автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Псевдоисчерпывающий функциональный контроль СБИС ОЗУ

Р Г Б ОД 2 7 ЯНВ 1997

На правах рукописи

Трещановский Александр Кириллович

Псевдоисчерпывающий функциональный контроль СБИС ОЗУ

Специальность 05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -1996

Работа выполнена в акционерном обществе "Ангстрем" Научные руководители: доктор технических наук, профессор A.A. Сазонов кандидат технических наук, доцент В.Б.Никулин

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор А.С.Бондаревский

кандидат технических наук Л.М.Попель

Ведущая организация - НИИ "Научный Центр"

Защита состоится"_"_ 1997г. в_час._мин.

в ауд._на заседании диссертационного совета Д.053.02.04

Московского института электронной техники (ТУ) по адресу: 103498, Москва К-498, МИЭТ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭТ.

Автореферат разослан "_"_ 1997г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, *

доцент Б.Г.Виноградов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из наиболее массовых видов микроэлектронной продукции традиционно являются СБИС ОЗУ. Современные тенденции развития промышленности и общества в целом вызывают ежегодный бурный рост объемов производства этих схем и увеличение степени их интеграции.

Производственной предпосылкой этого является постоянное совершенствование технологической базы. В настоящее время уже широко используется полупроводниковая технология с разрешением на уровне 0,5-0,8 мкм и массово выпускаются динамические ОЗУ (ДОЗУ) емкостью 4М и 16М. Кроме того, многие фирмы внедряют технологию уровня 0,35-0,5 мкм, а в перспективе планируют организацию производства на уровне 0,18 мкм. Это создает предпосылки для массового выпуска СБИС ДОЗУ емкостью 64М и более.

Одновременно растет рынок сбыта этих компонентов. Это обусловлено, во-первых, быстрым ростом объемов производства и продаж компьютерной техники и, прежде всего, персональных компьютеров, а во-вторых, широким распространением новых операционных систем, в первую очередь, Windows 95, требующей по сравнению с предшествующей платформой MSDOS-Windows 3.1 удвоения емкости оперативной памяти компьютера. И наконец, предстоящее повсеместное внедрение глобальных информационных сетей, развитие компьютерной связи приведет к дальнейшему увеличению потребления СБИС ОЗУ.

Повышение интеграции и усложнение СБИС ОЗУ, рост объемов их выпуска в сочетании с жесткими требованиями к качеству продукции вызывают необходимость использования более совершенных методов и средств контроля. В условиях сильной конкуренции на рынке эта задача усложняется необходимостью снижения издержек производства, включая затраты на проведение контроля, составляющие значительную часть себестоимости СБИС ОЗУ. Таким образом, проблема обеспечения качественного и экономически эффективного контроля постоянно усложняющихся схем ОЗУ является исключительно актуальной.

Целью работы является создание методов и средств контроля СБИС ОЗУ, обеспечивающих выявление сложных неисправностей при высокой производительность проверки.

Для решения сформулированной комплексной задачи предложен псевдоисчерпывающий функциональный контроль СБИС ОЗУ, заключающийся в формирова-

нии тестов, имеющих свойства, адекватные конкретному типу объектов контроля. Тем самым обеспечивается исчерпывающее выявление неисправностей, характерных контролируемым ОЗУ, и минимизируется время контроля.

Методы исследования. Для решения поставленной задачи в работе использовались методы теории чисел, теории вероятностей, теории алгоритмов, теории грамматик и автоматов.

Научную новизну выполненной диссертационной работы составляют:

- лингвистическая модель СБИС ОЗУ и модели ее неисправностей, описывающие на поведенческом уровне механизмы проявления неисправностей любой степени сложности;

- классификация неисправностей СБИС ОЗУ, построенная на основе предложенной модели и учитывающая механизмы неисправностей, известные из практики;

- алгоритм минимизации экспериментально полученных моделей неисправностей;

- функциональные тесты в соответствии с предложенными моделями, имеющие линейную зависимость длины от емкости ОЗУ для неисправностей любой степени сложности;

- методика настройки тестов на конкретные значения параметров моделей неисправностей, задаваемые пользователем;

- методика проверки контролирующих свойств функциональных тестов;

- набор тестов для полного функционального контроля;

- структура системы для псевдоисчерпывающего функционального контроля СБИС ОЗУ.

Практическая ценность работы состоит в следующем.

1) Разработанные методика и аппаратура псевдоисчерпывающего функционального контроля СБИС ОЗУ позволяют выявлять практически любые неисправности со степенью сложности, задаваемой пользователем средств контроля, а также неисправности с нечеткой моделью. Это обеспечивает необходимую полноту контроля.

2) Все разработанные тесты минимизированы по длине и в отличие от аналогов, известных для некоторых отдельных моделей, имеют время выполнения, пропорциональное первой степени емкости ОЗУ. Это обеспечивает более высокую производительность контроля и снижение связанных с ним издержек.

3) Методика псевдоисчерпывающего контроля СБИС ОЗУ предоставляет пользователю готовые тестовые решения и позволяет исключить необходимость разработ-

ки тестов для множества различных конкретных случаев. Это резко снижает трудоемкость построения прикладных методик контроля, значительно уменьшает вероятность ошибок, приводящих к недостаточной полноте контроля или к его значительной избыточности.

Реализация и внедрение результатов работы. Разработанные методы и средства внедрены в АО "Ангстрем" на операциях производственного контроля схем ОЗУ (К)565РУ5, (К)565РУ7 и (К)М132РУ10. Годовой объем контролируемой продукции составил: для кристаллов - 11732133 штук, для микросхем в корпусе - 6476081 штук. Входной контроль изделий этих же типов организован в НИИКП.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 19 всесоюзных, республиканских, всероссийских и отраслевых конференциях и семинарах.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 35 работ, в том числе 5 авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 153 наименований и приложений и содержит 171 страницу основного текста, 34 рисунка и 9 таблиц.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель исследования, рассмотрена структура работы и ее основные результаты.

В первой главе исследованы структура СБИС ОЗУ и характер возможных неисправностей, проанализированы известные методы и средства контроля, сформулирована задача диссертационной работы.

