В статье описываются особенности функционального контроля интегральных микросхем и его основные виды.
Ключевые слова:функциональный контроль, входной набор сигналов, выходной набор сигналов, функциональный тест, алгоритм, интегральная микросхема, эталон.
Keywords: functional control, set the input signal, the output signal set, functional test, algorithm, integrated circuit, reference.
На этапах разработки, производства и при входном контроле интегральных микросхем различного функционального назначения наряду с измерением статических и динамических параметров требуется проведение функционального контроля, обеспечивающего проверку работоспособности интегральной микросхемы в заданных условиях эксплуатации. Ниже приведены некоторые дополнительные сведения о терминологии понятий, связанных с функциональным контролем.
Входной набор сигналов − группа логических сигналов, которые подаются на входные выводы интегральной микросхемы в заданном тактовом интервале [1].
Выходной набор сигналов − группа выходных сигналов, которые появляются на выходных выводах интегральной микросхемы в заданном тактовом интервале [1].
Эталонный набор сигналов − набор выходных сигналов, которые синтезируются эмулятором или появляются на выходах эталонной интегральной микросхемы, аналогичной контролируемой [1].
Элементарный функциональный тест − набор двоичных сигналов, которые необходимы для описания проверки интегральной микросхемы, заключающаяся в подаче на интегральную микросхему входного набора сигналов, формировании эталонного набора выходных сигналов и получении результата логического сравнения эталонного и набора выходных сигналов [1].
Функциональный тест — последовательность выполнения набора элементарных функциональных тестов, обеспечивающие обнаружение неисправностей в работе интегральной микросхемы [1].
Алгоритмический функциональней тест − тест, в котором каждый последующий элементарный тест получен из предыдущего на основе определенных правил (соотношений) [1].
Эффективность функционального контроля во многом зависит от степени значения возможных функциональных отказов для определённого типа интегральной микросхемы, зависящих от дефектов и отклонений параметров технологического процесса на отдельных этапах производства, топологии интегральной микросхемы, изменения условий эксплуатации. Относительно просто обнаружить нефункционирующую схему, которая имеет полный отказ. Значительно труднее обнаружить такие отказы, которые обусловлены изменением характеристик интегральной микросхемы: температуры окружающей среды, напряжения питания, временных соотношений входных сигналов.
При создании функциональных тестов для эффективного контроля интегральной микросхемы необходимо знать ее структуру, область ее работоспособности и возможные функциональные отказы. Неисправность интегральной микросхемы − это состояние интегральной микросхемы, вызванное неисправностями одного или нескольких элементов, при котором она не соответствует хотя бы одному из требований, установленных в технических условиях [2].
В создание методологии функционального контроля интегральной микросхемы почти в равной степени вносят вклад этапы разработки, производства и применения с учетом требований к качеству и надежности возможностей измерительной техники.
Существуют различные направления в проектировании интегральных микросхем, облегчающие их контроль. Использование макроэлементного принципа проектирования, предусматривающего разбивку вычислительного устройства на функциональные блоки с четко определенным назначением и характеристиками, упрощает задачу контроля интегральных микросхем.
Общие задачи, которые должны решаться в процессе функционального контроля можно сформулировать в следующем виде: проверка существования каждого из логических и запоминающих элементов интегральной микросхемы; проверка взаимосвязей между элементами в процессе работы или исполнении реальной программы; проверка выполнения всех режимов работы интегральной микросхемы, всех команд (или микрокоманд) обработки цифровой информации, в том числе и с произвольными прерываниями.
Этап производства требует обеспечения максимальной производительности при проведении функционального контроля интегральных микросхем и, следовательно, оптимизации функциональных тестов по времени, а также стимулирует разработку нового высокопроизводительного оборудования.
Рис. 1. Структурные схемы функционального контроля интегральной микросхемы в составе устройства (а), сравнение с эталоном (б), с алгоритмической генерацией сигналов (в)
Функциональный контроль интегральных микросхем основан на выполнении функциональных тестов и подаче на входные выводы интегральных микросхем набора сигналов, создании эталонного набора выходных сигналов и логическое сравнение результатов выходных наборов сигналов с эталонным. Контроль функций интегральных микросхем осуществляется в процессе проведения низкочастотного, функционально-параметрического или предельного функционального контроля. Низкочастотный функциональный контроль проводится без контроля статических и динамических параметров интегральных микросхем для первичной оценки функционирования интегральных микросхем на этапах разработки, для контроля интегральных микросхем на пластине и при проведении некоторых видов испытаний интегральных микросхем.
Функциональный контроль в составе устройства показан на рисунке 1, а. Для проведения функционального контроля интегральную микросхему подключают к цифровому устройству, для которого она предназначена, образуя тем самым законченное устройство. Функциональный контроль интегральной микросхемы в составе устройства заключается в проверке правильности функционирования интегральной микросхемы при выполнении прикладных рабочих программ устройства в реальном масштабе времени (на рабочих частотах работы цифровой устройства) или диагностических программ, составленных для цифрового устройства в режимах работы, установленных в технических условиях на цифровое устройство [3]. Ограничение метода связано с применимостью для конкретного потребителя. Метод может применяться для интегральных микросхем, используемых в устройствах с однозначным применением, при массовом производственном или входном контроле, а также на этапах разработки интегральной микросхемы и опытного производства при отработке функциональных тестов.
Функциональный контроль сравнением с эталоном показан на рисунке 1, б. Метод заключается в подаче набора входных сигналов одновременно на проверяемую интегральную микросхему и эталон и сравнении набора выходных сигналов проверяемой интегральной микросхемы и эталона. Как правило, на вход подают сигналы функционального теста, которые получены различными способами. Функциональный контроль этим методом прост, но сложность состоит в выборе эталона. При выборе эталонной интегральной микросхемы сталкиваются с трудностью ее аттестации на соответствие требованиям технических условий.
Этот метод в основном применяют при массовом производственном или входном контроле, например, для контроля запоминающих устройств, которые имеют большое разнообразие записанных кодов в матрицу ячеек памяти.
Функциональный контроль с алгоритмической генерацией сигналов показан на рисунке 1, в. Метод основан на применении алгоритмических функциональных тестов, в процессе которых вырабатываются входные и выходные сигналы, связанные определенным алгоритмом. Метод заключается в подаче на входы контролируемой микросхемы входных наборов сигналов алгоритмического функционального теста и сравнении выходных наборов сигналов микросхемы с выходными наборами сигналов алгоритмического функционального теста [3]. Метод наиболее эффективно используется для функционального контроля запоминающих устройств, а также применяется для функционального контроля блоков запоминающих устройств, входящих в микропроцессорные интегральные микросхемы.
Литература:
- Эйдукас Д. Ю., Орлов Б. В. Измерение параметров цифровых интегральных микросхем [Текст] / Д. Ю. Эйдукас, Б. В. Орлов. — М.: Радио и связь, 2005. — 362 с.;
- Готра З. Ю., Николаев И. М. Контроль качества и надежность микросхем: Учебник для техникумов [Текст] / З. Ю. Готра, И. М. Николаев. − М.: Радио и связь, 2007. — 168 с.;
- Семенов Ю. Г. Технология полупроводниковых приборов и изделий микроэлектроники [Текст]: В 10 кн.: Учебное пособие для ПТУ. Кн.10. Контроль качества / Ю. Г. Семенов. — М.: Высшая школа, 1990. — 111 с.;
