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通过模拟内容威胁的设备?

凭借少数可测量的方法来评估模拟质量,目前尚不清楚如何影响安全关键的应用程序。

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随着所连接设备中的模拟内容的量爆炸,确保模拟部分正常工作已经采用了新的紧急程度。

模拟电路用于解释物理世界和将数据转移到系统的其他部分,而数字电路是处理数据的最快方式。因此,在高速行驶的汽车或医疗设备上,传感器给出错误的读数可能是危险的。问题在于,模拟测试与数字测试的成熟度相差甚远,而模拟设计是如此独特,以至于很难建立这种一致性。

最近博客,斯蒂芬帕帕斯塔斯,硅测试解决方案组中的产品营销总监导师图形,谈到了SoC和SoC的数字零件质量之间的差距。模拟混合信号的内容。“目前,汽车集成电路中的大部分现场故障都发生在芯片的混合信号部分。”

图1(下面)由ON半导体提供。虽然看似糟糕的是,Mentor Graphics的混合信号DFT工程总监斯蒂芬斯默森添加了“有更多的公司具有更多戏剧性的数字,但没有让他们公开。模拟和数字之间的失败差异是巨大的。“

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图1:混合信号汽车集成电路中的电子故障来源。

这似乎令人震惊的数字似乎表明需要更多地关注问题。但它也可能表明数字已经改进了这么多,因为它是不公平放大模拟失败率。“一位客户表示,每百万(DPM)的缺陷倒入单位数字,但模拟DPM大约为500,”Pateras说。“当不是功能安全问题时,该数字并不差。这可能从消费者空间中的商业意义上被认为是可接受的。“

Sunter补充说,许多芯片错误将在电路板或系统测试级别被发现,可能无法传达给最终客户。“如果你选择诊断这些失败,那是一个商业决策。”

Rob Knoth承认了这个问题,他是Digital和Signoff集团的产品管理总监节奏。在2016年的国际测试会议上,有一个专门讨论降低测试成本的小组。小组成员反复强调,模拟测试是迄今为止占主导地位的测试时间,也是创新的最大机会。”诺斯指出,可靠性和测试是同一枚硬币的两部分。“有些东西变得可靠是因为你测试了它。通过测试,它变得健壮,您对它有信心。一件东西越容易测试,你就越有信心,因此它就变得越可靠。”

为了弄清真相,你必须考虑数字测试的进展,比较模拟和数字领域中验证和制造之间的差异。

比较模拟和数字
模拟内容在许多领域都在增加。“在处理器上添加传感器和无线技术带来了有趣的设计和制造挑战,”该公司自动化测试产品营销总监卢克•施里尔(Luke Schreier)表示国家仪器。“很多时候必须通过软件补偿/校准来解决这些,以获得最佳功率和传输能力。”

鲍勃·莱佛斯,研发团体总监synopsys.,表征问题。“许多模拟内容与获取数据接通和碎片相关联。这可能在6GHz处运行并且足够快,使得它难以通过介质努力地移动数据,这比低频信号吸收高频信号的速度要快得多。这知识产权在校准方面变得更加复杂。它有调节器,通常是内置的,因为如果你发送的数据在芯片上的速率20X,(串行传输与并行),你很容易受到抖动,这往往是由功率峰值引起的。你想要的是低噪声电路,它不会接收到由数字电路产生的大量电源噪声。这包括很多模拟内容,包括稳压器中的运算放大器。”

那么这个模拟内容如何获得测试?“人们一直要求长时间考虑模拟测试的革命,”康说说。“数字内容的数量爆炸,成为主导问题,必须受到控制。扫描和JTAG,以及Lbist和Mbist等技术,然后压缩都是用来解决问题的。今天,人们不会谈论数字的问题。现在焦点是模拟的,因为它没有看到文艺复兴。“

对于如何正确处理这个问题,人们有不同的看法。“为什么模拟测试很难,而数字测试很容易?”“asks Knoth “It comes down to the nature of the design. Analog isn’t about standardization. It is very custom and people tend to be artists. It is very hard to test art.”

但莱弗茨并不完全同意。“如今,没有人在进行数字设计时不考虑测试。在复杂的IP中,你必须从一开始就构建测试。如果你这样做了,就没那么糟糕了。如果你不这么做,而是尝试着在外部测试人员身上测试某些内容,那就很难了。”

苏特承认分离设计和测试不是一个好主意。“模拟中的失败往往是更多的参数,并且他们无法测量开发的测试覆盖范围的质量。他们只是经过经验。在许多情况下,数据手册将在墙上抛出到测试工程师,然后将其写入尽可能多的测试,因为他们可以在可用的时间内覆盖规范,并保持测试成本不到售价的10%。“

故障类型
主要有两种类型的错误。制造过程中的随机故障和参数变化。模拟验证过程的一部分是为了表明电路在由过程/电压/温度(PVT)角定义的正常参数变化下继续工作。通过确保这些变化不会导致设计超出指定的范围,超出该范围的变化应由放置在设备中的表征单元检测。因此,虽然模拟电路可能对这种变化很敏感,但它们不应该代表在模拟测试中需要捕获的错误类型。

苏特咕噜声。“PVT分析是为了探索正常变化的范围,但这会错过短裤,并打开和不正常的极端变化 - 那些不是高斯分布的人。它们是在光面具中落地某个地方或异常的斑点。这些不被蒙特卡罗模拟所涵盖,无法预料。“

那么,大多数随机故障可能发生在哪里呢?“芯片的模拟部分往往更大,所以从统计学上讲,缺陷更有可能落在上面,”Sunter说。“但另一方面,模拟设计师倾向于允许更多的空间和余量,所以如果缺陷确实落在上面,就不太可能毁掉晶体管。”