Проведенный анализ показал, что несмотря на относительную простоту и очевидность выполняемых функций, современные СБИС ОЗУ являются очень сложными и специфическими объектами контроля. Небольшие размеры запоминающих ячеек и величины хранимых ими электрических зарядов, высокая плотность размещения ячеек на кристалле, сложная топология матрицы ячеек, большая длина информационных шин и связей, малые величины сигналов, передаваемых по внутренним цепям приводят к сложности физических процессов, протекающих в схеме ОЗУ в процессе ее работы. В сочетании с большим разнообразием технологических дефектов, возможным несовершенством разработки кристалла ОЗУ, сильной зависимостью работоспособности схемы от условий и режимов ее работы это значительно

усложняет характер вероятных неисправностей, делает их заранее труднопредсказуемыми, проявляющимися нередко случайным образом. Установлено, что наиболее сложные неисправности СБИС ОЗУ связаны со следующими явлениями:

- взаимозависимой работой групп ячеек,

- чувствительностью ОЗУ к последовательности обращения к ячейкам и к записываемой (читаемой) информации,

- чувствительностью элементов ввода-вывода и других элементов ОЗУ, сопрягаемых с ними, к информации, хранящейся в ячейках.

Установлено, что известные к настоящему времени исследования основное внимание уделяют неисправностям и ошибкам функционирования схем ОЗУ, имеющим детерминистическую природу. При этом, однако, множество конкретных неисправностей, рассмотренных в этих работах, нельзя считать исчерпывающим из-за сложности этих объектов, разнообразия их конструктивных построений и факторов, неблагоприятно влияющих на работу ОЗУ. Более того, неисправности СБИС ОЗУ зачастую могут иметь нечеткий характер вследствие многообразия их механизмов, невозможности точно определять множество элементов с паразитным взаимодействием и конкретные механизмы таких взаимодействий. Отмечено, что неисправности с нечеткой моделью в известных работах не рассмотрены.

И наконец, отмечено отсутствие полных и взаимоувязанных классификаций неисправностей и ошибок функционирования СБИС ОЗУ, ориентированных на решение задачи контроля. Известные классификации неточно раскрывают причины ошибок функционирования и неправильно интерпретируют характер проявления некоторых неисправностей. Это может приводить к недостаточной полноте и невысокой производительности контроля.

Подробно рассмотрены функциональные тесты для контроля ОЗУ, известные к настоящему времени. Отмечено, что существует ряд тестов, предназначенных для выявления отдельных видов сложных неисправностей, упомянутых выше. Однако они не решают задачу в общем случае и не позволяют тем самым контролировать разнообразные конкретные неисправности. К тому же в большинстве случаев эти тесты имеют длину, которая для схем информационной емкостью 256К и более неприемлема по экономическим соображениям.

Кроме того, известные тесты не учитывают возможной нечеткости моделей контролируемых неисправностей. В результате этого наличие элементов нечеткое™

8 моделях неисправностей, неточности, допущенные при построении методик контроля, значительные технологические отклонения в изготовлении ОЗУ могут приводить к снижению качества продукции, к дополнительным издержкам.

Отмечено также отсутствие формализованных методик построения тестов, выявляющих неисправности заданного вида. Используемый обычно эвристический подход к созданию новых тестов приводит к большой сложности и высокой трудоемкости разработки. В то же время существующие тесты имеют, как правило, очень ограниченную область применения, обусловленную моделью неисправностей, принятой во внимание при его разработке, и поэтому зачастую не соответствуют решаемой конкретной задаче.

И наконец, постоянное наращивание емкости выпускаемых ОЗУ приводит к увеличению времени их контроля и к возрастанию в связи с этим издержек производства. Особенно это проявляется при использовании традиционных тестов.

Задача организации контроля СБИС ОЗУ усложняется также отсутствием методики для аналитической проверки свойств тестов применительно к неисправностям произвольно задаваемого типа. Это может приводить к недостаточной полноте и к избыточности проверки.

Недостатки традиционного контроля находят свое отражение и в характеристиках соответствующего контрольного оборудования, которое не обеспечивают эффективного решения главной задачи контроля схем ОЗУ - быстрого выявления сложных неисправностей. В то же время известные системы контроля часто имеют значительную аппаратную избыточность, так как ориентированы на реализацию большого количества различных тестов, многие из которых заведомо непригодны для СБИС ОЗУ из-за своей большой длины.

Проведенный анализ позволил сформулировать задачу разработки псевдоисчерпывающего функционального контроля СБИС ОЗУ, который должен обеспечить полное выявление тех неисправностей, типы и степень сложности которых определил пользователь средств контроля. Таким образом, псевдоисчерпывающий функциональный контроль СБИС ОЗУ - это контроль с заданной степенью полноты путем настройки готовых, минимизированных по длине тестов на значения параметров моделей выявляемых неисправностей.

Во второй главе предложена обобщенная лингвистическая модель СБИС ОЗУ, которая в соответствии с задачей, поставленной в диссертации, имеет поведенче-

ский характер. Функционирование ОЗУ описано с помощью праволинейной грамматики Гх =(<2,Х,Р,Б), где £} = {()1}, ¡£?| = 2Л. /=1,// - словарь нетерминальных символов, обозначающих множество состояний ОЗУ, состоящего из N ячеек; X = {^И/, н*, }, [Л^З/У, / = 1, А^" - словарь терминальных символов, причем гг Щ обозначают соответственно операции чтения, записи логической единицы и записи логического нуля в / -ю ячейку; 5 - начальный нетерминальный символ, обозначающий начальное состояние ОЗУ; Р - множество продукций для обозначения изменения состояний ОЗУ в результате выполняемых операций.

Показано, что порождаемый грамматикой Г1 язык , где

/= 1,//, а знак "*" обозначает итерацию, в явном виде представляет все возможные процессы функционирования ОЗУ. Таким образом, по сравнению с другими известными моделями данная модель более полно, адекватно описывает свойства ОЗУ. В частности, построенная на ее основе модель неисправностей описывает процесс возникновения ошибки функционирования в виде продукции £0 —> уе = ц... иг..ике , где 5„ £<2, V е!,, и)еХ ,ик е{г,}, / = \,Ы, ] = 1 ,{к -1), е - признак окончания цепочки при обнаружении ошибки.

