Testability of Electronic Circuits pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Hanser Gardner Publications

作者:Manfred Weyerer

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1992-06

价格:USD 65.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780139118012

丛书系列:

图书标签:

• 电子电路
• 可测性
• 测试技术
• 电路设计
• DFT
• 故障诊断
• 数字电路
• 模拟电路
• 验证
• 可靠性

《电子电路可测试性设计》 导言 在现代电子产品日益复杂化、功能集成度不断提高的今天，如何确保电子电路的可靠运行和高效维护，已成为一个至关重要的问题。随着半导体技术飞速发展，集成电路的密度呈指数级增长，传统的手工测试方法已难以为继。对电子电路进行有效的测试，不仅是为了验证其设计是否符合规格，更是为了在生产制造过程中及时发现并排除故障，从而保证产品质量、降低生产成本、缩短上市周期。然而，随着电路规模的增大和复杂性的提升，直接访问和观察电路内部状态变得愈发困难，这给测试工作带来了巨大的挑战。 “可测试性设计”（Design for Testability, DFT）应运而生，它是一种将测试的便利性融入电路设计过程中的方法论。其核心思想是在设计之初就考虑如何使电路更容易被测试，通过在电路中引入特定的结构和机制，来克服由于电路复杂性带来的测试障碍。这不仅能够提高测试的效率和覆盖率，还能显著降低测试的成本，并最终提升产品的整体质量和可靠性。 本书旨在深入探讨电子电路可测试性设计的理论基础、关键技术和实践应用。我们将从基础概念出发，逐步深入到各种高级DFT技术，并结合实际案例，展示如何在现代电子系统设计中有效地应用这些技术。无论您是电路设计工程师、测试工程师，还是希望了解电子产品开发流程的专业人士，本书都将为您提供宝贵的知识和指导。 第一章：可测试性设计的基石：为何以及何时需要DFT 1.1 电子电路复杂性与测试挑战： 摩尔定律的驱动下，集成电路的晶体管数量呈爆炸式增长。 功能集成度的提高导致电路内部结构更加隐蔽，难以进行直接观测。 信号传播延迟、串扰、功耗等因素进一步加剧了测试的难度。 高速数字电路和模拟/混合信号电路在测试方面面临独特挑战。 1.2 DFT的价值与目标： 提高测试覆盖率 (Test Coverage)： 确保尽可能多的电路故障能够被检测出来。 降低测试成本 (Test Cost)： 通过自动化测试、减少测试时间和测试设备要求来降低成本。 缩短测试时间 (Test Time)： 优化测试向量和测试策略，加快测试过程。 提高产品可靠性 (Product Reliability)： 有效的测试是保证产品质量和长期稳定运行的基础。 加速产品上市 (Time to Market)： 快速、准确的测试有助于缩短产品开发周期。 1.3 DFT在设计流程中的位置： DFT并非事后补救，而是贯穿于设计早期阶段。 与逻辑设计、物理设计、验证等环节的协同作用。 DFT策略的选择与技术实现对整个设计流程的影响。 1.4 常见的电路故障模型 (Fault Models)： 单故障模型 (Single Fault Assumption)： Stuck-at Faults (固定为0或1)：最基本也是最广泛使用的故障模型。 Bridging Faults (短路)：两个节点意外连接。 Open Faults (断路)：信号路径中断。 多故障模型 (Multiple Fault Assumption)： 考虑多个故障同时发生的情况，更贴近实际。 延迟故障模型 (Delay Faults)： 针对高速电路，关注信号传播延迟超出的故障。 特定故障模型： 如RAM/ROM中的位翻转、地址解码故障等。 第二章：核心DFT技术：扫描链 (Scan Chain) 2.1 扫描链的基本原理： 将电路中的触发器（Flip-Flop）转换为可控可观测的移位寄存器（Shift Register）。 通过串行扫描输入（SI）和扫描输出（SO）接口，访问电路内部状态。 实现“扫描模式”(Scan Mode) 和“正常模式”(Normal Mode) 的切换。 2.2 扫描链的结构与实现： 单端口扫描 (Single-Port Scan)： SI和SO共用一个端口。 双端口扫描 (Double-Port Scan)： SI和SO使用独立的端口。 多端口扫描 (Multi-Port Scan)： 全扫描 (Full Scan) vs. 部分扫描 (Partial Scan)： 覆盖所有触发器或部分触发器。 扫描链的构建： 触发器替换、扫描链连接、模式选择逻辑。 2.3 扫描链测试的优势与局限性： 优势： 将时序逻辑转换为组合逻辑进行测试，简化了测试向量生成。 大幅提高了故障覆盖率，尤其对Stuck-at故障。 支持自动化测试向量生成工具（ATPG）。 局限性： 增加了芯片面积（触发器替换）。 增加了测试功耗（扫描操作）。 增加了测试时间（扫描和测试向量执行）。 对时序故障和某些特定故障的覆盖能力有限。 2.4 ATPG工具与扫描链测试流程： ATPG工具的作用： 自动生成测试向量以检测目标故障。 