【SOC 芯片设计 DFT 学习专栏 -- DFT std logic 介绍 】

STD Logic

本文介绍 SOC 设计中 DFT 中的 std logic.

SOC 设计中的 DFT (Design for Testability) 简介

SOC（系统级芯片）设计中，DFT 是确保设计的可测试性以提高芯片生产可行性和良品率的关键部分。DFT 技术能够在设计阶段插入测试结构，使生产后的芯片可以方便地被测试，以检测潜在的制造缺陷和功能性错误。常见的 DFT 技术包括扫描链插入、内建自测试（BIST）、边界扫描（Boundary Scan）等。

STD Logic 在 DFT 中的作用 在 DFT 的设计中，STD Logic 主要是指标准逻辑模块，它用于实现和支持测试结构，通常通过额外的硬件模块增强可测试性。例如：

• 标准扫描单元（Scan Flip-Flops）：用于将普通的寄存器转换为可测试单元，支持移位和功能模式。

• 测试模式选择逻辑（Test Control Logic）：控制芯片的测试模式选择，例如通过选择器输入控制扫描模式或正常运行模式。

• 插入内部测试接口，例如 JTAG（用于边界扫描）。

例子：基于 STD Logic 的扫描链设计
在扫描链设计中，STD Logic 通常被用于创建链路和控制逻辑。这是一个简单的扫描链示例：

正常寄存器电路

普通的寄存器包括输入、时钟和输出：

module Register (
    input wire clk,
    input wire D,
    output reg Q
);
    always @(posedge clk) begin
        Q <= D;
    end
endmodule

转换为扫描寄存器（Scan Flip-Flop）

将普通寄存器转换为可用于 DFT 的扫描寄存器：

module ScanRegister (
    input wire clk,       // 时钟信号
    input wire test_mode, // 测试模式使能
    input wire scan_in,   // 扫描链输入
    input wire D,         // 数据输入
    output reg Q,         // 数据输出
    output wire scan_out  // 扫描链输出
);
    always @(posedge clk) begin
        if (test_mode) 
            Q <= scan_in;  // 测试模式下使用扫描链输入
        else
            Q <= D;        // 正常模式下使用数据输入
    end
    assign scan_out = Q;    // 输出连接到下一级扫描寄存器
endmodule

扫描链连接示例

多个扫描寄存器可以通过 scan_in 和 scan_out 串联连接，构成完整的扫描链：

module ScanChain (
    input wire clk,
    input wire test_mode,
    input wire scan_in,
    input wire [3:0] D,
    output wire [3:0] Q,
    output wire scan_out
);
    wire [2:0] scan_intermediate;

    ScanRegister sr0(.clk(clk), .test_mode(test_mode), .scan_in(scan_in), 
                     .D(D[0]), .Q(Q[0]), .scan_out(scan_intermediate[0]));
    ScanRegister sr1(.clk(clk), .test_mode(test_mode), .scan_in(scan_intermediate[0]), 
                     .D(D[1]), .Q(Q[1]), .scan_out(scan_intermediate[1]));
    ScanRegister sr2(.clk(clk), .test_mode(test_mode), .scan_in(scan_intermediate[1]), 
                     .D(D[2]), .Q(Q[2]), .scan_out(scan_intermediate[2]));
    ScanRegister sr3(.clk(clk), .test_mode(test_mode), .scan_in(scan_intermediate[2]), 
                     .D(D[3]), .Q(Q[3]), .scan_out(scan_out));
endmodule

总结 STD Logic 在 DFT 中通过引入额外的逻辑模块来支持功能模式和测试模式的切换。像扫描链这样的技术依赖于标准化的逻辑单元，使整个设计的可测试性和可扩展性大大提升。在实际应用中，逻辑门的优化、时序分析和测试覆盖率是设计成功的关键。