Так как построение функционального теста на основе обобщенной модели является практически неразрешимой задачей, то в качестве возможных более простых частных случаев рассматриваются две типовые модели неисправностей. На основе обобщенной модели разработан алгоритм минимизации моделей неисправностей. Модели, полученные в результате минимизации или построенные на основе анализа конструкции СБИС ОЗУ, могут быть отнесены к первому или второму типу. Это позволяет во всех случаях использовать один и тот же набор универсальных тестов, предназначенных для выявления неисправностей с типовыми моделями. При этом требуется лишь их настройка на конкретные значения параметров моделей.

Первая типовая модель описывает неисправности, проявляющиеся при определенном состоянии некоторой группы ячеек в результате простейшей цепочки обращений, состоящей из одного-двух символов: 5,|)<<1> —> \>'2>е, где состояние группы не более, чем из к ячеек, V12'- цепочка не более, чем из двух символов.

Вторая типовая модель описывает неисправности, проявляющиеся как ошибки функционирования в результате выполнения цепочки обращений к ОЗУ:

В —> где В = еО, V'" - цепочка длиной не более /.

В соответствии с реальными физическими причинами неисправности по первой типовой модели характерны, в основном, для групп топологически соседних ячеек, или, иными словами, для подмножеств соседних элементов (ПСЭ). Как показано на рис.1, неисправности ПСЭ классифицируются на простые 80(к)^е, пассивные ^о"' —> и активные неисправности трех типов (в зависимости от характера

возмущающего воздействия): 5'01"' —> где г -я и ячейки принадлежит рассматриваемому ПСЭ.

| Простые |

__А

| Маскируемые | | Немаскируемые*]

Рис.1

При этом для активных неисправностей рассматриваются все возможные варианты возмущающих воздействий. Кроме того, различаются одиночные и множественные активные неисправности ПСЭ. Множественные, в свою очередь, классифицируются на неисправности множественных воздействий, неисправности множественных реакций и полные множественные неисправности. И наконец, как наиболее сложные для выявления, рассматриваются маскируемые неисправности ПСЭ.

Отмечено, что топологическое преобразование адресной последовательности позволяет использовать модели ПСЭ применительно к любой группе ячеек ОЗУ. Таким образом, для контроля ОЗУ по первой типовой модели достаточно проверить все ПСЭ заданного вида. Для этого выбирается нужная разновидность модели, значение параметра к и топологическая конфигурация ПСЭ. Возможная априорная неопределенность параметров или неточность их задания описываются нечеткими моделями. Элементами нечеткости являются топология ПСЭ, значение к и состояние ПСЭ, приводящее к возникновению ошибки.

В качестве особой разновидности неисправностей, соответствующих первой типовой модели, рассмотрена чувствительность элементов ввода-вывода (ЭВВ) столбцов, в частности, усилителей считывания в схемах динамических ОЗУ, к состоянию ячеек столбца, подключенного к данному ЭВВ. Сделан вывод о целесообразности разработки отдельного теста для таких неисправностей.

Вторая типовая модель описывает неисправности, проявляющиеся лишь при определенном порядке обращения к ячейкам ОЗУ - неисправности порядка обращения. Характерная особенность таких неисправностей в том, что для их стимулирования достаточно обратиться к любым произвольным ячейкам определенных столбцов (строк), выполняя при этом заданные операции. По данной модели возможны следующие элементы нечеткости: неопределенность адресов пары столбцов (строк), неопределенность выполняемых операций обращения, длина / последовательности операций обращения, последовательность записываемых или читаемых данных.

Для построения тестов псевдоисчерпывающего контроля предложены базовые тестовые последовательности. Ключевая проблема при контроле по первой типовой модели заключается в формировании состояний 50<<:> ПСЭ, состоящих из к ячеек. Некоторые характерные примеры конфигураций ПСЭ показаны на рис.2.

Последовательности тестовых данных должны обеспечивать:

- контроль ПСЭ с любой топологической конфигурацией,

- формирование всех возможных состояний заданных ПСЭ,

- возможность контроля перекрывающихся ПСЭ, когда каждая из к ячеек некоторого ПСЭ входит также и в (к - 1) других ПСЭ.

а)

6)

Д)

Рис.2

Для задания данных, записываемых в ОЗУ, предложено использовать псевдослучайные от-последовательности, формируемые по примитивным и неприводимым характеристическим полиномам вида р(х) = хр + а рАхр~^+...+а,х' +...+а^хх + \

и имеющие период т = 2Р -1, где р> к, а коэффициенты аиа2,-..ар_1 в соответствии с конкретным видом полинома принимают значения 0 или 1.

Соответствие между позицией (от нулевой до (т -1)-й) каждого из элементов /«-последовательности и степенью х устанавливается записью исходной последовательности данных в виде D = dQx° + flr1x' + d2x2 н— + dm_[xm'\ а циклически сдвинутой на t позиций вправо - в виде произведения Dx'. С учетом того, что х- = 1, Dx' = dm_, + dm_, Ах + - + dm_xx'+d(lx'+- + dm_,_xx.

Перебор всех состояний каждого из перекрывающихся ПСЭ обеспечивается при выполнении следующих требований:

- каждое ПСЭ принимает состояния из одного и того же множества,

- множество состояний включает все возможные состояния, кроме нулевого. Сформулированы и доказаны следующие леммы.

Лемма 1. Запись циклически сдвигаемых последовательностей Dxa ■■■ Dxm~2 формирует в каждом из пересекающихся ПСЭ одно и то же множество состояний.

Соответствие между элементами последовательности и ячейками ПСЭ определяется тестовым полиномом h(x) = н-----кг"1 + I, содержащим к членов,

причем = (а, - an) mod /и,... = (ai_l -att) mod т.

Для выполнения сформулированных требований полином не должен вырождаться из-за равенства между собой каких-либо из чисел /(,, Mi'"Mt-i. то есть

должен быть структурно независим. Предложено исключать структурные зависимости путем пропуска i элементов последовательностей Dx° ■■•Dx т'г после записи каждого столбца матрицы. Это приводит к соответствующему изменению показателей /лг полинома h{x).

Лемма 2. При любой конфигурации ПСЭ и любом количестве R ячеек в столбце ОЗУ всегда может быть найден параметр i в диапазоне значений от 1 до (т —I), исключающий структурные зависимости.