常用的ATPG算法： PODEM, FAN, D-Algorithm等。 测试向量的压缩技术： 减少测试数据量。 测试执行与故障诊断： 如何利用扫描链进行故障定位。 第三章：高级DFT技术：边界扫描 (Boundary Scan) 和内嵌式自测试 (BIST) 3.1 边界扫描 (IEEE 1149.x 标准)： 目标： 解决PCB板级测试问题，实现对芯片I/O端口的测试和片间互连的测试。 TAP (Test Access Port) 控制器： 标准化的测试接口。 BSDL (Boundary Scan Description Language)： 描述边界扫描单元和控制逻辑。 BSCAN的应用： 芯片I/O测试。 PCB互连测试。 芯片内功能测试（结合其他DFT技术）。 系统级调试。 3.2 内嵌式自测试 (Built-In Self-Test, BIST)： 基本原理： 将测试电路集成到被测电路（DUT）内部，由DUT自身完成测试。 BIST的主要组成部分： 测试模式生成器 (Test Pattern Generator, TPG)： 伪随机序列发生器 (Pseudo-Random Test Pattern Generator, PRPG)。 线性反馈移位寄存器 (Linear Feedback Shift Register, LFSR)。 可控序列发生器。 响应数据分析器 (Response Data Analyzer, RDA)： 循环冗余校验 (Cyclic Redundancy Check, CRC)。 压缩/签名逻辑 (Signature Analyzer)。 多端口签名分析器 (MISR)。 测试控制逻辑 (Test Control Logic)： 控制测试的启动、执行和结束。 BIST的类型： 逻辑BIST (Logic BIST, LBIST)： 主要用于测试组合逻辑和时序逻辑。 存储器BIST (Memory BIST, MBIST)： 专用于测试片上RAM、ROM等存储器。 模拟/混合信号BIST (Analog/Mixed-Signal BIST, AMS-BIST)： 3.3 BIST的优势与挑战： 优势： 降低对外部测试设备（ATE）的依赖，减少测试成本。 可用于生产测试、在线测试和老化测试。 提高测试的可访问性，尤其是对难以访问的内部节点。 实现更高水平的故障覆盖，包括延迟故障。 挑战： 增加芯片面积（集成测试电路）。 增加设计复杂性。 测试模式的质量和响应分析的准确性是关键。 LP-BIST (Low-Power BIST) 和高速度BIST的实现。 第四章：DFT在不同电路类型中的应用 4.1 数字电路DFT： 扫描链、LBIST、ATPGB是主要应用。 测试异步逻辑的挑战与解决方案。 4.2 存储器DFT (Memory DFT)： 存储器是芯片中的关键且易出错部分。 MBIST的必要性：针对存储器的特定故障模型（如Address Faults, Data Faults, Stuck-at Faults）。 各种存储器测试算法（如March Test, Walking 1/0 Test）。 4.3 模拟与混合信号电路DFT (Analog/Mixed-Signal DFT)： 模拟信号测试的挑战：连续值、非线性特性。 A-BIST/AMS-BIST： 使用测试信号发生器（如正弦波、三角波）和响应分析器（如ADC采样、滤波器）。 测试放大器、滤波器、ADC/DAC等模块。 基于模型测试 (Model-Based Testing)。 Scan-based A-BIST。 4.4 SoC (System-on-Chip) 的DFT： IP核的集成与封装测试。 核内测试 (Core-internal Test)。 核间测试 (Core-to-Core Test)。 利用SOC总线（如AMBA AXI）进行测试。 测试总线（Test Bus）的设计。 功耗管理与DFT。 第五章：DFT工具链与实践 5.1 常用DFT工具厂商和产品概述： Mentor Graphics (Siemens EDA), Synopsys, Cadence 等。 DFT工具在流程中的角色：DFT插入、ATPG、BIST生成、BSCAN生成等。 5.2 DFT设计流程与最佳实践： 早期DFT规划： 在设计早期确定DFT策略。 DFT规则检查 (DRC)： 确保DFT实现符合工具要求。 DFT实现： 自动或手动插入DFT结构。 ATPG运行： 生成测试向量。 BIST/BSCAN集成。 DFT验证： 验证DFT功能和测试覆盖率。 测试向量转换： 适配不同的ATE平台。 5.3 DFT设计中的权衡 (Trade-offs)： 面积 vs. 测试覆盖率 vs. 测试时间 vs. 功耗。 全扫描 vs. 部分扫描。 PRPG vs. Pseudo-code TPG。 LFSR vs. MISR。 5.4 DFT的未来趋势： AI/ML在ATPG和故障诊断中的应用。 低功耗DFT。 面向3D IC和chiplet的DFT。 更智能的在线测试和可观测量。 结论 可测试性设计是现代电子电路开发不可或缺的一部分。通过系统地学习和应用DFT技术，我们可以有效地应对日益增长的电路复杂性带来的测试挑战，确保产品的质量和可靠性，降低开发和制造成本。本书提供的知识体系，从基础理论到高级技术，再到实际应用，旨在为读者构建一个全面的DFT认知框架，助力您在电子设计领域取得成功。

