关于数字电路测试压缩方法的探讨

毛安平

摘 要：随着信息时代的推进，数字电路的测试压缩方法也被提出了更为严格的要求。本文阐述了数字电路的概念和特点，通过测试激励压缩法和测试响应压缩法两个方面着重探讨了数字电路的测试压缩方法，旨在为相关工作人员提供理论性的参考意见，确保数字电路应用的实效性。

关键词：数字电路;测试方法;压缩方法

中图分类号：TN407 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）06-0024-02

0 引言

现阶段，数字电路已经被广泛应用于各个领域，如医疗、航天、金融、工业及通信等，一旦出现故障将会带来巨大的安全风险和经济损失，因此应完善数字电路测试方法，确保其应用的安全性和稳定性。随着科学技术的发展，数字电路也呈现出规模化形态，如何运用科学的测试压缩方法是本文探讨的主要话题。

1 数字电路的概念和特点

所谓数字电路，即是在数字信号的辅助下完成运算工作的电路。目前常见的数字电路选用的材料为半导体，在众多精密元件的作用下进行逻辑运算和数据处理。

数字电路的特点主要体现在以下几个方面：

首先，功能性。数字电路主要依靠二进制运算处理数据，所以功能性较强，适用于数字的处理、比对、储存、传递、控制以及决策，所以被广泛应用于各个领域。

其次，可靠性。数字电路较为安全可靠，当电源在外界环境的影响下出现轻微的电压波动时不会对电路性能产生影响，而且与模拟电路相比，数字电路受温度以及工艺等方面的影响较小[1]。

最后，集成性。数字电路的优势在于功率消耗低、体积较小，最重要的是集成度高。数字电路与集成电路相融合能有效提升工作性能，缩小占用空间，目前数字电路主要由众多集成电路块组成，在满足功能需求的同时又小巧精悍。

2 数字电路的测试压缩方法

2.1 试激励压缩法

测试激励压缩要求过程一定要采用无损数据压缩的方法，避免期间出现故障影响数据传递效果。实质上，激励向量的压缩率很高，主要利用其中的不关心向量达到压缩目的。若将数据当做三维模型，分别由X轴、Y轴和Z轴组成，此时的X轴和Y轴共同组成测试向量，而Z轴则代表了向量的数目，具体而言水平轴相当于子向量，垂直轴相当于扫描切片，共同组成了激励向量结构。其中，水平压缩的方法有切片重叠、编码法等，而垂直压缩的方法有逻辑变换法以及廣播压缩法等。

2.1.1 编码压缩

一般来讲，视频图像的压缩多采用编码压缩法，所以在电路测试数据中同样适用。在测试压缩环节，这种方法能有目的性的压缩0或1的游程数据。所谓游程数据，即是0或1组成的字符串，其长度为连续0的数量或连续1的数量。具体压缩方法为：有针对性的选择编码，利用编码压缩法将向量集TD压缩成TE并加以储存。进入到芯片测试阶段时，TE数据需要载入到芯片中，再通过解压恢复到原始状态，通过电路传递信号，达到工作的目的。在众多编码中，压缩效果良好的为变长到边长的编码，如Golomb编码，而FDR编码则是在前者的基础上加以改进和创新，利用了二进制字符的分布特性，既能减小解码器开销面积又能确保压缩效果。除此之外还存在几何编码、游程编码，以及LZH编码等多种压缩方式[2]。

2.1.2 广播压缩

广播压缩主要通过同组向量测试众多不同电路，在实际工作中利用扫描法录入系统。假设当前存在两个待测电路，分别为CUT（1）和CUT（2），程序开发语言将产生随机向量进行故障覆盖，实际上向量的覆盖率可以自行设定，综合考虑通常保持在百分之八十左右。由于随即向量性质上一致，所以能共同作用于两种电路，对于尚未解决的故障问题可以通过程序开发语言生成的测试向量进行故障监测，有针对性的测试向量也能实现两个电路之间的向量共享。若两个电路扫描链的数量各为n个，那么合计都需要n×2=2n个向量，在共享区域内需要n个向量。