Показано, что для сложных случаев к >5 может быть предложено по крайней мере + v +1) вариантов тестового полинома, причем z = [(т - F)/ к], где F- количество ячеек в прямоугольном кадре, покрывающем ПСЭ, v= min( v0l,vl2,v(/_2)(M)),

где / - количество столбцов в минимизированном по строкам и столбцам кадре матрицы ОЗУ, который включает в себя рассматриваемое ПСЭ, а выражения, заключенные в скобки, обозначают разность адресов первой ячейки в следующем столбце и последней ячейки в текущем столбце. При этом формулы для определения степенных показателей тестовых полиномов применительно к ПСЭ любой конфигурации записываются в виде fij — (Xj — XQ + {Yj — Y0)(i + R)) mod m,

где Xj и Y - соответственно адреса строки и столбца ячейки

Для проверки формирования всех ненулевых состояний исследуются линейные зависимости между столбцами, образованными последовательностями, которые формируются в позициях, соответствующих степенным показателям членов полинома h(x) при полном циклическом сдвиге последовательности D. Лемма 3. т -последовательность, генерируемая в соответствии с характеристическим полиномом р(х), тогда и только тогда исчерпывающе покрывает к-мерное субпространство, описываемое тестовым полиномом h(x), когда набор полиномов Н{х), включающий в себя полином h(x) и все его субполиномы, является простым по отношению к р(х).

При обнаружении линейных зависимостей для их устранения проводится децимация исходной т-последовательности D и последующий анализ свойств вновь полученной последовательности D(>), причем s \л т - взаимно простые числа. Алгоритм построения искомого тестового полинома приведен на рис.3, где Ф(р) -

значение функции Эйлера, соответствующее заданному р и определяющее число характеристических полиномов, пригодных для получения т- последовательностей.

В работе получены тестовые полиномы с параметрами /' и 5 применительно к типовым ПСЭ, показанным на рис.2, для ОЗУ емкостью от 1К до 64М слов.

Рис.3

При контроле по второй типовой модели обеспечивается задание цепочек из трех символов, первые два из которых обозначают операции обращения к столбцам (строкам) матрицы ОЗУ, а последний - чтение проверяемой ячейки. Задача, таким образом, сведена к формированию последовательности адресов. Для ее решения предложено использовать т-последовательность, характеристический полином которой выбирается из таблицы полиномов и удовлетворяет соотношению р= 1о§2 N. Формирование очередного адресного слова проводится путем сдвига его текущего значения на величину 5, равную разрядности адреса X и адреса У, Так как р/з = 2, то каждая последовательностей этих адресов имеет 2-мерное равномерное распределение. Тем самым гарантируется последовательное обращение ко всем парам строк и столбцов, причем обращение по нулевому адресу ОЗУ задается отдельно.

При разработке языка ПТФ основное внимание уделено специальным функциям, характерным для тестов псевдоисчерпывающего контроля. В частности, функция гапёб(Х, У,Я, и) задает последовательность слов данных О путем выборки элементов т-последовательности в порядке, который определяется текущими значениями адресов Хи У, значениями упомянутых выше параметров И и /', а также текущим значением параметра циклического сдвига и.

Функция гапс11(Х,У,Я,и) формирует переменное значение константы для изменения текущего значения адреса X при минимизированной записи т- последовательности данных на фоне исходных нулей. Аналогично функция гапс!2(Х,У,Я,'1^) служит для минимизации записи т -последовательности, циклически сдвинутой по отношению к ранее записанной. Эти функции уменьшают количество операций, необходимых для записи последовательности в ячейки ОЗУ, в 2т/ (т + 1) раза.

Функции Х=зргх(р), У=зргх(р) и Х=гргх(р), У=гргх(р) служат для формирования двумерных равномерно распределенных последовательностей адресов X и У соответственно в прямом и обратном направлениях.

В третьей главе приведены тесты псевдоисчерпывающего контроля, предложен алгоритм проверки свойств тестов и набор тестов для полного контроля ОЗУ.

Для контроля по первой типовой модели разработаны тесты, перечисленных в таблице 1. В частности, "Тест-ПСЭ" для простых неисправностей ПСЭ имеет вид:

ЕюЬ <0; \КгНе (; Яеас! (;

Х=ХМ1Ы;

Х=Х+1;

Х=Х+7;

У=УМ!Ы; ); У=(У +1)@ХМАХ; У=(У+1 )@ХМАХ;

ХУМАХ); ХУ МАХ);

X=XMIN; Y=YMIN; );

X=X+ rand1(X,Y,R,i,J); Y=(Y+1)@XMAX; X=XMIN; Y=YMIN; );

X=X+1; Y=(Y+iJ@XMAX;

X-XMIN; Y=YMIN; );

X=X+ rand2(X,Y,R,i,J); Y=(Y+1)@XMAX; X=XMIN; Y=YMIN; );

X=X+i; Y=(YH)@XMAX;

XYMAX); XYMAX);

XYMAX); XYMAX);

J=0;

Einh (D=randd(X, Y,R,i,J);

Write (D=randd(X, Y, R, i, J);

Einh (D=randd(X, Y, R, i, J);

Read (D=randd(X,Y,R,i,J);

for (J=1; J<=(m-1); J++) {

Einh (D=randd(X, Y, R, i, J); Write (D=randd(X,Y, R, /', J); Einh (D=randd(X, Y, R, /, J);

Read (D=randd(X, Y, R, i, J); }

Особое внимание уделено выявлению более сложных неисправностей. Рассмотрено построение полиномов h(x) для пассивных неисправностей ПСЭ. Оказалось, что для проверяемой ячейки и ячеек, адреса которых меньше адреса проверяемой ячейки, справедливы те же формулы, что и для простых неисправностей ПСЭ. А для других ячеек аj с координатами (X pYнужно использовать формулу

ц} =(Х;-Х0НУ;~ Уо)(/ + Л) -1) mod т.

В результате получен "Тест-ПСЭ-П" и его модификация - "Тест-ПСЭ-ПИ", обеспечивающая дополнительно инвертирование состояний проверяемых ячеек.

