低功耗设计方法-电源门控设计（七）

可测试性考虑

电源门控可测试性设计

RTL 设计要求设计人员确保复位的可控性以实现可测试性。所有派生或重新同步的复位（或预设）都从外部可控的主复位控制引脚复用。也就是说，在测试模式下，我们必须能够覆盖系统中的所有复位，并从外部引脚提供主复位。

出于类似的原因，设计人员需要提供电源门控控制网络的可控性。在测试期间，我们需要能够：

• 防止扫描测试模式意外切换状态机输出，激活子系统的电源门控。

• 防止扫描测试模式意外触发隔离钳位信号。

• 防止扫描测试模式意外断言恢复和破坏扫描触发器中的数据。

因此，当处于测试模式时所有来自电源门控控制器的信号都需要被门控或多路复用。在扫描期间强制隔离信号和恢复关闭是最低要求。更好的解决方案是在测试模式下直接控制来自外部引脚或片上测试控制器的这些信号。

强制电源门控关闭–强制所有电源门控模块进入上电模式，在测试期间是某些设计中的一个选项。但在许多设计中，由于芯片的整体功率限制，这是不可接受的做法。

扫描测试期间的功耗限制

扫描测试期间，扫描链中的所有触发器都可能在每个时钟内触发。这意味着测试期间的开关活动（以及因此的动态功率）可能比正常操作时高得多。事实上，扫描测试期间的动态功率可能会超过封装的能力，导致过热和芯片损坏。

出于这个原因，我们希望能够关闭芯片中除被测模块之外的所有电源门控模块。为此，我们需要能够在测试模式期间控制来自外部引脚的电源门控信号。我们还需要设计扫描链以便每个电源门控块都有单独的链。我们不能让被测区块的扫描链通过断电的区块。

根据设计，可以多路复用芯片的 IO 引脚以提供所需的控制。在其他设计中，我们可能需要使用 JTAG 控制器和一些专用逻辑来控制这些电源门控、隔离和保持信号。

开关网络测试

制造问题很难被发现。控制缓冲器或开关晶体管故障可能会导致某些电源门控无法正常开启，从而导致过大的 IR 压降。这可能导致最终产品不符合其性能规格。

其他缺陷可能会导致某些电源开关永久导通，从而导致电流消耗过大。这种情况可以使用 IDDQ 测试进行部分测试，但可能无法始终检测到。应设置 IDDQ 阈值以验证电池寿命所需的任何规格。

全速测试是一种能够识别某些故障电源开关的自动化方法。高阻抗或损坏的电源开关可能会导致关键路径中的时序故障。转换故障测试将解决其中的许多问题，而有针对性的路径延迟测试可以解决其他问题。然而，没有任何解决方案是万无一失的，因此可能需要进行一些功能测试。在测试开发过程中必须小心，以确保所有必要的时钟控制可用于每个被测功耗模式。

某种形式的静态电流(IDDQ)测试来验证电源开关是否正确关闭。对于电源门控芯片，芯片被置于多个静止状态（每个“睡眠”模式至少有一个），并测量 IDDQ 并与其指定值进行比较。泄漏测量可能需要很长时间，但专门的测量技术和 DFT 都可以减少测试时间并提高结果质量。由于背景泄漏可能很高，现代 IDDQ 测试方法通常比较多个测量值，有时跨越多个芯片，而不是设置单个阈值。

除了这些测试之外，确认电源域可以在不破坏其他（通电）块的行为和寄存器内容的情况下通电和断电可能很有用。此外，我们需要测试保持寄存器在其他块上电和断电时保持状态。此类测试可能非常具有挑战性，因为给模块上电的效果可能高度依赖于设计，以及相邻模块中正在进行的活动量。但在某些设计中，开发功能向量来验证这种行为可能是值得的。

测试隔离和保留单元

在正常扫描测试期间，我们强制隔离控制信号为非钳位状态。然后，作为芯片正常扫描测试的一部分，测试隔离单元（处于非钳位状态）的正确功能。

我们可以通过两种不同的方式测试处于钳位状态的隔离单元：

• 我们可以使用功能测试

• 我们可以重复接收块的扫描测试，同时钳位被测块的隔离输出。随着隔离输出钳位到一个已知值，这些只是成为芯片其他模块的固定输入。

保留寄存器的制造测试要求可以保存和恢复0和1。这可以通过特殊的扫描测试来实现，其中：

• 交替的 1 和 0 的模式被扫描到触发器中

• 保存被断言（来自我们的外部控制）

• 交替的 1 和 0 的互补模式被扫描到触发器中

• 可选- 块断电然后上电

• 恢复被断言

• 扫描结果并检查触发器是否正确恢复

然后我们可以用 1 和 0 的反向模式重复测试。

请注意，如果我们在测试中包括掉电/上电，测试仪必须能够控制被测模块的电源门控。

测试电源门控控制器

使用上述技术，我们可以为电源门控设计提供有效的制造测试，但有一个例外：我们一直在强制电源门控控制器的输出。现在我们需要对其进行测试。

我们可以通过功能测试或扫描来测试电源门控控制器。功能测试将是特定于设计的。扫描测试方法要求我们在扫描期间强制电源控制器输出的输出处于适当的状态—这样我们就可以避免在测试期间意外地上下切换电源网格。促进这种控制的一种方法是将电源门控控制器封装在 IEEE 1500 封装器中。这种方法确保了电源门控控制器的完全可控性和可观察性，同时允许我们将控制器的输出保持在一个稳定的值。

建议：

• 时钟和复位信号必须在测试期间由外部控制

• 电源门控控制信号也必须在测试期间由外部控制

• 隔离控制信号需要在扫描测试期间可控

• 保持控制必须在扫描测试期间可控。

• 在“卡住”电源门可能导致最终客户系统中的产品故障的情况下，应提供对 IDDQ 测试的支持。

陷阱：

• 为 IDDQ 测试确定适当的目标值是一项挑战。由于泄漏电流在制造过程中的广泛分布，功率门控静态电流测量只能与全导通电流测量相关。一种方法是要求每个测量具有相对于其他测量指定的值，例如要求睡眠状态泄漏小于操作泄漏的 20%。