基于“IDDQ+IDDT”混合模式的集成电路智能检测技术

李映晟

（中国船舶重工集团公司第七二三研究所 江苏省扬州市 225001）

1 引言

对于部分较为复杂的集成电路而言，当设计复杂，结构繁多时，如何通过高效、科学的技术完成对集成电路的检测，是值得深入研究的问题。现阶段，通常采用的检测手段为电压测试法，即通过在整个电路设计回路的输入端进行源头输入，通过关键节点的测试电路观察输出的最终结果与设计模型能否有效匹配[1]。但是这样的检测手段，其最终得到的结果并不准确，且经常出现以偏概全，以点带面的情况，不能够真实反应集成电路的整体运行情况，例如有的故障是不表现在电路设计功能发挥方面，更多体现在系统工作效能低、运行结果不精确等，此时对于集成电路检测的缺陷就会无限放大，检测手段的可靠性和有效性极大降低。因此，本文针对此类问题，通过设计基于“IDDQ+IDDT”混合模式的集成电路智能动态检测技术，能够实现快速检测、整体复盘与多类覆盖等功能，能够在满足实时性要求的同时，确保电路运行的可靠性。

2 混合模式的集成电路智能检测

2.1 电路状态信息捕捉

实现系统自动化的智能切换，需要实时获取集成电路正常/异常状态，各部实时运行参数以及开关状态信息。基本方式：

（1）根据集成电路基本性能参数描述，当主控制电路在运行状态时应当闭合，而关机时则为断开状态；

（2）主控制电路利用接口实时可采集整个集成电路的工作参数与运行数据，其中接收功率是关键参数，可与智能化切换装置信息设计实现所同步的其他参数同步。

2.2 检测技术底层设计

需要在前端系统预调网络来有效平衡输入-输出的分级差异性，进而降低检测难度，并通过区分检测区域与重点区域的关系，拆解可能存在的串扰问题。值得注意的是，根据检测标准说明中对于检测技术提出具体要求，明确整体电路设计的预留相关接口以便于后期对接智能切换系统使用。该智能技术设计与应用原理简单、操作方便，可维护性强，即使在运行过程中出现点位故障或部分瘫痪等情况时，可以迅速网络切换和功能备用，从而有效降低检测的难度。

基于混合IDDT 模式的集成电路智能检测技术，其实现过程需要提供准确的输入信号向量，即针对电路运行过程中的多种实际状态，检测期间输入不同的信号向量，从而形成电路的局部信号跳变，能够扩展出多路实时检测IDDT 信号通路[2]。如在输入端输入A 时，信号端状态显示由00 →01/10，此时当反向输入01/10 →00时整个电路不会有电路的通路产生，而00 →11 时会形成具有不同跳变形成的4 条通络。01/10 →10/01 将会形成两条通路，记为L1和L2，11 →01 将会形成两条通路，记为L3 和L4。此时，通过IDDT技术测试需要从其中的通路中找到符合原始特征的输入向量，这里表达式表示为：

其中Δ表示的是在动态电流测试中故障可能发生的概率，Nff与Ntt分别表示的是无故障电路和故障电路对应的在输入向量作用下所形成的跳变数。从中可以看出，当基于IDDT技术进行电路检测时，当输入向量受到电路影响较大时，发生故障的通路与无故障的通路所形成的级差会越大，此时实现故障智能检测的成功概率就越高。基于此，如何科学设计输入电流向量的模式，灵活调整输入参数的选择以能够实时自适应电路故障可能存在的区域以及形成的电流调表反馈信息。

2.2.1 选取电流模式

通过“IDDQ+IDDT”混合模式，实现工作频率上能够有效匹配的电流测试，以实时检测终端问题[3]。通过IDDQ技术将输入到分别循环导入两组正交向量(V0,V1,…VN)和(W0,W1,…WN)，利用分组电路产生电流级差观测可能出现故障的电路区域，并利用连续向量实时检测。通过式（1），可以得到在V0→W0转换时，会产生瞬时动态电流，等电路运行趋于稳定，此时电路会逐步改变形态转换为恒定静态电流。同样原理在W0→V0转换时也会出现同样的情形。

此时通过IDDT动态技术计算周期内通过故障电路的平均电流，并与正常电路工作电流进行比较匹配既可以判断故障点位。循环周期中出现的瞬时动态电流的形态不尽相同，这主要是由于循环输入的向量对于测试电路而言是互为正反的正交投影输入，这种周期性的电流波形能够存在4 种具体形式，以静态1 和稳态0 表示。在正负两种脉冲电路的作用下，周期能够保持一直，此时可以看出全速电流形成的局部电流跳变能够通过波形模拟的方式进行信号端的采集与接收。