"Тест-ПСЭ-АЧМ" для выявления активных множественных неисправностей чтения по сравнению с "Тестом-ПСЭ" предусматривает дополнительное чтение ячеек в обратной последовательности изменения их адресов.

Наибольший интерес представляют тесты для выявления неисправностей записи. При построении тестовых полиномов для воздействующей ячейки и ячеек, адреса которых меньше адреса воздействующей ячейки, применены те же формулы, что и для простых неисправностей ПСЭ. А для остальных ячеек справедлива другая формула, использованная применительно к пассивным неисправностям ПСЭ. "Тест-ПСЭ-А" обеспечивает решение поставленной задачи. В целом, полученные тесты и их модификации пригодны для построения самых разных комплексных проверок. Важнейшие тесты такого рода, выявляющие неисправности ПСЭ по их классификации согласно рис.1, приведены в таблице 1.

Все полученные тесты, в отличие от известных аналогов, выявляющих к тому же лишь некоторые из рассмотренных неисправностей, являются линейными, то есть имеют длину, пропорциональную первой степени /V. Дана оценка нижней границы длины тестов для выявления пассивных и активных неисправностей ПСЭ: (2т + 3)/V. Из этого следует, что "Тест-ПСЭ-П" и " Тест-ПСЭ-А" имеют пренебрежимо

малую избыточность, заведомо не превышающую (т+\)ИИт^ NИ, и обладают, таким образом, практически идеальными свойствами.

Таблица 1. Тесты для выявления неисправностей ПСЭ

Наименование Выявляемые неисправности Длина теста

Тест-ПСЭ Простые неисправности ПСЭ (т + (т + \)/2+2)Ы

Тест-ПСЭ-П Пассивные неисправности ПСЭ (2т + 3 + (т +1) / 2т)Ы

Тест-ПСЭ-ПИ Пассивные неисправности ПСЭ, проверка инвертирующей записи ((5т +1) / 2 + 4 + (от +1) / 2т)Ы

Тест-ПСЭ-АЧМ Активные множественные неисправности чтения (2т + (т + \)/2 + 3)Ы

Тест-ПСЭ-А Одиночные активные неисправности записи (2т+Ъ+(т + \)12т)И

Тест-ПСЭ-АК Неисправности множественных реакций ((2т +\)(к-\) + 2 + (т + \)12 /й)^

Тест-ПСЭ-АП Множественные неисправности по полной модели ((2т+\)к+2 + (т + \)!2т)И

Тест-ПСЭ-АМ 1, Тест-ПСЭ-АМ2 Одиночные маскируемые неисправности (2т + 3 + (т +1) / 2т) N

Тест-ПСЭ-АИ Неисправности по модели, учитывающей исходные состояния ячеек (3 т + (т + \)12+(т + \)12т + Ь)И

Тест-ПСЭ-АИП То же по полной модели множественных неисправностей ((3 т+(т+ 1)/2+ (т+ 1)/2 т+4)Ы

Кроме того, разработанные тесты выявляют неисправности с нечеткими моделями. Действительно, эти тесты формируют все возможные состояния применительно к ПСЭ, имеющим заданную пользователем конфигурацию, и позволяют тем самым гарантированно учесть неопределенность состояния при возникновении ошибок функционирования. Кроме этого, вероятностно контролируются также неисправности и других ПСЭ, состоящих из к < р произвольных ячеек. Вероятность выявления таких неисправностей вычисляется по формуле: р(к)= М(к)/Т(к)> где М(к) -число вариантов выбора к элементов /?/ -последовательности, обеспечивающих структурную и линейную независимость полинома Ь(х), Т(к)- общее количество вариантов, включая все случаи структурной зависимости, когда один элемент т -последовательности соответствует более, чем одной ячейке ПСЭ. М{к) = т(т- \)(т-3)(т-1)...(т + 1-2'"')/А!

}

Ч-» У

у=1

Следовательно, учитываются все упомянутые выше элементы нечеткости. Это позволяет решать задачи контроля при неполной или не вполне точной информации об объекте контроля и о его возможных неисправностях, а также в случаях, когда получить такую информацию практически невозможно, например, при входном контроле, а также при контроле схем, имеющих неподдающиеся учету изменения в топологической адресации строк и столбцов в результате выполнения процедуры резервирования на пластине. Для этого в соответствии с формулами нужно выбрать значение параметра р, определяющего длину теста.

На основе базовых тестовых последовательностей разработаны также тесты для выявления неисправностей по второй типовой модели. Их основные характеристики сведены в таблицу 2.

Таблица 2. Тесты для выявления неисправностей порядка обращения

Наименование Выявляемые неисправности Длина

Тест-RR Проверка всех вариантов цепочек операций "чтение-чтение" для всех пар строк и столбцов 24 N

Тест-WW Проверка всех вариантов цепочек операций "запись-запись" для всех пар строк и столбцов 34/V

Тест-WR Проверка всех вариантов цепочек операций "запись-чтение" для всех пар строк и столбцов 30/V

Тест-RW Проверка всех вариантов цепочек операций "чтение-запись" для всех пар строк и столбцов 28/V

Марш-ПИ-1 Проверка всех вариантов воздействующей записи в ячейку на состояние другой ячейки для всех возможных пар. Проверка воздействия всех цепочек wirf) и части цепочек wOrl для всех пар столбцов и строк на другие ячейки ОЗУ с полнотой 50%. Полная проверка реакций ячеек для схем ДОЗУ. 9 N

Марш-ПИ-2 То же, что и "Марш-ПИ-1", но для всех вариантов цепочек wOrl 10/V

Инверсная диагональ Проверка ЭВВ и подключенных к ним ячеек с учетом всех неблагоприятно влияющих факторов aN

В целом, имея длину не более 34/V тактов обращения к ОЗУ, эти тесты гораздо предпочтительнее широко известных тестов галопирующего типа, длина которых составляет не менее 2/У2. Например, при контроле ОЗУ емкостью 1М обеспечивается выигрыш во времени в 61681 раз.

С другой стороны, полученные тесты имеют также очевидные преимущества по сравнению с традиционными тестами линейного типа. В частности, тест "Марш-ПИ-2" имеет длину, совпадающую с длиной популярного теста "Марш", но обладает значительно лучшими контролирующими свойствами. Это достигнуто благодаря использованию неизбыточной псевдослучайной последовательности адресов, обеспечивающей обращение ко всем парам строк и парам столбцов матрицы ОЗУ, и измененному порядку выполнения циклов записи-чтения.

