淺談 dft 之 OCC（on chip clock）

on chip clock的由來

在工藝節(jié)點(diǎn)在130nm以下的時候，很多情形下的物理缺陷都是由于延時來引起的。因此在對這種類型的chip做dft的時候，需要建立一個新的故障模型，業(yè)內(nèi)稱之為延時故障模型（time delay model）。解決的方法就是at-speed test，所謂的at-speed test就是讓芯片工作在自己高倍時鐘頻率上，這個頻率往往是要高過ATE的時鐘的。這樣對掃描模型的建立就提出了新的要求。

大家工作中接觸的一般的dft時鐘是不是頻率不高。

片上時鐘控制器 (On-chip Clock Controllers ，OCC) ，也稱為掃描時鐘控制器 (Scan Clock Controllers，SCC)。OCC 是插入 SOC 的邏輯，用于在 ATE（自動測試設(shè)備）上進(jìn)行回片測試期間控制時鐘。由于 at-speed test在capture mode下需要兩個時鐘脈沖，其頻率續(xù)等于func mode下的最高時鐘頻率，因此在沒有 OCC 的情況下，我們需要通過 I/O  pad提供這些at-speed clock脈沖。但是這些I/O  pad它們在可以支持的最大頻率方面存在限制；另一方面，OCC 使用內(nèi)部 PLL clock來生成時鐘脈沖進(jìn)行測試。在 stuck-at test期間，OCC 確保在capture階段僅生成一個時鐘脈沖。同樣，在at-speed test期間，OCC 確保在capture階段生成兩個時鐘脈沖，其頻率等于功能時鐘的頻率。

因此，在scan做的比較好的design中所有的test clock都通過 OCC 進(jìn)行通路控制， OCC 控制scan mode下的時鐘操作（在stuck-at test和at-speed test中）并繞過func mode下的功能時鐘。

基本OCC結(jié)構(gòu)

本文我們將討論一個非常基本的 OCC 設(shè)計(jì)，其唯一目的是演示它是如何工作的。與此處討論的 OCC 相比，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) OCC 更先進(jìn)，更能抵御時鐘毛刺。

圖1  基本片上時鐘控制器結(jié)構(gòu)示意圖（具有 n 位移位寄存器）

當(dāng)電路處于func mode（Test Mode = 0）時，OCC 會傳播功能時鐘（參見圖 1）。但在shift階段（Shift Enable = 1），scan clock在 OCC 的輸出端propagate。在capture階段（Shift Enable = 0），移位寄存器開始shift“1”并啟用Clock Gate，以根據(jù)test type來允許單脈沖或雙脈沖。OCC 在stuck-at test（At-speed Mode = 0）中生成一個時鐘脈沖，在at-speed test（At-speed Mode = 1）中生成兩個時鐘脈沖。

此 OCC（具有 5 位移位寄存器）在at-speed test的行為如圖 2 所示。兩個捕獲脈沖出現(xiàn)在功能時鐘的 5 個正沿之后（因?yàn)槲覀兪褂玫氖?5 位移位寄存器） .

注意：一旦 Shift Enable 置為低電平，n 位移位寄存器根據(jù)功能時鐘的上升沿?cái)?shù)量決定延遲，之后功能時鐘在 OCC 的輸出端propagate。

圖 2  圖 1 中所示 OCC 結(jié)構(gòu)的仿真波形（具有 5 位移位寄存器）

Systemverilog code of the OCC

module occ
#(
parameter SHIFT_REG_BITS = 5
)
(
input logic test_mode,
input logic atspeed_mode,
input logic shift_en,
input logic scan_clk,
input logic func_clk,
output logic occ_out_clk
)
logic cg_en;
logic cg_out_clk;
logic sync_flop;
logic [SHIFT_REG_BITS-1:0]shift_reg;

always @(func_clk or cg_en) begin
if (cg_en == 1)
cg_out_clk = func_clk;
else
cg_out_clk = 0;
end

always_ff @(posedge scan_clk) begin
sync_flop <= ~shift_en;
end

always_ff @(posedge func_clk) begin
shift_reg <= shift_reg << 1;
shift_reg[0] <= sync_flop;
end

assign occ_out_clk = test_mode ? (shift_en ? scan_clk : cg_out_clk) : func_clk;

assign cg_en = atspeed_mode ? (~shift_reg[SHIFT_REG_BITS-1] & shift_reg[SHIFT_REG_BITS-3]) : (~shift_reg[SHIFT_REG_BITS-1] & shift_reg[SHIFT_REG_BITS-2]);

endmodule

END