System på kisel utmanar testkonstruktörer

Test av systemkretsar är problematiskt just för att det rör sig om att testa hela system inklämda i en enda krets.

Med ett antal inbyggda kärnor integrerade på kisel blir testningen av naturliga skäl mycket mer komplicerad jämfört med att testa ett traditionellt system som är utspritt på ett kretskort.

Ett virrvarr av testmetoder men inga standarder. Så kan man sammanfatta läget för test av systemkretsar, något som är mycket knivigare än att testa system på kretskort. I kretskortsfallet kan man ju testa de ingående komponenterna var för sig och först därefter testa förbindningen mellan komponenterna. När det gäller systemkretsar måste man dels testa kärnorna som är djupt inbyggda i kretsen, dels förbindningarna mellan dem.

Själva definitionen på systemkrets, ofta kallat Soc efter engelskans System-on- chip, är en krets som åtminstone innehåller en styrenhet som processor eller DSP, minne, egenutvecklad logik samt inbyggd programvara.

Dessutom kan kretsen rymma snabba gränssnitt, blandat analog-digitala funktioner och analoga kärnor. Och tanken är att man inte ska behöva utveckla allt själv, så därför kommer kärnorna ofta från ett antal olika leverantörer.

Detta ställer emellertid till problem eftersom det saknas standarder för hur kärnorna ska testas.

- Testning blir ett jätteproblem när systemkretsarna innehåller kärnor från olika leverantörer med helt skilda testmetoder, säger Jan Johansson på Telefonaktiebolaget LM Ericsson som var den enda svenska talaren på European Electronics.

Mix av testmetoder

För även om varje enskild kärna är testbar och levereras tillsammans med testmönster så är det inte trivialt att sy ihop testerna för en hel systemkrets. En krets kan exempelvis innehålla några block som ska testas med så kallade scankedjor, några som ska testas funktionellt och ytterligare några som ska testas med inbyggd självtest, Bist.

Systemkonstruktören måste då stödja alla ingående testmetoder och välja det lämpligaste sättet att nå in till alla block för att tillföra testmönster och få ut testsvaret.

Bist har här en fördel eftersom den inte belastar någon extern testutrustning och inget data behöver föras in och ut ur kretsen.

Tekniken går ut på att man har en testprocessor inbyggd i kretsen som matar testobjektet med testmönster och läser av svaret. Svaret, som antingen är fungerar eller fungerar inte, presenteras på en utgång.

Haken är att testprocessorn stjäl kiselyta, vilket är en orsak till att metoden inte har fått något större genomslag utan främst används när alla övriga metoder är omöjliga.

För testmetoder som exempelvis bygger på scankedjor, där man klockar in data i vippor som kopplas ihop seriellt i en kedja runt blocket, och vid funktionell testning måste man däremot tillföra stimuli till varje enskilt block och avläsa svaret utanför kretsen. Därför är det problematiskt med systemkretsar där många små inbyggda minnen sitter utspridda på kislet, eftersom man då måste finna sätt att nå in till ett stort antal block.

Balansgång mellan tid och yta

Hur kärnorna ska nås är en avvägning mellan korta testtider och kretsens yta, prestanda och effektförbrukning. Man kan exempelvis låta testmönster passera igenom kärnor som har ett "genomskinligt" läge och sparar därmed yta men får i gengäld långa testtider. Ett annat alternativ är att sätta en multiplexer på in- och utgångarna och sedan ansluta alla kärnor direkt dit.

På så vis kommer man snabbt åt kärnorna men slösar yta och prestanda. Detta är bara två exempel på de åtkomstmöjligheter som finns.

Hastigheten är en annan stötesten. Först och främst måste testaren kunna hålla jämna steg med de snabba gränssnitten en systemkrets kan ha. Och i kretsar tillverkade i fina kiselgeometrier är många fel så kallade at-speedfel, alltså fel som har med förbindningarna att göra, och som upptäcks först när kretsen körs i full hastighet. Då duger inte de vanliga felmodellerna, så kallade stuck- at-fel, utan då krävs det att man verifierar timingen med någon form av funktionell test.

Sammantaget gör svårigheterna att testningen blir kostsam.

- Vi gjorde nyligen en undersökning bland våra kunder som visade att testningen kan stå för upp till 30 procent av den totala produktionskostnaden för en systemkrets, säger Gerhard Kessler, Europa-vd för Advantest, ett företag som erbjuder testutrustning.

Kan det då inte vara lockande att sänka ribban på feltäckning och släppa en delvis otestad produkt på marknaden?

- Nej, det är väldigt farligt. Visst får man en fjäder i hatten om ens produkt är först på marknaden, men den fjädern förlorar man snabbt om det dyker upp en massa fel, säger Jan Johansson.

CVS