Тест "Инверсная диагональ" предназначен для выявления неисправностей, связанных с неправильной работой ЭВВ и подключенных к ним ячеек. Его свойства иллюстрируются примером состояния матрицы ОЗУ размером 8x8, показанным на рис.4. Чтение ячеек, расположенных по одной из диагоналей матрицы и хранящи> инверсную информацию, проводится в условиях наибольшей разбалансировки ЭВВ, полученных путем записи противоположной информации в ячейки, подключенные у разным плечам ЭВВ. При этом заряд считываемой ячейки дополнительно ослаблен утечками на другие ячейки данного столбца и строки, находящиеся в противоположных состояниях. Кроме того, неблагоприятное влияние в виде помех оказывает одновременное чтение инверсной информации из других ячеек этой же строки.

ИЗ гШ Г0 гШ гШ гШ К<П КЕ

-ш-щ-Еа-ш-па-ш-ш-ш -ш -а -0 -ш -н -0 -ш -ш

|УС| |УС||УС11 УС||УС[|УС11 УС| |УС 1

-ш-ш-ш-ш-ш-ш-ш-ш

■ИАИИА-ИИ!

чатачБщчзчзчгт

Рис.4

Применительно к схемам ОЗУ, использующим типичный построчный принциг чтения и обратной перезаписи информации, тест обнаруживает также чувствительность ЭВВ (в частности - усилителей считывания столбцов) к последовательностт записываемых и читаемых данных, паразитное накапливание зарядов в плечах ЭВВ Это обеспечивается тем, что перед записью или чтением ячейки диагонали соответ ствующий ЭВВ многократно выполняет чтение и перезапись противоположной ин

формации в другие ячейки этого же столбца. Благодаря циклическому сдвигу диагонали каждый ЭВ8 проверяются при всех вариантах подобных цепочек, имеющих длину до половины размера столбца. Таким образом, тест "Инверсная диагональ" контролирует ЭВВ и ячейки ОЗУ с учетом всех неблагоприятно влияющих факторов.

При наличии у модели элементов нечеткости должны быть рассмотрены цепочки произвольного вида. В случае, когда заданная длина цепочки не превышает величины к - количества ячеек в ПСЭ, то необходимую проверку, как следует из свойств т-последовательности, обеспечивает "Тест-ПСЭ". Если же длина проверяемых цепочек превышает значение к, то его нужно соответственно увеличить. Таким образом, контроль простых неисправностей ПСЭ и проверка цепочек данных произвольного вида могут быть выполнены с помощью одного и того же теста.

Для верификации контролирующих свойств тестов предложен распознающий детерминированный автомат с магазинной памятью М = (£?',Л',{сг(},<5,5'.£7, ,/•"),

где Q' - множество состояний, причем ]{2'| = 2\ X - множество входных воздействий, совпадающее со словарем X грамматики Г, {а,} - множество магазинных символов, 3 - переходная функция автомата, £ еО' - начальное состояние автомата, соответствующее исходному состоянию объекта контроля, а, - верхний магазинный символ, е(?' - заключительное состояние автомата, обозначающее выявление неисправности с заданной моделью. Текущее содержимое магазина представляется в виде а! = ау...а,, а непрочитанная автоматом часть входной цепочки - /?, = ЬГ..Ь,, причем арЬ, &Х , а / - длина теста.

С учетом того, что исходно в магазин занесено а,, переходная функция автомата задается в виде:

(О;,Я,а,), Ь,*аг 1=1

(0;грм,а2), Ь=аг 7 = 1, 0'т = Л

(<2'н,Р1+^а 1+х),Ь,=аг /</, 1<у</

Ь,=а,, / = Л !<;'</

(££,/?#+1,±), Ь,=а„ /</, 7=/

(ои Д),

В записанных выражениях Л и А. означают соответственно пустую строку и пустой стек, к = т+21 при записи в ОЗУ единицы и Л=тФт«2' при записи нуля.

Полученный алгоритм для проверки свойств тестов позволяет обеспечить необходимую полноту контроля, а также исключить его избыточность.

Рассмотренные тесты позволяют реализовать полную методику псевдоисчерпывающего контроля путем использования набора из нескольких тестов следующих четырех типов:

1) Тест маршеподобного типа.

2) Тесты для контроля неисправностей ПСЭ.

3) Тесты для контроля неисправностей порядка обращения к ОЗУ.

4) Тест "Инверсная диагональ".

Таким образом, предложенный набор тестов обеспечивает эффективное выявление неисправностей всех известных типов. Для этого пользователю предоставляется следующие возможности:

- использовать по мере необходимости те или иные типы тестов из набора,

- применять по сформулированным правилам в качестве тестов первого, второго и третьего типа наиболее подходящие тесты из числа предложенных,

- проводить настройку тестов в соответствии с параметрами конкретных моделей неисправностей,

- с целью увеличения производительности контроля изменять при необходимости порядок выполнения тестов на более оптимальный.

В четвертой главе рассмотрена техническая реализация псевдоисчерпывающего контроля СБИС ОЗУ: предложена архитектура системы контроля СБИС ОЗУ описаны структура и принцип работы средств формирования тестов.

Основным элементом системы является микропрограммируемый генератор тестовой последовательности (ГТП). В отличие от известных устройств аналогичногс назначения, предложенный ГТП позволяет сочетать элементы детерминированных V псевдослучайных последовательностей, необходимые для псевдоисчерпывающегс контроля ОЗУ. В целом, система контроля имеет следующие основные особенности. 1) Структура и система микрокоманд ГТП позволяют реализовать все функции, опи сываемые языком ПФТ, обеспечивают преобразование тестовых векторов в соот

ветствии с топологией конкретных СБИС ОЗУ и формирование, таким образом, всех предложенных тестов.

2) Микропрограммное управление обеспечивает высокую гибкость средств контроля. С помощью специальной аппаратной поддержки предусмотрено также компактное и простое задание ряда характерных операций, что позволило упростить построение микропрограмм, исключить холостые такты в работе и улучшить тем самым достоверность и производительность контроля.

