[发明专利]一种故障诊断系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及大规模数字集成电路，尤其涉及一种集成电路故障诊断系统及方法。 

背景技术

近年来，随着工艺尺度的不断缩小，集成电路的设计开始步入深亚微米和超亚微米工艺阶段。然而，虽然工艺尺寸的不断缩小可以使得芯片的性能得到提升，但生产出来的芯片的缺陷密度也不断增加，这使得量产学习过程变得更加复杂。对于集成电路生产厂商来说，为了使得芯片能够更快的投入市场，从而为厂商谋取利润，快速的量产学习是至关重要的。从20世纪60年代起，故障诊断在快速量产学习过程中便扮演着不可忽视的角色。 

故障诊断在不改变芯片硬件设计的基础上，利用存在缺陷的芯片的失效响应，使用软件的方法，对此芯片进行故障诊断，为进一步的物理故障分析提供高精确度高分辨率的故障候选位置，其中精确度指被诊断出来的真实故障数目占总的真实故障数目的百分比，而分辨率指平均多少个最终候选故障位置中有一个真实故障数目，前者的期望值为100％，即通过故障诊断可以发现所有的真实故障位置，后者的期望值为1，即每个最终候选故障位置都是一个真实的故障位置。 

故障诊断的主要方法分为两类：原因-结果诊断方法和结果-原因诊断方法。原因-结果诊断方法根据使用的故障模型为每一个有可能发生故障的位置建立故障字典，在诊断过程中利用失效响应通过查阅故障字典，找到有可能引起失效的故障位置。然而，随着电路集成度的增加，这种需要建立庞大的故障字典的诊断方法逐渐退出了故障诊断的舞台。结果-原因诊断方法从失效响应出发，根据电路结构进行回推以缩小候选故障的数目，再配合特定的评估方法找到最有可能发生故障的位置，该方法是当今普遍使用和研究的诊断方法。 

传统的故障诊断方法的不足主要表现在以下两个方面： 

一、在传统的故障诊断方法中，芯片被假设只有一个故障，然而随着工艺尺寸的不断缩小，实际芯片中往往可能存在多个故障，即单故障假设并不总是成立的。当多个故障存在时，故障之间有可能发生屏蔽和增强作用，如图1a和图1b所示。图1a和图1b中的电路有三个输入abc，两个输出gh，输入向量为abc(001)，无故障时输出为gh(00)。如图1a，当电路中只存在一个故障使得b的逻辑值变为1(b/1)，则该故障的效应只能通过路径beh传播到输出h。若电路中还有另外两个故障a/1和c/0存在，如图1b，则b/1因为c/0的屏蔽作用而不能传播到输出h，而因为a/1的增强作用可以传播到g，这便是多故障的屏蔽与增强作用。由于这种屏蔽与增强作用的存在，基于单故障假设的传统故障诊断方法不能很好的诊断多故障情况。 

二、在传统的故障诊断方法中，往往需要于对故障模型进行假设，然而，现有的故障模型并不能准确描述所有缺陷的行为，而且即使能够准确的描述所有缺陷的行为，也不可能在找到真正的缺陷之前，预先知道应该选取什么样的故障模型进行描述。因此，基于故障模型的传统故障诊断方法不能很好的诊断未知故障模型的情况。 

为解决基于单故障假设以及基于故障模型假设的传统诊断方法的这两个不足，目前已有两类可行方案。第一类方案通过增用特定的诊断向量以达到高精度的诊断结果，第二类方案仍采用已有的测试向量的失效响应，但通过使用不同于传统诊断方法的诊断技术，得到精确的诊断结果。 

在第一类方案中，在测试阶段结束并发现芯片中存在故障后，对这些已得到的失效响应进行分析，然后根据分析结果生成一些特定的具有诊断能力的向量，并将其再次加载到芯片上得到新的失效响应，最后通过分析这些新的失效响应得到更加准确的故障候选位置。由于和测试向量相比，这些特定的诊断向量，可以针对多种具体的故障模型生成，并能尽量减小多故障屏蔽和增强作用，因此拥有更高的诊断能力，使得这类方案的诊断结果往往具有高准确度和高分辨率。然而，由于对芯片再次加载诊断向量需要一定的开销，因此在量产阶段，生产厂商往往希望只利用测试向量的失效响应进行诊断，而不使用新的诊断向量。