除此之外，伊利诺伊方法也属于一种稳定的输入程序，如图1所示，这种程序具体分为两种操作手段：广播扫描以及串行扫描。其中占据优势的扫描技术为广播扫描。在此种扫描环节，链条将被分化成多个短链，并与相同输入数据之间重组。举个例子，若总计扫描长度为两百个单元，切割成四部分，每部分即有五十个单元，将这些链条部分连接到统一的扫描数据中，在操作环节只需一个输入就能完成两百个单元的共同赋值。为确保扫描效率可以将链条尽量保持最短，节省测试时间，但是这种方法也存在一定的弊端，过于依赖扫描链条与数据输入之间的关系，所以很多无法解除的故障需要通过串行测试来完成。很多专家学者将伊利诺伊的扫描优势充分运用到了电路测试中，研究出了可重构方法测试数据在连接过程中存在的未知故障。根据特点的差异性，重构方法可分为两种：第一种，每向量法。当处于连接状态的向量需要进行切换时，需要先将故障集一分为多，通过多个子集之间的连接来达到测试目的。当此时的关系需要进行变更时可通过MUX10s门来完成。第二种，每周期法。通过周期来控制向量的移入过程，相比于前者，其就有灵活性和高效性，对于复杂的电路也同样适用。

2.1.3 逻辑变换

逻辑变换法同样是众多测试压缩方法中的重要组成部分，其本身性质与广播压缩法存在差异，广播压缩主要是将链条分化重组，通过一个赋值来完成整体赋值，而逻辑变换并不是将原有的输入值附加到扫描链中，而是将初始值经过一定的运算方法后再进行赋值，其原理可以通过以下方程来概括：AX+BX=Z，其中X是数据输入状态;Y是数据当前状态;Z是数据下一个状态，具体而言，逻辑变换可分为两类：第一类是异或门变换，通过变换矩阵来完成操作。从性质上来讲，异或门能将输入数据进行大量扩散，但是从逻辑上讲局限性在于需要少量输入，所以在进行测试压缩时应考虑到这一影响因素。第二类是一般逻辑门。当数据输入后经运算程序可以达到大量输出的目的，此种方法局限性较小。

2.2 测试响应压缩法

除激励压缩法外，还有响应压缩法，所处理的数据量也较为庞大。换言之，测试压缩法既能应用于激励环节，也能应用于响应环节，而且在响应环节更能发挥出其自身价值。本文主要从四个方面探讨测试响应压缩法的具体应用形式。为确保论述方便，主要从形式化的角度来分析响应过程。常见的响应压缩是将m×n数据转化为p×q向量数据C，而且数据之间存在的关系是m大于p且n大于q，利用变换函数来设定C=Φ（D），进行分析推断。

2.2.1 时间和空间

D代指响应数据，属于二维向量，其列索引可做时间维度或者空间维度。当其做时间维度时，电路将在不同时间段内输出数据;当做空间维度时，电路将在同一时刻输出不同数据[3]。若进行时间压缩，则此时n大于q;若进行空间压缩，则此时m大于p，具体表现如图2所示。若对于同一压缩电路，时间和空间压缩皆可行，二者之间共同作用于电路又被称之为组合压缩法。空间压缩相比之下简单易行，当校验电路时，最为常见的奇偶校验即是空间压缩方法之一，但是这种方法容易造成数据混淆，为了避免这种情况，很多专家对此采取了深入研究，将电路中常见故障的频率及模式加以详细分类，研究出了多种具有针对性的压缩电路。

2.2.2 电路功能相关和无关

在响应压缩中，其与电路功能的关联性主要取决于变换函数的选择和使用。当压缩电路与功能相关时，可能相关点为向量或结构。向量存在相关性是因为电路测试向量属于压缩电路工作的必要条件，会随着向量的变化而变化，例如零混淆就属于向量相关的一种表现。结构存在相关性是因为电路内部的结构属于压缩电路工作的影响条件，会随着电路结构的变化而改变。

2.2.3 线性和非线性

与电路功能性相似，压缩的线性及非线性也由变换函数所决定，若变换函数需要线性操作，则压缩过程属于线性;反之，若变换函数无需线性操作，则压缩过程属于非线性。

2.2.4 组合和时序

若向量数据中的任意一个数据都属于响应数据D，与D中的函数相对应，则变换函数的性质为组合型;若响应数据D中的任意一个数据都属于向量数据，则变换函数的性质为时序型。所以通过压缩数据的特性可将方法进行分门别类，结果为表1所示。

3 结语

总而言之，测试压缩在数字电路应用和维护阶段起到了至關重要的作用，能缩小数据体积，节省测试时间，提高数据分析效率。由于压缩电路具有融合度高的优势，能应用于芯片设计中，降低故障发生率，所以被广泛应用于各个领域，在未来发展中还应不断完善测试激励压缩以及测试响应压缩技术，为数字电路使用提供保障。

参考文献

[1] 鞠子剑.超大规模集成电路测试数据编码压缩技术研究[D].北京：北京工业大学，2017.

[2] 杨慎涛.数字电路系统性能测试软件开发及矢量生成算法研究[D].南京：南京航空航天大学，2014.

[3] 马会.集成电路测试数据编码压缩方法研究[D].湖南：湖南大学，2013.