

    ILS單元

    雖然任何ILS傳感器都能用于完整性損耗檢測，但為了簡單、經(jīng)濟(jì)和實驗的目的，我們還開發(fā)了自己的ILS單元。下面將簡要介紹這種單元的電路和功能，但這種單元的詳細(xì)功能不在本文討論范圍。
                    
本例所用的ILS是如圖2所示的時延破壞傳感器�？山邮艿臅r延范圍(ADR)被定義為觸發(fā)時鐘沿開始的一段時間，所有輸出跳變必須在這段時間內(nèi)發(fā)生。測試時鐘用于創(chuàng)建窗口，以確定可接受的偏移范圍。如果輸入信號a的跳變發(fā)生在b為邏輯’0’的時間內(nèi)，那么信號a就在可接受的時延范