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初读这本书时，我的主要感觉是它在方法论层面上给出了一个非常清晰的框架，但它在实际操作层面上的指导性似乎略显不足，更像是一部理论探索的蓝图。比如，关于随机测试（Random Testing）和伪随机测试（PRBS Generation）的章节，作者深入探讨了测试向量的统计特性和覆盖率的理论极限，引用了大量的概率论和信息论的公式，这对于理解“为什么”某些测试方法有效至关重要。然而，当我试图寻找如何将这些理论转化为具体的EDA工具脚本或Verilog-A模型时，内容突然变得抽象了。例如，在讨论时序相关的可测试性问题时，书中更多是基于抽象的状态图进行分析，而非展示如何利用特定商业仿真器（如Spectre或HSPICE）来精确模拟和测量延迟故障的传播路径。这使得这本书更适合于正在进行测试理论建模或开发新型测试算法的研究人员，对于需要立即解决量产中出现的特定测试覆盖率不足问题的现场工程师来说，可能需要搭配其他更注重工具实操的资料一起使用。它的价值在于建立了坚实的理论基石，但在“如何做”的具体步骤上留下了不少空白。

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老实说，阅读这本书的体验是一种智力上的挑战，它对于读者的背景知识要求极高，以至于我怀疑它是否面向标准电子工程硕士以上的群体。书中的图表和数学推导密度令人咂舌，许多关键结论的得出过程都采用了冗长的、不跳跃的证明链条。我发现自己不得不频繁地查阅信号处理和随机过程的辅助资料才能跟上作者的思路。例如，书中关于错误检测码（Error Detection Codes）在测试数据压缩中的应用，不仅仅是介绍CRC或BCH码本身，而是深入到了信息冗余度与测试时间之间的非线性关系模型中，这需要读者对信息论有透彻的理解。这种深度虽然令人敬佩，但也带来了较高的阅读门槛。它更像是为博士生准备的参考书，而不是本科课程的教材。对于那些希望快速掌握基础DFT技巧的读者来说，可能会因为过多的数学推导而感到气馁，但对于致力于测试理论创新和算法优化的研究人员而言，这本书提供了充足的灵感和严谨的论证基础。

