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博士論文 / 論理BISTにおけるフレキシブルスキャンイン電力制御に関する研究 A Flexible Scan-in Power Control Method for Logic BIST

著者

書誌事項

タイトル

論理BISTにおけるフレキシブルスキャンイン電力制御に関する研究

タイトル別名

A Flexible Scan-in Power Control Method for Logic BIST

著者名

加藤隆明

学位授与大学

九州工業大学 (大学ID:0071) (CAT機関ID:KI000844)

取得学位

博士(情報工学)

学位授与番号

甲情工第333号

学位授与年月日

2018-03-23

注記・抄録

VLSIの微細化が進むと伴い,システムの大規模化・複雑化が進んでいる.また,システムテストやLSI出荷後のテスト(フィールドテスト)では,テストコストが増大する一方,厳しい制約下でテストを行う必要がある.例えば,少ないテストデータ量でかつチップ外部からの制御は少なくテストする必要があり,また,高品質なテストなために実際にユーザが使う回路のクロック速度でテストを行うことも求められる.これらの要求を満たすため,テスト容易化設計(Design For Testability:DFT)は不可欠であり,論理回路のフリップフロップ(Flip-Flop:FF)の値を直接観測・制御するスキャン設計は最も知られた手法である.更に,フィールドテストの厳しい制約を満すためLSIチップ上にテスタ機能を搭載してテストを行う,組込み自己テスト(Build-In Self-Test:BIST)が有効である.論理回路に対するBISTでは,よくスキャン設計を用いられる.簡単なLSI外部の制御でテストができ,また容易に実速度テストが行うことができるので,テストコスト削減やフィールドテスト等で有効である.しかし,スキャン設計を用いたBISTの問題点として,一般にテスト生成器が疑似ランダムに生成した高いトグル率(値が反転する確率50%)のテストパターンを使用するため,テストパターンをテスト対象回路に入力(スキャンイン動作)する際,多くのFFの値でトグルが発生し,通常の機能動作する時より消費電力が大きくなってしまう.消費電力が過度に増えると,回路内の発熱や電圧増減によるノイズ・遅延増減によって誤ったテスト結果をもたらすことになる.一方で,単純にテスト電力を下げることで低くなりすぎた場合,通常の機能動作では起きる故障が起こらなくなってしまい,不良の見逃しになる.したがって,回路毎に適切なテスト電力のレベルに合わせて,フレキシブルに電力を制御すべきである.また,テスト電力を制御する際,できるだけ制御回路の変更や面積オーバーヘッドが小さく,故障検出率に影響が少ない制御手法が良い.本論文では,フレキシブルなテスト電力を制御するために,テストパターンのトグル率を制御するスキャンイン電力制御手法を提案する.新たなスキャンイン電力低減回路(Phase Low Power Filter:PLPF)を用いたスキャンイン電力制御回路や制御手法を提案する.2章では,LSIテストの基礎となるスキャン設計やBISTの構造,テストの消費電力問題と対策について簡単に述べる.3章では,先行研究で提案したトグル率を低減する回路である従来のPLPFの説明を行い,動作や論理回路を最適化した新たなPLPFを提案した.提案したPLPFは,従来と同等なテストパターンのトグル率低減効果を実現し,論理回路の単純化と面積オーバーヘッドを削減できることを理論で説明した.4章では,フレキシブルなスキャンイン電力制御を行うための制御回路と制御手法について提案した.トグル率の低減レベルが異なるPLPFを複数用いて,スキャンシフト動作中に切り替えることでフレキシブルなスキャンイン電力を実現する.また,目標とするスキャンイン電力を達成するPLPFの切り替えるタイミングは多く存在するため,本論文では故障検出率と回路オーバーヘッドを考慮した3種類の制御手法(Basic,Swap,Moving)を提案した.5章では,10種類のベンチマーク回路に対して論理/故障シミュレーション結果と1つのベンチマーク回路で論理合成したときの面積結果を示した.論理シミュレーションでは,提案したPLPFのトグル率を測定し,従来のPLPFとほぼ同等なトグル率の低減効果を実現できることを確認した.そして,提案したスキャンイン電力制御手法は,目標スキャンイン電力(トグル率)より平均誤差±0.2%の精度で制御できることを示した.故障シミュレーションでは,単一縮退故障と遷移故障モデルを想定し,故障検出率を測定した.Moving制御手法で縮退故障検出率は平均8.41%,遷移故障検出率平均4.94%向上したことを示した.面積オーバーヘッド評価として,EDAツールを用いて制御回路を論理合成した時のセル数を算出した.その結果,従来のPLPFと提案したPLPFでは,約61%の面積を削減することができた.この章の結果より,提案したスキャンイン電力制御手法は,小面積オーバーヘッドで高い電力制御性と故障検出率の低下抑制効果を実現できることを示した.6章では,論理BISTにスキャンイン電力制御回路を搭載したCMOSのプロセスや対象回路規模が異なる2種類の試作チップを設計し,その測定結果を示した.試作チップの外部からBasic制御手法を用いてスキャンイン電力制御を行い,目標スキャンイン電力値と測定値である電流値・回路遅延に強い正負の相関を得ることができ,回路規模やプロセスの違いが有っても同様の結果が得られた.回路遅延は回路の発熱やテスト電力に大きく影響するため,回路遅延の制御ができていることは,電力制御ができていることを示し,この提案手法が誤ったテスト結果の回避に有効であることを示している.5章のシミュレーション結果と6章の試作チップ結果より,提案したスキャンイン電力制御手法の有効性の実証が示された.この提案手法を用いることで,フレキシブルなテスト電力制御かつ小面積オーバーヘッドで高信頼なテストの実現(特にフィールドテスト),また,故障検出率低下抑制によるテスト時間短縮によってテストコスト削減の期待ができる.

九州工業大学博士学位論文 学位記番号:情工博甲第333号 学位授与年月日:平成30年3月23日

第1章 序論|第2章 高信頼なLSIテスト|第3章 スキャンイン電力低減|第4章 スキャンイン電力制御|第5章 シミュレーション評価|第6章 試作チップ評価 |第7章 結論

平成29年度

九州工業大学博士学位論文(要旨)学位記番号:情工博甲第333号 学位授与年月日:平成30年3月23日

キーワード

BIST, 低電力, 電力制御, スキャイン電力, トグル率

各種コード

NII論文ID(NAID)

500001067798

NII著者ID(NRID)
  • 8000001197324
本文言語コード

jpn

データ提供元

機関リポジトリ / NDLデジタルコレクション

博士論文 / 九州工業大学 / 情報工学

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