DFT设计—MBIST算法测试

当SoC上有超过80%的芯片面积被各种形式的存储器占用之时，存储器的DFT测试已经变得非常重要。

(一)存储器故障模型类型：

1.固定故障(SAF)，即Stuck at Fault

存储单元stuck at 1或0。

2.转换故障(TF)，即Transition fault

比如可以1->0,但是无法完成0->1的准换。

3.耦合故障(CF)，即Couple Fault

由于邻接单元，许多单元共享字线和位线，写入一个单元可能导致另一个单元出现相同值。反向耦合(CFin, Inversion Couple Fault)是指当写入一个值到一个存储单元时，该值将反转另一个存储单元值。

比如，要测试CF，需在所有单元中写0，然后在存储单元A写1。读取所有单元值，检查除了单元A为1外，是否还有其他单元被耦合拉为1了。另外，对相反值也要采取此流程。

4.桥接故障(BF)，即Bridge Fault

两个或两个以上位线短接在一起就造成了桥接故障（BF)。

(二)存储器测试算法

测试存储器测试算法的性能指标通常有两个：

测试时间

故障覆盖率

常用的确定性测试算法有：Checkerboard算法、March类算法、MSCAN（Memory Scan）算法、跳步 (GALPAT) 和走步 (Walking 1/0)算法，我们重点介绍Checkerboard算法、March类算法。

MSCAN算法

MSCAN 算法是一种最基本、最简单的测试算法。首先对所有待测单元写入全0，然后读取所有存储单元并判断是否有故障，接着写入全1，再读取所有存储单元并判断是否有故障，可以检测所有SAF故障，缺点是仅支持部分耦合故障的测试，故障覆盖率有限。

Checkerboard棋盘算法

Checkerboard 算法也叫棋盘算法，基本过程是对每个存储单元进行赋值，保证每一个存储单元的值都与相邻单元的值不同，这样就将整个存储阵列分为了两块：存储值是0的为A 块，存储值是1的为B 块：

Checkerboard棋盘算法分块后，按如下过程测试：

(1) 对A和B块分别写入0和1；

(2) 读所有存储单元；

(3) 对A和B块分别写入1和0；

(4) 读所有存储单元。

该算法的操作数为4N，N为存储单元个数，时间复杂度为O(N)，可以检测固定型故障和部分桥连故障，在BIST 算法中应用广泛。

March 测试算法

March算法是一系列的算法，具有较高的故障覆盖率、测试时间较短，已经广泛应用于大容量SRAM 和DRAM 的测试，目前的March 算法主要有MATS，MATS+，March X、March C、March C-、March C+、March LR 等类型。可以检测各种内存故障（Stuck-At、Transition、Address faults、Idempotent coupling faults）。

March-C 算法以任何顺序将0写入所有存储单元，然后从位置 0开始以地址升序排序的方法读取并检查数据是否是0，并将已读取的位置写入1，遍历后，所有的存储器位都为1。然后我们又从位置0开始以递增顺序读取 1，并将每次读取的位置写为0。然后重复类似的测试。详细步骤如下：

March-C 的测试步骤：

按照上图的解释，March算法执行步骤可以更简单的描述如下：

地址递增：

初始化写0

读0，写1，地址顺序递增

读1，写0，地址顺序递增

地址递减：

读0，写1，地址顺序降序

读1，写0，地址顺序降序

按降序读0

March-C 读写一共进行10次，因此算法复杂度为10N。

当前，大多数行业标准使用March和棋盘格算法的组合，通常称为SMarchCKBD算法。该算法使MBIST控制器能够进行快速行或列访问来检测内存故障。

我们可以看到景芯SoC训练营也是采用的SMarchCKBD算法：

审核编辑：刘清