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这本书最让我感到惊喜的是，它并未将可测试性视为一个孤立的模块或后处理步骤，而是将其内嵌到整个系统级验证流程的哲学之中。它强调的是“测试性驱动设计”（Testability-Driven Design）。书中通过几个贯穿始终的复杂案例研究（Case Studies），展示了如何在系统架构层面——而非仅在门级——预先规划测试策略，例如，如何在多核处理器或复杂的AI加速器中划分测试区域、管理测试资源的竞争，以及如何构建多层级的测试层次结构。这些案例展示了如何通过早期决策来避免后期集成时的灾难性测试瓶颈。更难得的是，它还探讨了测试的“经济学”——即最小化测试成本（包括测试时间和功耗）与最大化故障覆盖率之间的帕累托前沿（Pareto Frontier）。书中对这些权衡的讨论是基于实际的硅片面积和上市时间压力进行的分析，这使得理论讨论与商业现实紧密结合。它教导的不仅仅是技术，更是一种系统级工程的思维方式。

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这本关于电子电路可测试性的专著，给人的第一印象是极其专业且面向深入研究者的。它似乎采用了非常严谨的学术论述风格，从基础理论的构建入手，逐步深入到复杂的系统级测试策略。我特别关注了书中对“故障模型（Fault Models）”的探讨，它不像其他教材那样只是蜻蜓点水般提及，而是花了大量的篇幅去剖析不同故障模型（如Stuck-at, Transition Delay, Bridging faults）的物理意义、数学表述及其在现代CMOS技术中的适用性边界。尤其是在描述如何根据特定的工艺节点和电路架构选择最能反映真实缺陷的故障模型时，作者展示了深厚的实践经验。书中对“可测试性设计（Design for Testability, DFT）”的讲解，也显然超越了简单的扫描链（Scan Chain）插入。我注意到其中有一章专门讨论了基于嵌入式逻辑分析器（ELA）和边界扫描（Boundary Scan）的片上自测（BIST）技术的前沿应用，其中涉及到的算法复杂度和面积开销的权衡分析，对于正在设计高密度SoC的工程师来说，无疑是极具价值的参考。虽然阅读过程需要极高的专注度和扎实的数字逻辑基础，但一旦掌握了其中的核心思想，无疑能极大地提升电路验证和调试的效率与深度。整体来看，这是一本硬核的技术手册，而非入门指南。

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这本书的编排结构给我留下了极为深刻的印象，它似乎是从“制造缺陷的物理根源”开始逆向推导出测试需求的路径。这种自底向上的叙事方式，在处理先进封装技术带来的新挑战时，展现出了极大的优势。我特别欣赏其中关于3D集成电路（3D-ICs）和异构集成（Heterogeneous Integration）的可测试性章节。作者没有简单地将2D测试方法套用到3D结构上，而是详细分析了晶粒间互连（Die-to-Die Interconnects）的故障模式，并提出了专门针对TSV（Through-Silicon Via）阵列的测试激励生成方案。这部分内容非常新颖，因为它直接面对了行业中最棘手的良率问题之一。书中对于如何使用特定波形或激励模式来区分是上层芯片还是下层芯片的故障，描述得极为细致，甚至涉及到了热效应和机械应力对测试结果的影响。这表明作者的视野非常前沿，紧跟半导体制造工艺的迭代步伐，而不是停留在教科书式的成熟技术上。对于关注下一代芯片测试的读者，这部分内容是无价之宝。

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