3) Благодаря конвейерному принципу построения и использованию быстродействующей элементной базы обеспечена необходимая частота контроля.

И наконец, высокая полнота проверки, обеспечиваемая тестами псевдоисчерпывающего контроля, позволила избежать неоправданных аппаратных затрат на реализацию ряда традиционных тестов с невысокой производительностью проверки.

Разработанные методы и средства контроля внедрены в АО "Ангстрем" и в НИИКП на операциях соответственно производственного и входного контроля схем ОЗУ (К)565РУ5, (К)565РУ7 и (К)М132РУ10. Получено повышение производительности контроля в 1,43-2,99 раза.

В приложении приведены акты внедрения диссертации.

Основные результаты работы

1. На основе анализа структуры современных СБИС ОЗУ и их возможных неисправностей, известных методов контроля и характеристик соответствующей аппаратуры обоснована необходимость разработки псевдоисчерпывающего функционального контроля СБИС ОЗУ, определены его основные задачи.

2. Разработана лингвистическая модель СБИС ОЗУ, обобщенная модель неисправностей и типовые модели неисправностей, описывающие на поведенческом уровне все известные виды неисправностей, в том числе со сложными механизмами проявления. Предложена соответствующая классификация неисправностей ОЗУ. Разработан алгоритм минимизации модели неисправностей.

3. В соответствии с классификацией и типовыми моделями неисправностей разработаны базовые тестовые последовательности и алгоритмы формирования тестов для псевдоисчерпывающего контроля. Предложена методика настройки тестов по конкретным значениям параметров моделей неисправностей. Полученные тесты выявляют неисправности ПСЭ всех типов в соответствии с их классификацией.

4. Разработан алгоритм анализа свойств тестов, предложен набор тестов, реализующий полную проверку ОЗУ по методике псевдоисчерпывающего контроля.

5. Разработаны и внедрены алгоритмы и система для псевдоисчерпывающего функционального контроля СБИС ОЗУ.

В отличие от традиционного контроля, псевдоисчерпывающий функциональный контроль СБИС ОЗУ характеризуются:

- возможностью выявления неисправностей практически любой заданной степени сложности,

- способностью выявлять неисправности с нечеткой моделью и компенсировать возможные неточности определения параметров моделей,

- линейной зависимостью длины теста от информационной емкости контролируемого ОЗУ независимо от типов и степени сложности неисправностей, что позволяет значительно повысить производительность контроля.

Ключевым преимуществом псевдоисчерпывающего контроля является возможность исключить или свести к минимуму сложную, эвристическую по характеру, трудоемкую и чреватую ошибками работу по созданию алгоритмических тестов с необходимыми свойствами. Вместо этого достаточно использовать предложенные в работе готовые тесты и правила их настройки, позволяющие учесть параметры моделей контролируемых неисправностей. Такой подход радикально упрощает процесс разработки методик контроля конкретных типов ОЗУ, сводит к минимуму вероятность ошибок, которые могут привести к недостаточной полноте контроля или к его значительной избыточности.

Итак, псевдоисчерпывающий контроль обеспечивает:

• высокую полноту контроля, позволяющую выявлять все известные неисправности,

• высокую производительность контроля независимо от характера и сложности выявляемых неисправностей,

• простоту, удобство и сравнительно невысокую трудоемкость создания прикладных методик контроля применительно к конкретным типам СБИС ОЗУ,

• адекватность разрабатываемых прикладных методик контроля имеющимся исходным данным об объекте контроля,

• относительно несложную и недорогую техническую реализацию.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Пасенков В.П., Сазонов A.A., Трещановский А.К. Функциональный контроль СБИС ОЗУ с резервированием. - Автоматизация измерений электрических и неэлектрических величин, управление производством. Сборник научных трудов. - М: МИЭТ, 1986, с.21-30.

2. Пасенков В.П., Сазонов A.A., Трещановский А.К. Использование конвейерного принципа в системах функционального контроля и диагностики. - Всесоюзное совещание "Конвейерные вычислительные системы". Тезисы докладов. - Киев, 1985, с.24-25.

3. Трещановский А.К., Гарист С.К. Применение специальных аппаратных средств для анализа неисправностей БИС ОЗУ. - Микроэлектроника, сер.З, вып. 3(219). Тезисы докладов конференции, 1985, с 32-33.

4. Пасенков В.П., Сазонов A.A., Трещановский А.К. Контроль и диагностирование СБИС ОЗУ с помощью микропроцессорных устройств. - В кн.:Методы и микроэлектронные устройства цифрового преобразования и обработки информации. Всесоюзная научно-техническая конференция "Микропроцессоры-85". Тезисы докладов. - М.: 1985, с.293-294.

5. Пасенков В.П., Трещановский А.К. Исследование алгоритмов обработки выходной информации СБИС ОЗУ с резервированием. - Всесоюзная конференция "Исследование и разработка перспективных ИС памяти". Тезисы докладов. - М.:1986, с. 133.

6. Трещановский А.К. Контроль кристаллов СБИС ОЗУ с резервированием. - Всесоюзный семинар Контроль изделий микроэлектроники и применение микропроцессорных средств вычислительной техники. Тезисы докладов. - Ереван, 1984, с. 89-91.

7. Соколовский Ю.В., Трещановский А.К. Оценка величины расхождения в показаниях оборудования при автоматизированном контроле изделий. - Электронная техника, сер.8, вып.5(110), 1984, с.49-51.

8. Пасенков В.П., Трещановский А.К. Особенности архитектуры гибких модульных систем для контроля СБИС памяти. - Материалы научно-технической конференции "Пути повышения эффективности создания ГАП в приборостроении и машиностроении". - М.: 1985, вып. 1, с.59-60.

9. Пасенков В.П., Сазонов A.A., Трещановский А.К. Адаптивный функциональный контроль цифровых СБИС. - В кн.: Средства повышения эффективности производства интегральных схем. - М.: МИЭТ, 1985, с.95-103.

10. Пасенков В.П., Сазонов A.A., Трещановский А.К. Принципы адаптивного функционального контроля полупроводниковых СБИС ОЗУ. - XII Всесоюзная научная конференция по микроэлектронике. Тезисы докладов. Часть V. - Тбилиси: 1987, с. 129-130.

