或—符合逻辑系统的可测性设计与测试

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随着集成电路的特征尺寸逐渐缩小,集成度与复杂度日益提高,测试已成为VLSI设计面临的重大挑战之一。如何应用可测性设计方法进行逻辑设计,以减轻繁重的测试任务,减少测试费用和测试时间,是VLSI设计中的一个重要课题。作为与-异或逻辑的重要补充,或-符合逻辑比传统的与或非逻辑形式更适合运用在一定的应用中,例如算术逻辑函数、线性或近似线性函数等,在许多应用中其平均需要的和项数较小,能够节省芯片面积。此外或-符合逻辑具有较好的可测性,在可测性设计上具有较大的潜在价值。本文系统地讨论了或-符合逻辑系统针对固定故障的可测性设计方法和测试,并以或-符合逻辑的形式进一步探讨了与-异或和或-符合逻辑的可测性特点。或-符合逻辑具有4种表示形式,分别为正极性或-符合展开(positivepolarity OR-Coincidence expansion,PPOC),固定极性或-符合展开(fixedpolarity OR-Coincidence expansion,FPOC),混合极性或-符合展开(generalizedOR-Coincidence expansion,GOC),符合积表示(Coincidence products-of-sum,CPOS),这四种表示之间的相互关系为后面的表示包含前面。实现符合逻辑的同或电路主要有串联和树形2种实现结构,后者适合输入变量数较多且对电路速度要求较高的情况。文章首先研究了基于或-符合逻辑的易测性网络,所谓易测性网络是指与传统的电路网络相比,其测试矢量的个数、规则性及生成难易度上具有明显优势。提出了PPOC基于串联同或结构的单故障和多故障易测性网络PPOC-CS(M)(C表示串联同或结构,S和M表示单固定和多固定故障)。提出了2种典型的同或树以及它们的可测性结构,给出了这2种最小可测性同或树的生成方法,在此基础上提出了PPOC基于树形同或结构的单故障和多故障易测性网络PPOC-TC(M)(T表示树形同或结构)。在PPOC易测性网络的基础上,提出了基于FPOC、GOC和CPOS的各相应易测性网络。提出了由FPOC构成的混合极性网络,以及提供反相输入时GOC和CPOS易测性网络的可测性设计方法。与传统电路的测试相比,提出的各单故障易测性网络的完全测试集均为基数非常小的通用测试集,可方便地通过内建自测试等方法实现;多故障易测性网络的测试集也较为规则,易于生成。各单故障易测性网络只需很少的观察和控制端及其他测试逻辑,多故障易测性网络需要的测试逻辑也相对较少,在测试逻辑负荷与可测性之间达到了一个较好的平衡。文章最后提出了或-符合代数形式的布尔差分方法以及基于该方法的或-符合型通用逻辑门组合网络的故障测试。引入了布尔反差分的概念,给出了相关计算性质和方法、基于布尔反差分的测试矢量生成方程。或-符合形式的布尔差分方法使得在或-符合组合网络中运用布尔差分法时有了简洁严密且意义清晰的数学工具。对故障测试的讨论表明,或-符合型通用逻辑门逻辑功能强,可以简化网络结构,从而减少故障的发生和测试负荷,在数字设计中使用对故障测试较为有利。
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