数字电路测试中的关键技术分析
【摘要】本文首先就数字电路测试中的关键技术进行了简要介绍，如故障模型、故障仿真、故障压缩以及可测试性度量等；之后介绍了布尔生成法、D算法、FAN算法等三种确定型数字电路测试方法；最后作者提出了自己对数字电路测试发展趋势的展望。
【关键词】数字电路，测试，故障
人们认识世界用来取得定量或是定性信息的基本方法就是测试。测试不仅是信息工程的源头，还是它的重要组成部分。随着如今大规模集成电路的广泛应用以及计算机网络、微电子技术以及通信技术的发展，各种先进装备系统设计还有制造都离不开测试。据资料显示，目前研制设备的总成本中，测试成本所占比重已达50%，甚至70%。能否使电子设备处于完好状态，使其维修更加准确、快捷，都与电路的测试有着紧密的关系。电路一般有模拟和数字两种，相应的可以把电路的测试分成模拟电路的测试和数字电路的测试两种。数字电路的测试基本思想是在电路输入端加上二进制测试矢量，再比较期望值和电路的实际响应，看其是否一致。
1.数字电路测试中关键技术
1.1数字电路的故障模型
模型在工程上是数学抽象与物理实体之间的桥梁，而故障模型是测试中最重要的模型，它是一系列故障或是所有可能发生的失效行为的故障的集合。故障建模需要遵循纪既要有准确性、典型性和全面性，又要具有简单和易处理性。一般建模很难同时满足以上两个相互矛盾的原则，大都采取折衷方案。数字电路中的故障种类多、数目差异大，因而数字电路系统的建模费时费力且不具有通用性。以下只介绍几种数字电路中的几种常见故障。
首先是桥接故障，通常为晶体管或门级的故障模型，一组信号间的短路用一个桥接故障来表示。短路网点的逻辑值可以是0、1或是不确定状态，取决于电路的实现技术。有反馈的桥接故障产生与组合逻辑不同的存储状态，而无反馈的桥接故障通常用固定故障测试，有很高的覆盖率，是组合逻辑。导致电路的组合延迟超过时钟周期的故障叫做延迟故障，有门延迟故障、路径延迟故障、线延迟故障、段延迟故障和传输故障几种。若将MOS晶体管视为理想的开关，则它的故障模型就是开关永久处于短路或是开路状态的固定短路和固定开路故障。固定故障是电路中较为常见的故障，最常见的是单固定故障，指的是每条线上有固定的0或1两个故障，当然也会有多种故障同时出现的情况，一个n条线的电路所有可能故障数=3^n-1。
1.2数字电路的故障仿真
故障仿真是故障诊断技术中不可或缺的重要环节，主要有四种方法，即并行故障仿真、串行故障仿真、并发故障仿真和演绎故障仿真。其中后两种故障仿真通常采用面向实践的表格驱动仿真器，而并行故障仿真一般采用编译驱动仿真器。
1.3数字电路的故障压缩
电路中所有故障的集合可以被划分成若干等价的子集，每个等价子集中的故障是相互等价的。故障压缩是从每一个等价集中选择一个故障的过程。它可以将电路中的故障总数进行压缩，使之达到一个相对较小的值，可以减少产生测试集过程中的工作量。压缩后的故障数与所有故障总数的比值就是压缩比。
1.4数字电路的可测试性度量
可测试分析具有线性复杂度和属于静态类型两个特征。信号的可观测性和可控制性称为数字电路的可测试性度量，其概念起源于自动控制理论。可观测性指观测逻辑信号状态的难度，而可控制性指的是设置特定逻辑信号为1或0的难度。
2.数字电路的测试生成方法
对集成电路的测试，至今已经研制出了多种数字电路测试的生成算法。这些算法可以从不同的角度分类，比如可以分为随机性算法、确定性算法，还有混合性方法等。一下简单介绍几种确定性方法。
2.1布尔差分法
布尔差分法通过对数字电路布尔方程式进行差分运算来求得测试，可求出所给故障的全部测试矢量，获得测试集的一般表达式。主路径法是在布尔差分法的发展中具有代表性的方法，它将通路敏化的概念引入其中，使布尔差分法的效率得以提高。布尔差分法的理论价值较高，主要是因为它可以将电路描述抽象为数学表达式再进行严密的数学推导。布尔差分法的缺点在于测试复杂性较高的电路时运算量大，处理困难。
2.2 D算法
相对于布尔差分法来说，D算法一般只用来测试一个或是一些测试矢量而不是全部，比较贴近实际。电路中的各节点状态用5个值（0,1，x，D, ）来表示。算法步骤主要有故障激活、故障驱赶以及线相容等。D算法具有算法上的完备性，便于在计算机上实现，是目前应用最为广泛的测试生成算法之一。具有代表性的是PODEM(面向通路判定)算法，它具有穷举算法的优点，避免了许多的盲目试探，减少了D算法中判决与回溯的次数。D算法的缺点在于测试生成时的盲目试探时间占用太长，因而在规模较大的组合电路中太复杂、效率低。
2.3 FAN算法
FAN算法是为加速测试生成而提出的，具有以下特点：头线和扇出源节点构成搜索空间；故障值分配给故障唯一确定或隐含的地方；尽可能多的在每一步中确定已唯一隐含的信号值；D边界元件唯一时，敏化通路的选择也是唯一的；知道搜索的启发性信息使用SCOAP；主导线处停止反向蕴涵，其值可以到最后再确认；扇出源的处理采用多路回退的办法。FAN算法的运算速度相对于PODEM算法来说有所提高，回溯次数少、故障覆盖率高，丰富和发展了测试生成算法的基本思想，目前具有代表性的测试性能较好的是SOCARATES算法。
3.数字电路测试的发展趋势
集成电路的设计与生产中电路测试的地位越来越重要，近年来人们不仅完善了已有的测试算法，同时还提出多种新的算法。目前数字电路测试生成发展有以下几个方向：一是对已有测试生成算法的效率进一步提高，同时研制新的测试技术和方法，如降低搜索空间、研制更加有效的搜索策略等；二是研制并行处理方法和专家系统，被测电路中可以相互独立处理的故障若能实现并行处理将会十分省时省力，测试生成若能有效结合专家经验和启发方式也会十分有益；电路与系统越来越复杂，若仍旧依照以往那种测试人员根据已经设计或是研制完毕的电路来研制测试方案的做法已实用，如今需要设计人员设计电路时充分考虑电路的可测试性，进行可测性设计。
如今电路复杂度和集成性都不断提高，这使得电路的测试困难不断加大。人们应开展可测性设计技术的研究，寻找降低集成电路制造、使用和维护成本的方法，提高故障诊断定位的效率，提高数字电路设计、生产以及测试生成的速度。
参考文献
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