11. Пасенков В.П., Сазонов A.A., Трещановский А.К. Модели неисправностей для адаптивного контроля СБИС ОЗУ. - Тезисы докладов VIII Всесоюзной научно-технической конференции "Измерительные информационные системы". Часть I. - Ташкент: 1987, с.83.

12. Васильковский А.П., Гарист С.К., Трещановский А К. Особенности функционального контроля и диагностирования СБИС ОЗУ - В кн.: Теория, методы и средства диагностирования дискретных устройств и систем на современной элементной базе. - Ленинград-1986, с.85-86.

13. Трещановский А.К., Гарист С.К. Алгоритм высокопроизводительного контроля кристаллов ОЗУ. - Разработка и изготовление твердотельных изделий электронной техники. Тезисы докладов. Мироэлектроника, сер.З, вып. 4(287), 1988, с.20-21.

14. Пасенков В.П., Трещановский А.К. Лингвистическая модель неисправностей СБИС ОЗУ. - В кн.: Аппаратные и программные средства в управлении производством и качеством изделий электронной техники. - М.: МИЭТ, 1988, с.107-111.

15. 16. Батырев Е.В., Куранов С.А., Трещановский А.К. Эффективность управления автоматизированной системы контроля памяти. - В кн.. Аппаратные и программные средства в

управлении производством и качеством изделий электронной техники. - М.: МИЭ'Г, 1988, с. 122-127.

16. Пасенков В.П., Трещановский А.К. Алгоритм построения неизбыточной модели СБИС ОЗУ. - Материалы научно-технической конференции " Применение вычислительной техники и математических методов в научных исследованиях" - Севастополь: 1990, с. 185186.

17. Трещановский А.К. Тесты для выявления сложных неисправностей СБИС ОЗУ. - Межотраслевая научно-техническая конференция "Применение микропроцессорных систем в управлении производством ИЭТ". Тезисы докладов. - М.: 1988., с.69.

18. Пасенков В.П., Сазонов A.A., Трещановский А.К. Алгоритм построения неизбыточной модели СБИС ОЗУ. - Всесоюзная научно-техническая конференция "ИИС-89". Тезисы докладов. - Москва: 1989, с. 13.

19. Павлов В.Н., Пасенков В.П., Трещановский А.К. Тестовые последовательности для контроля СБИС ОЗУ с выявлением неисправностей динамического типа. - Научно-техническая конференция "Автоматизация контроля вычислительных устройств и систем". Тезисы докладов. - Киев: 1988, с. 128-129.

20. Моторин Л.Н., Пасенков В.П., Трещановский А.К. Контроль ОЗУ с выявлением сложных видов неисправностей. - В кн.: Конвейерные вычислительные системы. Тезисы докладов и сообщений Второго Всесоюзного совещания. - Киев: 1988, с. 182-183.

21. Павлов В Н., Пасенков В.П., Трещановский А.К. Принципы построения специальзиро-ванного процессора для функционального контроля СБИС ОЗУ. - Научно-техническая конференция "Применение вычислительной техники и математических методов в научных и экономических исследованиях. Тезисы докладов. - Киев: 1989, с.81-82.

22. Павлов В.Н., Пасенков В.П., Трещановский А.К. Автоматизированная система контроля памяти. - В кн.: Устройства и системы контроля и управления технологическими процессами и технологическим оборудованием при производстве ИЭТ. - М.: МИЭТ, 1989, с. 109114.

23. Трещановский А.К Построение модели неисправностей СБИС ОЗУ. - В кн.: Устройства и системы контроля и управления технологическими процессами и технологическим оборудованием при производстве ИЭТ. - М.: МИЭТ, 1989, с.118-122.

24. Пасенков В.П., Трещановский А.К. Метод анализа тестов для СБИС ОЗУ. - В кн.: Системы автоматизированного управления, контроля и обработки информации. - М.: МИЭТ, 1990, с.97-101.

25. Павлов В.Н., Пасенков В.П., Трещановский А.К. Микропрограммная реализация псевдослучайных тестовых последовательностей. - В кн.: Системы автоматизированного управления, контроля и обработки информации. - М.: МИЭТ, 1990, с. 112-116.

26. Пасенков В П., Трещановский А.К. Оборудование для комбинированного контроля СБИС ОЗУ. - Всероссийская научно-техническая конференция "Электроника и информатика". Тезисы докладов. - М.: МИЭТ, 1995, с.271.

27. Разработка методов и установки контроля СБИС ОЗУ с резервированием. Технический отчет по ОКР. Шифр "Тест-резерв". Главный конструктор - Трещановский А.К. - М.: НИИТТ, 1988, 63с.

28. Разработка методов, макетных технических и программных средств для контроля СБИС ЗУ со встроенными элементами произвольной логики. Технический отчет по НИР. Шифр "Тест-256". Главный конструктор - Трещановский А.К. - М.: НИИТТ, 1990, 22с.

29. Исследование и разработка методов и средств контроля СБИС ЗУ до I6M. Технический отчет по НИР. Шифр "Тест-ЗУ- 16М". Главный конструктор - Трещановский А.К. - М.: НИИТТ, 1989, 88с

30. Авторское свидетельство СССР №1211810, кл. б 11 С 29/00, 1985. Устройство для диагностики памяти. Трещаповский А.К., Гарист С.К.

31. Авторское свидетельство СССР №1513524, кл. в 11 С 29/00, 1989. Устройство генерации адресной последовательности для контроля оперативных накопителей. Трещаповский А.К., Пасенков В,П.

32. Авторское свидетельство СССР №1619347, кл. О 11 С 29/00, 1990. Устройство для контроля оперативной памяти. Куранов С.А., Моторин Л.Н., Павлов В.Н., Пасенков В.П., Трещаповский А.К.

33. Авторское свидетельство СССР №1636858, кл. б 11 С 29/00, в 06 Р 11/00, 1990. Устройство генерации тестовых последовательностей для контроля оперативных накопителей. Трешановский А.К.

34. Авторское свидетельство СССР №1786486, кл. О 06 Р 9/00, 1992. Устройство микропрограммного управления. Трешановский А.К.

35. Трешановский А.К. Тесты для контроля ячеек ОЗУ. Электронная промышленность, 1996, №2, с. 76.