数模混合芯片scan chain问题解析

前几天回了一位网友的贴子。这位网友的问题很经典。整理一下，也许对其他朋友有点帮助。

Q1：

目前有这样一个设计需求，该IC总体有数字部分和模拟部分组成，现在要求对数字部分插scan chain，实际芯片中数字部分很多输入/输出信号是直接连接到模拟电路，而不是连接到芯片的IO上，因为scan chain要求数字电路输入可控和输出可观察，面对这种情况，实际在插scan chain时数字部分的输入输出一般是怎么处理，欢迎各位大佬指点，小弟不胜感激

Answer：

输入：模拟到数字的信号不可控，需要和数字registered outputs mux一下提高test coverage。关键词是registered output！ 这个技巧俗称scan loopback。

输出： scan的时候不希望模拟控制信号频繁上下跳动，要求把数字到模拟的输出置为static low or high。注意：有的模拟模块在scan的时候要求一直enable，对应的enable控制信号在scan时必须mux到static high。例如，部分数字是LDO供电，这部分数字在scan chain里，跑scan的时候LDO自然不能关掉。这个场景在低功耗设计中很常见。

示意图如下。左边是scan loopback mux，右边是 scan tieoff。

Q2：

关于输入信号处理时参与MUX的“registered outputs ” 怎么选取的呢，这里选择哪一个register有什么讲究吗

Answer：

有讲究，首选选离得近的，不然place & route会浪费太多routing resource，还会影响 timing。 参考一下top level layout 给 digital 的 pin location

如果是PLL之类，有些 timing critical 的 output 尽量不要拿来做 scan loopback，选一些不太重要的

Q3：

有几个问题想再追问下：1.按照上述处理，是不是在真实的ATE测试时只需要控制芯片pin上的几个scan信号就能完成scan测试？那是不是可以进一步理解成任何数字电路都可以按照上述思路处理，然后最后只通过pin上的几个scan信号（不用任何PI/PO）完成ATPG测试？

2.上述处理后能保证覆盖率吗，在tmax产生ATPG时需要注意些什么？

3.在设计中有一个负沿的D触发器，在插入DFT是设置了mix_edges，最后这个负沿的D触发器串在了chain的最前面，这时会出现一个“1 Trailing edge port captured data affected by new capture violation”的违例，这种情况需要处理吗？然后又怎么处理？

Answer：

1. 是的。通常 scan 信号可以复用 SPI， I2C，需要小心。减少整个片子 pin 数量，降低 package 成本，整个片子才会有竞争力。大厂的数模混合芯片没有scan专用的pin就是这个道理。

2. 覆盖率 95% 还是可以做到的，虽然加入的 scan mux 上损失一些覆盖率，但是加入后提高了整个设计的覆盖率。

3. 如果没有 timing 问题， 不需要处理。 如果 setup 不能满足，可以降低 scan 频率。

Q4：

产生ATPG的still文件中依然会有对“form analog”和“to analog”这些信号有赋值等操作，感觉此时的still文件中不是应该就只有对scan的几个信号有赋值或其他操作吗？

Answer：

假设数字顶层是 digtop，有一堆 from_analog*， to_analog* 之类的 IO。这个 digtop 是不能直接给 ATPG tool 用的，要在外面加一个 wrapper，姑且称为 digtop_tmax 吧。 这个 digtop_tmax 的 IO 应该只包括 scan pattern 能控制的 digtop input， 以及 scan pattern 能观察到的 digtop output。 from_analog*， to_analog* 都不在 digtop_tmax 的 IO list 里。这样最后的 stil 里就不会出现 from_analog*， to_analog*

Q5：

那这个wrapper是在插scan chain完成后手动修改网表去形成，还是通过设置工具的某些命令去形成？

Answer：

这个 digtop_tmax 实际上相当于 chip_top 去掉其中的模拟部分。

如果 Cadence 里已经有 chip_top 的 symbol view，生成一个 Verilog view， 再手动例化 digtop。

嫌麻烦就完全手动

Q6：

1.这样操作是不是又要重新生成新的spf文件？ 设计中from annlog 和 to analog的pin巨多，手动是不是太麻烦了 。

2.我看了下DFTMAX的ug，在第12章节讲了wrapper cores ，我在想是不是我这种类型的设计能不能在RTL阶段不做任何代码处理，在DFT时直接走wrapper cores的流程，这样具有可行性吗？

Answer：

RTL 阶段插入 scan mux， scan loopback。

跑 TetraMAX 的时候写一个 digtop_tmax 或 chip_top，仅仅用于跑 generate spf。

这里有个省时的小窍门。 scan 相关的 port 一般就 5/6 个信号。digtop_tmax 里接上这几个信号就可以了。 其他的像 from_analog*， to_analog*， ATE 根本看不到，也不需要看到。例化 digtop 的时候这些信号可以不出现在 port mapping 里，大大简化 digtop_tmax 的工作量。工具会自动把这些 from_analog*， to_analog* 当成 X 处理，这也正是我们希望的

Q7：

我们的设计数字电路大概有1500个D触发器，从测试成本和测试时间来考虑（scan 的pin可以适当多些），一般插几条chain比较合适？这里chain的条数的定义一般是怎么评估的呢

Answer：

1. 片子的 package 最多能有几个 digital I/O。 数模混合片子大部分 I/O 都是模拟，数字很少，scan pin 数量的上限就在那里，也就限制了 scain chain 的条数。如果允许，当然时多几条 scan chain 更好，减少 test time。 但是 package 也是成本的很大部分，不能随心所欲增加 digital I/O 增加 scan chain 数量。有时 package 是用户使用场景决定的，无法选大的。例如8 pin package， 内部模拟数字一大堆，也蛮常见的。

2. 为了减少 test time， 可以考虑 scan 跑得快一些。 很多时候 scan mode 时钟比 functional mode 时钟快很多倍就是这个道理

Q8：

1.之前几天仅仅是把DFT流程跑通，没有关注测试模式下timing的问题，我想问下在测试模式下，scan的时钟和scan的信号怎么约束，和function 模式结合起来约束又该如何考量（是不是要用set_case_analysis之类的命令）？ 实际跑function的频率就几十M，这种测试模式下需要有at-speed的考虑吗？

Answer：

1. Timing 分析可以用 MMMC （multi-mode multi-corner）。Mode 分成两个，func_mode， scan_mode，写两个 SDC。

func_mode SDC 第一句： set_case_analysis 0 ［get_port scan_mode*］

scan_mode SDC 第一句： set_case_analysis 1 ［get_port scan_mode*］

scan_mode SDC 里 create_clock -name scan_clock 可以跑得快一点。如果 scan_clock 可以超过 functional clock，at-speed test 就不重要了。

很重要的一点，一定要跑 sdf 反标后仿，把所有 vector 跑一遍，确认无误。 很多时候跑 sdf 反标后仿可以发现问题。

审核编辑：黄飞