DRC介紹

在進行DFT Logic的設計和插入之前，DFT工程師會先使用EDA工具對原Design執行DRC（Design Rule Checking），即設計規則檢查。隨著芯片的復雜度升高，執行DRC可以顯著提高Design的可測性，同時也檢查Design的合理性。

DRC案例

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在Function模式下，由三態門嚴格控制，在同一總線上，同一時刻只允許一個設備向總線輸出。如圖1所示，三個寄存器的輸入是DI，由Functional Enable Logic控制，在同一時刻Driver D1、D2、D3只有一個被使能，可以向總線輸出數據。

但在測試模式下，Scan Shift期間三個寄存器SSF1、SSF2、SSF3連成一條Scan Chain，輸入由DI切換為SI，它們的值會根據測試pattern不停地變，無法保證3個Drivers在同一時刻只有一個驅動總線，這樣就可能會引起總線競爭的問題。

圖1

為了避免這個問題，我們加入如圖2所示的電路，當SE為1時，即Scan Shift期間，只有EN1為1，此時D1生效，D2和D3不生效。另外給總線加入Bus Keeper，使總線在3個Drivers均為高阻抗時保持總線上值不變。

圖2

但這樣的設計依舊存在一個問題：在Scan Capture期間如何避免總線競爭問題？實際上這里的解決辦法有好幾種，筆者僅提供其中一種思路：在Capture期間SE的值為0，但TE（Test Enable ，圖中未畫出）依舊為1，我們可以利用TE信號來設計邏輯使得在SE為0時依然最多只有一個Driver被使能。

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芯片上存在一些雙向IO Pin，如圖3所示，由寄存器的輸出Q來控制IO方向，當Q=1時是Output Pin，當Q=0時是Input Pin。但在Scan Shift期間，該寄存器的值會由于測試pattern而不停地變，從而導致I/O方向不斷發生改變。

圖3

我們給原電路加入如圖4所示的邏輯，當處于Scan Shift期間，SE的值為1，無論寄存器的值是0還是1，與門的輸出均為0，這樣就保證了在Scan Shift期間該IO PIN一直是Input Pin。當然也可以換成或門的邏輯，使該IO Pin在Shift期間一直是Output Pin。

圖4

3

如圖5所示，這是一個非常簡單的時鐘門控電路，當enable為1時，gated clock與clock保持一致，當enable為0時，gated clock保持為1，即clock斷開狀態。但這樣的設計無法很好地解決hazard，具體如圖6波形圖所示。

圖5

圖6

Designer為了解決這一問題，會采取如圖7所示的設計：插入一個負沿觸發的觸發器，在時鐘下降沿對enable信號進行采樣，當enable為1時，將時鐘打開，當enable為0時，將時鐘關閉。這樣就大大降低了hazard風險，波形圖見圖8。

然而這樣做在測試中會引發另一個問題，那就是在Scan Shift期間該觸發器的值會不斷發生變化，我們也就無法控制時鐘開關了。

圖7

圖8

假設原始的Design電路如圖9所示，我們加入圖10所示的邏輯 ，當SE為1時，Clock始終保持打開的狀態，這樣就保證了Scan Shift期間Clock門控電路始終打開。

圖9

圖10

總結

本文所示案例在Function方面均屬合理的設計，但并不利于測試，這也是引入DRC的重要意義。目前市面上不同的EDA工具對于Design Rule有著不同的規則體系，但本質是一樣的，都是為了在插入DFT以及產ATPG Pattern之前消除潛在的風險并改善設計。