General Copyright Notice Preprint Robuster Selbsttest Mit Diagnose Robuster Selbsttest Mit Diagnose

Robust circuits can compensate certain faults, but they also pose new challenges for test and diagnosis. To avoid unnecessary yield loss, critical faults must be distinguished from faults that can be tolerated during system operation. Furthermore, efficient diagnosis procedures are needed to support yield ramp-up in the case of critical faults. Previous work on circuits with time redundancy has shown that “signature rollback” can distinguish between critical permanent faults and non-critical transient faults. The test is partitioned into shorter sessions, and a rollback is triggered immediately after each faulty session. If the repeated session shows the correct result, then a transient fault is assumed. The reference values for the sessions can be represented in a very compact format. It has been shown that storing only a few bits characterizing the MISR state over time can provide the same quality as storing the complete signatures. In this work the signature rollback scheme is extended to an integrated test and diagnosis procedure. It is shown, that a single test run is sufficient to reach a diagnostic resolution comparable to a diagnosis procedure without response compaction. Die Arbeiten wurden im Rahmen des DFG-Projekts RealTest durchgeführt (HE 1686/3-2 und Wu 245/5-2). 1 Einleitung Zunehmende Parameterschwankungen bei Fertigungstechnologien im Nanometerbereich haben zur Entwicklung neuer robuster und selbstkalibrierender Architekturen geführt [6][9][12][26]. So lassen sich beispielsweise im RAZOR-Prozessor Verzögerungsfehler und transiente Störungen mit Hilfe zusätzlicher Schatten-Latches erkennen und korrigieren [9][12]. Durch einen Neustart der Pipeline mit den korrigierten Werten wird damit auch im Fehlerfall ein korrektes Rechenergebnis sichergestellt. Ebenfalls mit Zeitredundanz arbeitet die von Nikolaidis vorgestellte GRAAL-Architektur für pegelgesteuerte Entwürfe [22]. Weitere Arbeiten versuchen beispielsweise Alterungseffekte rechtzeitig zu erkennen und kompensieren [20][21]. Ein robuster Entwurf erlaubt es, die Vorteile neuer Technologien besser auszunutzen, gleichzeitig ergeben sich jedoch eine ganze Reihe neuer Herausforderungen für Test und Diagnose. Einerseits können beim Test kritische Fehler durch den robusten Entwurf maskiert werden. Andererseits kann ein strukturorientierter Test kombiniert mit Maßnahmen zur Verbesserung der Testbarkeit zu unnötigen Ausbeuteverlusten führen, wenn im Test Fehler angezeigt werden, die sich im Systembetrieb kompensieren lassen. Testverfahren für robuste Schaltungen müssen also möglichst gut zwischen kritischen und unkritischen Fehlern unterscheiden können. Um eine optimale Interpretation der Testergebnisse und eine Verbesserung des Fertigungsprozesses zu unterstützen, ist außerdem ein effizientes Zusammenspiel von Test und Diagnose notwendig. In [2] wurde ein Selbsttestverfahren auf der Grundlage der STUMPS-Architektur vorgestellt, das zwischen transienten und permanenten Fehlern unterscheiden und somit Ausbeuteverluste bei Schaltungen mit Zeitredundanz reduzieren kann [4]. Der Test wird in N Sitzungen unterteilt und nach jeder Sitzung wird das Testergebnis mit einem abgespeicherten Referenzwert verglichen. Dabei genügt es, statt der vollständigen Signatur für die Sitzung eine kurze Bitfolge abzuspeichern, die den MISRInhalt über mehrere Zeitpunkte hinweg charakterisiert [16][17]. Bei einer Abweichung vom Referenzwert wird die betroffene Sitzung sofort wiederholt. Falls beim zweiten Durchlauf kein Fehler mehr auftritt, geht man von einem transienten Fehler aus. Andernfalls wird der Fehler als permanent eingestuft, und der Chip wird aussortiert. Tatsächlich kann ein erneuter Fehler im zweiten Durchlauf einer Sitzung sowohl auf einen permanenten als auch auf einen weiteren transienten Fehler zurückzuführen sein. In beiden Fällen ist jedoch eine genaue Diagnose zur Verbesserung des Produktionsprozesses wichtig, denn auch eine Anhäufung von transienten Fehlern kann auf besonders anfällige Strukturen in der Schaltung hinweisen. Die vorliegende Arbeit kombiniert deshalb das oben beschriebene Testen mit Rücksetzpunkten mit einem Verfahren zur direkten Diagnose, das sich nicht auf Haftfehler beschränkt, sondern die Analyse beliebiger Defekte und insbesondere auch transienter sowie intermittierender Fehler unterstützt [8]. Es wird gezeigt, dass damit in einem einzigen Testdurchlauf die gleiche diagnostische Auflösung erreicht wird wie bei einem Test ohne Ausgabekompaktierung. Die Arbeit fasst in Kapitel 2 zunächst die notwendigen Grundlagen zu Test, Diagnose und Fehlermodellierung kurz zusammen. Anschließend wird in Kapitel 3 das neue integrierte Testund Diagnoseverfahren vorgestellt. Zum Abschluss werden die Experimente zur Validierung des Verfahrens in Kapitel 4 ausführlich beschrieben.