区域和密度都发挥作用。“错误的最可能的地方是数字,”柜台lefferts。“这是因为它们的每个平方米的节点比模拟更多。如果在稳压器上有一个大驱动器,那么它是一个厚的栅极装置,并且具有长通道长度,它是用脂肪导线布线,因为有很多电流,因此每平方米的网数小于数字的。在许多情况下,我们甚至没有在路由时使用最小间隔。它是手工完成的,更容易给出更多的边距,以便在执行后的布局模拟时可以进行调整。“

Lefferts注意到在数字零件中处理重复的问题也有更好的过程。“通过使用标准化方法中存在的诊断功能,您可以追踪失败的位置,并且在查找失败点时存在惊人的复杂性,以便您可以返回FAB并查看方法来解决问题。”

极端的过程变化也可以被识别出来。莱弗茨补充说:“我们在我们的IP中设置了过程监控器,这样我们就可以确保我们没有调试一个fab问题。”“如果我们有一个不能工作的模具,但该模具的处理超出了你模拟的范围怎么办?我们的设计中有环形振荡器,可以通过诊断端口访问,并测量其速度,以确定是否超出预期范围。”

ISO 26262强制改变
安全关键应用领域正在推动变化。“鉴于强调医疗设备和运输,您还可以更频繁地看到实际测试的任务,以确保质量和安全性,”Ni的施莱尔说。“监管标准,如ISO 26262,正被推到集成电路。为这些趋势做好准备的最好方法是提供既灵活又由软件定义的测试能力。”

桑特解释说:“这将把事情推向两个方向。“一个是零DPM,这意味着更高的覆盖率。模拟故障模拟由于提供了一种实际测量故障覆盖的方法而备受关注。第二件事是,它要求你解决可靠性问题。这意味着安装自我监控系统,比如电压监测器。一些顾客在芯片上放了很多。这些安全机制的一部分,所以如果你没有足够的设计利润容忍很多可能发生的缺陷,那么至少安全机制将触发和说,我有一个错误,让芯片或系统放到一个安全的状态。”

Knoth认为这是一个更高层次的问题。“从功能安全的角度来看,他们从更高的抽象层次来看待问题。他们希望注入错误,并确保产品进入安全状态。我们要看看这对模拟意味着什么-可控性意味着什么?能见度是什么意思?通过查看故障模拟,我们可能会发现这一点,但对于更复杂的问题,这可能是一种过于粗暴的解决方案。”

目前正在取得进展。桑特说:“汽车上的每一个有缺陷的设备都必须返回制造商(这是26262和百万零缺陷部分的要求),公司必须追踪缺陷是如何发生的,它是如何逃脱的,以及它如何不会再发生。”“这是非常劳动密集型的工作。据报道,汽车的缺陷质量虽然正在改善,但正逐渐接近1或2 DPM。”

新标准将
正在开发各种标准来帮助减轻这个问题。“我们已经看到了在混合信号IC中使用的IEEE 1687(IJTAG),它允许系统的方法在块级别开发测试,然后能够在芯片内嵌入块时重新结合那些测试,然后能够在下一个芯片上重复使用它,“苏德说。“这意味着您可以花费更多的努力确保测试真的很好,然后自动化照顾它到芯片的其余部分或进入其他筹码。”

但这还没有带来许多新工具。Knoth说:“IEEE 1687定义了一种用于访问嵌入在半导体设备中的仪器的方法,它正在被扩展到进行模拟故障建模。”“我们必须以一种结构化的方式来处理它,关键是要关注两者的定义和模型。当我们都同意一个有用的集合,然后我们可以开始讨论如何处理故障模拟和如何处理功能安全的影响。然后我们就可以加快速度,扩大规模。所以这需要三个步骤。”

Sunter认为故障模拟器是任何改进策略的中心。“数字化是如何取得所有进步的?”原因是他们有故障模拟器,这使他们能够看到手动生成的测试有多差。这推动了数字化扫描的发展,推动了将扫描纳入设计的自动化,推动了BIST和扫描压缩等所有这些进步。”

随着旧格言说,如果它没有测试,那么它可能不起作用。“智能设备需要更智能的测试系统,”施莱尔说。“这意味着测试系统需要使用软件更快地升级或演变,而不是设备路线图。它需要一个可轻松升级的模块化硬件基础架构。也许最重要的是,它需要为用户留下很多灵活性,以便快速改变要求和标准。“

Lefferts相信前进的方式更加自检。“有一些开销,例如ADC,以及振荡器的一些额外的开销。必要的路由有额外的开销,因此可以对信号进行路由进行测量。所以有一个开销,但它类似于数字。可测试性功能可能小于10%。但如果他们没有建立在前面,你就不会有任何地方放下它们。如果您将所有测试留给引脚和外部世界,您会发现它非常昂贵,因为测试仪必须聪明。“

统治艺术
模拟设计师经常被视为旧的诡计,但这些设计师真的了解他们的工作环境,这是他们所做的工作质量的关键。但更多的初级模拟设计师没有他们丰富的经验,这使得问题更有可能。

“如果你能做任何你想做的事情,你就可以建造一个更好、更快、更酷的放大器,”诺斯说。“但如果你不能测试它并证明它是安全的,它就永远无法进入汽车芯片。”作为一个行业,你必须开始成熟,并遵循一些规则。”

Lefferts得出结论,“如果模拟导致所有这些问题,可能是因为他们尚未弄清楚内置自我测试的最佳方式。”

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