2.2.2 模拟信号拟态

波形模拟法主要是针对实测电路中的区域划分和检测节点设置的信号显示，即信号以波形的形式表示：

式（2）中ω 代表某时刻下的波形走势的上升趋势，而c 则表示瞬时电流的动态跳变，通常取值为0 或1。从信号波形的拟态中不断去观察电路工作状态与实际工作效率，实测数据观察信号阵列为有限个跳变波形，记录电流跳变情况，从而能够根据故障情况智能处理电路跳变信息。

2.2.3 智能跳变处理

波形模拟后能够获得相关电路的部分数据和故障情况的基本信息，这里为了数据的准确和检测技术的关联度，通过离散小波分析算法对数据进行二次分析，根据信号波形的拟态以及输出数据的要求，这里采用的是Haar 小波[4]，目的是通过不断对输出信号f(x)从不同域进行转换，拆解多类型的小波分量φ(x)，并将对应不同级差对应的信号波宽时窗，沿着统一的坐标轴进行深入分析。主元分析，聚类投影，变量转换获得未来训练样本，能够通过特征向量的维度区分对电流跳变信息分析，判断电路故障的具体情况和详细信息。

2.3 检测技术顶端优化

2.3.1 信号通路设计

通常情况下针对一般的集成电路，检测网络设计过程中可以模拟两套检测网络：测试与伺服网络。其目的是为整个电路在运行工作中提供了信号传输的共享空间，能够科学对接现行数据传输通道，有利于检测技术的整体效能发挥。当集成电路开机运行后，需要重点考虑的是电子元器件相互间的串扰问题，因此，同轴开关的选取非常重要。现阶段，检测过程中可以设计以大功率600kW的SPIINNER BN553567C0100 作为射频同轴开关[5]，能够同步提供四条数据传输通路（两入/两出），可以实时用于检测通路与输入/输出端口数据传输的无缝切换。据实测数据反映，SPIINNER BN553567C0100 能够提供远程控制与数据指示，通过数据接口接入主控制器自动化实现智能控制和命令指示。

2.3.2 检测网络优化

集成电路检测中现行的实际网络在工作过程中，一旦抛弃一个DB 后，检测机制在输出端实测阻抗R ≈112Ω，该数值较大无法有效匹配IDDQ 检测技术对于门限的要求。考虑到电感不能及时调整参数，系统运行时是不能够自动实现R ≈112Ω →R ≈45Ω 的转变，因此，整个检测网络需要进行优化调整以满足实际需求。这里以三并四路为例，优化后的检测网络需要满足在仿真DB 的前提下，实现阻抗为R 的灵活调整。随着集成电路设计中可能存在的不断优化调整增大电容等现象，可以将原检测网络负载电容量值转换为两个U=800pF 调谐电容，即增加固定U=300pF 电容和可变U=500pF 共用。此时，输出端检测节点工作中可以视为两个R=112Ω 并联后为R=56Ω 的实际输出阻抗，再经网络优化后可实际匹配R=45Ω。

3 实验测试与数据分析

为了比较基于“IDDQ+IDDT”混合模式的集成电路智能动态检测技术与传统电压检测技术的优劣，这里通过实验设计，进行检测方法有效性的验证。考虑到C17 电路是传感器集成电路中具有一定代表性的电路形式，因此，采用基准电路汇总C17 电路对本文提出的混合模式进行测试实验，电路图如图1所示。

图1：电路框图与测试点设计模拟

这里为了验证实验的有效性，设计在C17 电路的不同位置分别注入不同类型的故障，包括时延、开路、桥接等故障形式，如开路故障在电路开路中模拟串接100MΩ 电阻；桥接故障模拟250Ω 的故障电阻；时延故障则直接在故障点位置加入反门，使该位置点加入一个两级反门的传输延时。

实验结果如表1所示，共设置故障情况112 个，本文设计的技术能够检测出106 个不同类型的故障，可执行率达到了94.6%，而传统方法只能够检测出故障72 个，可执行率仅为64.2%。其中值得注意的是C4 型故障主要是在匹配智能化算法中存在容错，所以提高得到正确检测结果的概率，其他类型基本能够满足实际需求，且针对传统电压测试法无法解决的C3 型故障，本文提出的技术能够全面覆盖，即基于“IDDQ+IDDT”混合模式的集成电路智能动态检测技术具有更高的准确性。

表1：实验数据结果

4 结束语

本文针对智能动态电路检测问题，提出了基于“IDDQ+IDDT”混合模式并进行了针对性设计与实测验证，通过科学选取电路的输入向量和设计可行的电流模式，并经过波形拟态和小波分析提高动态检测技术的可执行率，最终通过仿真验证对算法和技术进行了充分比较验证。可以看出，本文提出的技术能够有效解决现阶段检测方法的不全面性和不稳定性，以期针对智能算法匹配问题进行进一步的研究。