Проблемы тестирования микросхем

Чтобы показать проблемы тестирования БИС более наглядно, определим время, необходимое для тестирования типичной микросхемы. Для проверки такого сложного прибора, как микропроцессор, на каждую команду из его системы команд с учетом всех возможных двоичных наборов для каждой команды необходимое число тест -комбинаций определяется следующей формулой:

где n —длина слова данных в битах, а m —число команд в системе команд микропроцессора.

Рассмотрим, к примеру, микропроцессор 8080, имеющий 8-битную шипу данных и примерно 76 команд: n =8 и m = 76. Общее число тест -комбинаций для полной проверки микропроцессора составит

Преобразуем это число в более удобную для нас десятичную систему счисления. Если

то

х = = 183,02624.

Следовательно, общее число тест – комбинаций - .

Предположим, что каждый тест длится 1 мкс (почти недостижимое значение для микропроцессора 8080). Тогда на проведение всех тестов потребуется

В 365-дневном году содержится 3,1526 * 10⁷ с. Поэтому выполнение всех тестов закончится через 10^177,02624/3,1526*10⁷ = 0,3171*10^170,02624 лет. Если начать проверку микропроцессора сейчас, она закончится через 3,171*10¹⁶⁹ лет!

Примерный возраст Земли оценивается в 4,7*10⁹ лет, поэтому невероятно, чтобы микропроцессор «выжил» хотя бы ничтожную часть требуемого времени, и уж наверняка он превратится в пыль до истечения вычисленного срока.

Приведенные расчеты свидетельствуют о том, что «сложную цифровую микросхему, например микропроцессор, никогда нельзя проверить полностью».

Отсюда следует, что каждый существующий компьютер никогда не проверялся и не может быть проверен полностью; в лучшем случае для проверки его функционирования применялось весьма ограниченное подмножество команд и двоичных наборов. Изготовители микросхем и автоматического испытательного оборудования для БИС решают эту проблему, контролируя основные функции с помощью ограниченного множества двоичных тест - наборов и полагая по результатам такого контроля, что БИС будет правильно работать на всех тест - наборах.

С увеличением плотности упаковки, например при переходе к 64-битным микропроцессорам, проблема тестирования становится еще более актуальной.

Когда микросхема спроектирована и изготовлена опытная партия, внутренняя топология микросхемы может вызвать эффект так называемой «чувствительности к набору», заключающийся в том, что определенный двоичный набор приводит к неправильной работе. Мало вероятно, чтобы такой набор появился в тестах при производстве, его действие проявляется только в условиях эксплуатации. Драйверы выходных линий обычно размещаются на периферии кристалла, а по условиям работы они рассеивают большую мощность по сравнению с другими элементами схемы. Находящиеся вблизи драйверов маломощные схемы могут изменить свои характеристики в связи с повышением температуры. Следовательно, через некоторое время после подачи питания поведение микросхемы

Лекция 32