SRAM型与反熔丝型FPGA布线网络测试技术研究

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内部布线网络的测试是所有类型FPGA需要重点测试的功能之一，其中SRAM型FPGA 全局互连资源可分为互连线段和可编程开关，可编程开关的导通或断开取决于存储在其相关SRAM中的配置数据。根据FPGA内部互连资源的特性，结合传统互连故障模型的概念，不同的互连资源的故障模型分别为：互连线段的故障模型和可编程开关的故障模型。

FPGA中可编程开关一般会组成可编程开关矩阵（PSM），PSM中，一对不能相互连接的端点被称为“非可连接端点”，一对可以相互连接的端点被称为“可连接端点”。由于FPGA的可编程特性，一个故障能否被检测出来与FPGA的配置码点息息相关。如图1所示，就图1（a）的电路功能而言，N1与S1之间是导通的，如果N1与S1之间有永久性连接故障，我们称之为冗余（redundant）故障，也就是此错误不会影响图1（a）的电路功能，当然该故障也就不能被测试出来。反之，图1（b）的电路功能中N1和S1间不导通，那么N1与S1之间的永久性连接错误则是非冗余（non-redundant）故障，即该错误会造成图1（b）电路功能出错。


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图1  冗余故障和非冗余故障

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. L: V# Q- c+ |/ Q* e# Q, ]2 C7 O& ~我们以具有两个水平通道和两个垂直通道的简单互连开关矩阵（PSM）为例，可通过三个测试码点实现其所有的连接方式，第一个测试码点TC1中使PSM中的垂直、水平方向的可编程开关闭合，其它开关断开（如图2中a），第二、三个测试码点TC2、TC3中分别使PSM中的两斜线方向的PS闭合，其它断开（如图2中b、c）：

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图2  互连资源测试码点方式
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! p+ ^% a, p; ]1 eFPGA按上述测试码点配置后，施加测试向量时，可将各待测线段端点连接到外部IO引脚上，通过外部IO引脚将测试激励输入其中，并通过输出IO观察输出响应。

反熔丝FPGA只可以一次编程，其测试不能像SRAM和FLASH的FPGA一样，对芯片进行重复编程和擦除，但是可以通过向特殊的测试端口灌入相应测试码，对反熔丝FPGA内部结构和端口特性进行测试。

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0 j) `; F7 o' }, q4 k8 r& D图3   布线通道测试原理示意图

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/ B# @2 |0 b* V4 V0 v& O+ |反熔丝FPGA芯片内部的布线通道如图3所示，其内部布线通道大致分为两种：水平布线通道和垂直布线通道。布线通道上的反熔丝单元具有将通道分离和连接的作用，如交叉通道反熔丝单元和水平通道反熔丝单元。通过灌入相应测试码，进入布线网络短路模式测试，打开垂直或水平开关，在布线通道的一端用低电平驱动，如果另一端接收到低电平，则表示布线通道通过开路测试；进入布线轨线的短路测试模式，首先对所有布线通道进行预充电，在布线通道的一端用低电平驱动，如果另一端接收到高电平，则表示布线通道通过短路测试。
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6 B9 \% T7 b% T, B( @( G6 t$ B图4   反熔丝FPGA测试板

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4 j3 N: s( d% l; Q; ]& O4 c检测事业部具备高端的ATE设备，针对反熔丝FPGA需要的直流I/O端口的电平测试、编程前Binning单元测试，以及不同模块的功能测试，可以较为全面的覆盖测试参数。依托IC设计、IC制造、封装与测试完成的芯片产业链的优势，检测事业部目前可以提供百万门级反熔丝FPGA和千万门级SRAM型FPGA的测试方案，其中十万门反熔丝FPGA已达到量产水平。

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内部布线网络的测试是所有类型FPGA需要重点测试的功能之一
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FPGA按上述测试码点配置后，施加测试向量时，可将各待测线段端点连接到外部IO引脚上，通过外部IO引脚将测试激励输入其中，并通过输出IO观察输出响应
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检测事业部具备高端的ATE设备，针对反熔丝FPGA需要的直流I/O端口的电平测试、编程前Binning单元测试，以及不同模块的功能测试，可以较为全面的覆盖测试参数