built-in self-test - auburn university samuel ginn ...agrawvd/e6970/lectures/chap15.pdf496 chapter...

60
Chapter 15 BUILT-IN SELF-TEST

Upload: nguyendang

Post on 11-Apr-2018

216 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Chapter 15

BUILT-IN SELF-TEST

��� � ������� ����� �� � ��� � �� ����� ������� �� ������ �������� ��� � ���� ��� ��� �� ������ �� ������ �� � �� �� ��� �� ��� ����� � � � ��� ���� �� �� � ������� ������ ���������� ��� �� ����� ���� � ������ �� ������ �� ���������� ��������� � ��� ������� ���� ������� ������ !!"#�

������ ������ �� � ��� ��� �$ �����%����� �� ����������� �$ � ������� ���&�%����� � ������ ��� �� ��%� ����������� '��'���� �$ �� �������� (� �''������ ���� �$ )������� ��� *����� +!,# ��� -���%� !./# �� �����0���������� �������� ��$� �������� ��1������ �� �������� ���� ���� 234�56 �$ 47�� ������ ����'������� �� 8��� �������� $�� ���������� ����� ������� ��� 34�5 �� �����%��� ��'���������� �$ � ��������� ���������� �� ������� ��� ���� ��� �� $��� �� ��� $������

� ������� �����% �� ������ ��� ��������� ������ ��� ��$���%� �� ��%����� ����0������ 5��� ��� ��������� %��� �� 1���� ��� ��� ���� �� $���� ��������� 9�� ����� ������ ��� �� �� �'���$� ���� �� ��� �$ �� �����% $�������� �� �� ����%�� ���$0������� �� ����� ����� �$ �����%� ���� �� ������� $������� �� $��1������ �%'��%����� ����$������ ���� ������� �����%� �������� �� �5:5 ����� ,;"< �� ���$0���� ��������%'��%����� �� ��$����� ==#� 4�� %��� ��%%�� ��� ��� �� %���������� ��� ��'��������������� ������ ��� �''���� '������� >�&������� �� ���� �� ��������������5� $���� �������� ��� �� ���������� ���������� �$ ���� ��$�����0�%'��%����� ��������� ��� �� �� �� �������� 5� ���������� ���������� %�� �� '��� ������� �� ��$�0���� %��� ���� '���� ��� ��� ������ �� ���� ��� ����$��� �� %�� ��� �?�������������%��� ��� '��� �� �� $����� ���� ��$����� ����� ��� �� ���� ���� ��� �&'��0���� �� ������'� 5���$��� �� ����%�� ������������ ���������� �� ����� �� ���$0����$������� ���� �� ������� =. =<#� 4� �� ���� %��� �?������ �� �������� ������� ������� �� �� ������ ����� �� '�������� 9������� ������ '������'��� ����� 2�������$ �������� ��� ��$���������� �$ �� '������'�6 ������ ��� ���� ���� �� ����������''���� $�� '������ �������������

�����%� �������� ������ �� ���������� ���� �������� 2�������� ��� ������ $��% �������� �����% �� ��%'������6 ��� ���� �� ��������� �� ������� ��� �� ���������*�� '��'���� �������� 34�5 �� ���� �$ ����� ���� ������� ���� �� %��� ����������� �� �� ����8�� �� ���%� �$ ����������� ��� �� ������� %���������� ���� ==#�

490 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

5�� ���� ����8�� ����� ��� �� ���� ��� �� '����� �� �� �� �����%���� 5�������� $��% 34�5 ������� ������� ���� ���������� �?��� �� ��� ������ ������� �����?��� �� ��' ����� �����% ������ �%'����� �����%0����� %���������� ��� ��'��� ��� �%'����� ��%'����� ��'���� -����� ��� ����� !..# ��������� �� �����%���%'��� �$ ��������� �������� ��� 34�5 �� �� 8��� �����%� ��� ���� 34�5� ���(������0)������ ������� ����%����� ��� �$ ��% ������ �� () =/++�� ������'%�����%� ��� ����� ���� ������ ,@� 5��� ��� � ,@ �������� �� '���� ���� ��� �� �����A�%'��� ��� �&��� �9� �'��� ��1����� �� �� ����������� $�� ��������� �������� �������� $������ ����� ���''�� ������� �$ � +@ �������� �� ���� %�������� ������ ���&�%'�� �� ��� �� ������ ��������� �� ������ �� '������ ���� �%��� ��'��������%������� ���� 34�5 ������� �������0%����� ��������� �� �� $������ ��� �����������%����������� ��� ������� ����� $�� $������ ����� �������� �� �� $�������

15.1 The Economic Case for BIST

5��� ��� ��%� ��'0����� ����������� '�����%� �$ �� ���� ,;;B� +=!#�

,� 5��� �� �� �&���%��� �� ��� ����� ���������� �����0��0'�� ����� �� �� ��'�5�� ������������ %���� �� ����� �� ���������� ������� ������� �� �� ������ ��� �� ��������� $�� ��������

!� CD�4 ������� ��� ������������ ����� ��� $����� ��� ���0%����� $������ ��E���

=� 5��� ��� ������������ ���� ����0'������ ���������� ��� ���� �''�������� ��%���

/� )��������� �%����� �$ ���� ���� %��� �� ������ �� �� ��������� � � ������ �� 2�5F�6

+� 5��� �� ���������� ������� �� '��$��%��� ��0�'��� 2����� �����6 ������� ������&������ �5F� �� ����� ����� �''������� , ��� ��0�'��� ������� ��� ���5F �� ���� �&'������ ��� �� '�� ���������� ��� �� ������ '�� ������

.� ��������� ��� ��$�%����� ��� �� ����0����� ��������� �$ ���� ������� ���������� �� ��� ����%�������� �������E�� $��% �� � !" �� � ���� �������������'���� ���������� 5�� ��%'����� �� '�����% �$ ����������� ����������

<� 5��� �� � ���� �$ ������� ���� ����������

Complexity. 9�� ��$�������� '��'���� �$ ����� CD�4 �������� �� ��� ������� �������� ������ '����������� 7������� ��� �������� �������� 5��� �� $��1������ �� ��%'����� �� ������ ����� $�� �� ��%'���� �����% $��% ����� $�� �� ���������� '����� 4�$��� ���� ���� ��� '��� �� $���� �������� ��� �� � ���� ��� ��� ����� ,BB@ �����0$���� �������� �� �������� ���������� �$ �� ��� '���� ���� �$��� ��� ������������� ��������� ������� ��� %�� ����� �����0$���� ��������� 4� ���� ����� ������� �� � ������ '�����%� 4� �� ���� ����� ��� ���� �� �� ��%'�� ��� �� ������ �����$�� �� ������ ���� � ������ ���� 2)736 $��% ����� $�� �� ��'� �� �� ������ ��

15.1 The Economic Case for BIST 491

������ ��� ���� ������'%��� �?��� 34�5 '������� � ��� �� ������������ ����%'����� ���������� �����%0�����0���� �� ��� ������ ���0����%����� �� �� 8��� ��� ������ 34�5 ����� ��� �$ ���� ��� �� $����� ��� ������ �� �� �����% ��� ��� ����� �34�5 ������ ������ �$ ���� ��� �� ����� $����� ��� �� ������ �����% ��� �� �������� � 34�5 ������ �� �� �&�%'�� �������� � �����% ���������� ������ ����� ���� ������� ��'�� �� � ��' ���� �� �����% ����� � ������� ������ �� �� )73 ��� ��� ��������� ���$0���� �� �� ������� ��' ��� ����� �� ���� ������ ������ �� �����%� 34�5 �������� ����� �%������ ��%'������ ��� ������������ ����������� �� ������ �� �����%0����� ���� ��� ��� ���� ����� �� ����$� �� ��������%��� �� $��������� ��%'������ =.#� *�� $����� ����� �� 34�5 ������������ �� �������� �� �������� ��� �� ����� ������ �� ��� ��� ���0����%��� ��$������ 5�� ������� ������� ��'��� ������

Quality. 5�'���� 1������ ��1����%���� ��� ;"@ ������ �����0$���� �������� �� ,BB@������������ $���� ��������� 5� # �� ���� �� �� '��������� �$ $����� '���� �� ����%��� �$ '���� '������ � ����� 5� ���� �$ ������� �� %��� ��%'����� �� � �����A��� ����� ���� , �� ,B BBB �� ���������� ����� 5� �������� �$ ���� '��A����� � ���� �$ �������� ��� ��%��� �� , �� ,BB BBB +=!#� 4� ��� �����%� ��� ������������ ���� ����� � ��� �� � �������� 2�56 ��� 34�5 �� �� '��$����� $��%�$ �5�

Test Generation Problems. 4� �� ������ �� ����� � ���� ���%���� ��������� ��0����� �$ ��' ��'��� ����� %��� ������ �$ ��������� �� �� ��'0�����0���� ������ ������ �� ���� ������ ���� ����� �� %��� ������� ������ �� �� ����������'����� 34�5 ������E�� ������� ��� ���%������ ���� '�����%��

Test Application Problems. 4� �� '��� ��������� � ���� 24756 .;# ���� � � ��������� 8&���� �����%�E�� $�� �� )730�����0����� 5� ���0�$0����� ������ �''�������%��� �� �� ������ ����� �� �� ���� �$ �� )73 ���� �� ��%'����� ����� ������������ �� �� )73� )���� ��� �''���� ���� �� �� ��%'����� ����� ���� G ��� ������� �� )73 ���� ��$� ��'������� 4� ��� �?������ $�� ��' ��������� ��� ����� ������������ (������ 475 �� ��� �?������ ������ �� )73 �� ��%���� $��% �� �����% �� �� �� ��� ��'$�� �� �����%0����� ���������� ���� ���� ������ � �������� 2��56��%'������ ��� �$��� %������ ������� �� ��� ����� �$ �� ����� ��� �� )73���� '��� �� ���� ��� �%��� $�� �������� '������ �$ �� ���� �$ �� ����� �� �� ���0�$0����� ������� 5���$��� 475 �� �� ������ � ��������� 34�5 ������ ������ ����'�����%� �� ���%������� �&'������ �5F ��� 34�5 ���� ���� �� ��� �� ��%� �������� ���� �������� ��� ��� ���� �� �� �����% ����� =. =<#� *�� 34�5 ���� ��� ����������� ����%���� ������� ������ ��� ���� '����� �������� ���� �� ������� ��������� ����� ��������� �� �� � ������ � ��������� ==#� ������ ��������� �$ 34�5�� ��� �� ������� ��'������� ����� ��� �� CD�4 ��������� ������ ��� �&������������� �� ���� ��'������� ������ ���� ����� �� CD�4 ��������� ��'�������� D��������� ��� ����������� ��� ���������� ���' ��%'���� �� �� ����� ������ �� ������'

492 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

���� '�����%� �� ���� �$ ����%���� ���� �1��'%��� ��� �� ���� �$ ���� ��%� $���� ����� �� �� ��� �� '��������� ��'� ��� �5F ==#�

�� ���������� ����8� �$ 34�5 �� ����� ���� ������'%��� ���� ������� 34�5 ����� ����%�������� ����� �� � ������� ��� � 7�� ����� ���� 34�5 ��������� '�������� ;B �� ;+@ $���� �������� ��� ���� ;;@ �� �&��'������ ����� ==#� 5� ���� ������������ �� ������ ����� ����� ����������� '�����%� �$ ��0������� ���� 2���� �������������%��� '������� �� �� %����� �$ �� ��������� ��%��� ���'��� �$ ����� �����6 ���� %�� %�%��� �� ��������� �� �� �5F�

5���� ,+�,� 3����0�� ���$0������� ������D���� ������ ����0 )���� ������0 ��������� �������

: ���� ������ ���� ����� ���� : ��'��� �������'����

7(4)� HIG H G

39���� HIG H G G

�J�5F�� HIG H G G G G

H ���� ��������K G ���� ���������K HIG ���� �������� � ���� ������ 2������� �� �����������6

5���� ,+�, =. =<# ���� �� �������� 34�5 ����� �� �� ��' ����� ��� �����%������ �$ '��������� 34�5 ������ ��1����� ����� ������� ������� $�� � � � �������� �� �'����� �� ������� '������ � ��� �� � �������� ������� �� �� ��������� �%'���� $���� ��������� ������ 34�5 � ������� ���� � � � ��� �� ������������0'������� �������%������ ������ ������� ��� ��%� $��% �$ ������� ��� ������� �� ��%'��� �� ������� ���'���� ������ �������� *� ��� �� �������� ��$���������� ����� �� ��� ���� ������ �$ ������� '��������� 5� 34�5 ���� �� $��1������%������� �� ���%� �$ �� ����� ��'I����� ���� ��1����� $�� �� 34�5 ��������5� �������� ����� �$ ����� ����� ����� ��� ��������� ������� ������� ����������� ����%� ���'�� ��� �� �������� ����� �$ ����� ���� ����� $�� ���� %��� ���������� ��� ������ ����������� 5�� ���� ��� ���� ������� ����� ������� ����� ��� �� ���&��� ������ ����� ��� ������ $��% �� ���� �������� 5�� %�� ��1���� � ������������� �� �� ����� ���� ��� ���������� ���������� ��A���%���� �� �� ������� ���� �� ���� ������� ��� �����%� �&��� '���� ��� �� �� ���������� ����� ����� ��34�5 ��������� ���� ��' ���� � 8��� 34�5 ���� �� � �������� �� �� ��' ����� �����' ����������� ��� �� �� ��������� ��' ���� ==#� 34�5 $���������� $�� � �����%%��� �� ��������� ����� ����8�0���� �������� �� �� �����&� �$ ��������� ����� ��$������ ������ 5���� ,+�! ==# ����� %��� �������� %������ $�� ���������� 34�5 ������

15.1.1 Chip/Board Area Cost vs. Tester Cost

�� ��� ���� ������ 34�5 ������� ������� ������ 4� ����� �� ���������� �� �������� �� �&�%'�� �$ � , ��� %����'�������� �� � ��' ��� "BB '���� �� �������������0$���� ��� ��%���� ����������0����� $���� ������� �� ����� ������� �� ���� ���� ����� ����� �'���� 5�� $����� �� �� ��� �� ��������� ����� 5.."! , ����5F ��� ��� ��%'�� ������� ���'��� �� ��� ����� 5� ������ ����� "BB ���� �

15.1 The Economic Case for BIST 493

5���� ,+�!� ������� $�� ���������� 34�5����� ���� ������� ������ G�������������� ������ �����0�� $����� �� $��������� ���������

��1������� $����� �� $��������� �������������� $����������� �����0�� $����� �� 34�5 ���������

���� 7������� G@ �$ $����� �������� �� $��������� ���������@ �$ $����� �������� �� �� 34�5 ���������

���������� ���� ������� G ���������� ������ ���� ��� ����������������� )�� ������� G ���������� '���� �� ����� , '�� �� ��1����� ��

������� ����� 34�5 �'������ �� ���� 9�� ��� ������ ����������� '�� �� ��' ���� 34�5 %��� ������ ����� �� �&���'�� �� �''����� � ������� ����� ��� ���%���� ���� 2���� ,! �������� �$ B �� + � 6 �� � '��� ���������� ��'�� 2���'��6 '���$�� 34�5 ��� �������� �� '�� %����'��&��� ���� ��'�� 2���'��6'��� ��� %����'��&�� ���� �� 34�5 ������� ����� 34�5 %���� 5� �LM ���� � ����� '��$��%���� '�������

)��$��%���� ������� G ����� '�� ������ ��� �� 34�5J���� ���� G ��� �� ��������� ���� �� %��� ��'� �� �� �����%����������� ��������� G ��� �� ��������� ����4�������� ������ �?��� ��� ��%�5���������� �$ �� 34�5 �������� 5� 34�5 �������

��%'��&��� ��������� ��� �� 34�5 ������� �� %��� ���������

���������� ������� ���� �$ ������� ��� %��������������8�� D���� ���� ���������� ����

������� ������� ��� %���������� �$ ���� '���������%'��� ��� ���� ������ �5F������� �� ���� %��� ����� ����0�?�������� �� '������������� ���� �''�������� ��%��������� �� ���� �� �����% �'���

9��� ������ �� ��� 34�5 ��������� �� $������� ����'�������������������� ���������� ����������

F?��� �$ ����������� ������ �� 34�5 ���������

494 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

N.� BBB � ��� O N /� "BB� BBB ��� ���� �� �� ��' ���� ���� ��� �� ������� ��������� �� ��� ��� ��0��' 34�5 �������� 5���$��� ���� �� � ��� ������� ��'���� ����$�� �� �5F ��� ���� �� �� ��������� ��' ���� ���� �� ��� ��' $�� ���� ��������4$ ������� �� '������ 34�5 ������� ��� �� ���� $�� � ���� ��0�'��� �5F �����%������ �&��'� �� ���� �� ����� $��% �� ������� '��� �� �� ����� %&' ��� $��%�� ������� ���'��� �� �� ���'�� '���� 5� ��%��� �$ ����� $�� ��� �� ���� ���� ���'���'� < �� " '������� ��� %������%���� '�� '�� ��� �� ���� �$ ��� ��� �� ��$���������� �� ��� ��������� 5���$��� ��� 34�5 ����� ��� �����0$���� ��� ����������0����� $���� ������� �� ���� � , ��� ������ ���������� �� ����� �� ��' ��� �� ������ �5F ���� �� '������ �7 ��%%��� ������� �� ���� �� %����'�������� �� '��$��%34�5� ������ �� ���� �� �5F �� ���� ��� �� ������� �� $������ �7 ������ $�� 34�5$��% � ������� '��� 4� ��� ���� �� ��� ��� �� ���&'������ !B ��� �5F ��� ����������� N=;, '�� '�� �� ��� ���� �� "BB ����� N=;, � ��� O N=,!� "BB � ��������$ N/ /"< !BB� 5�� �&�%'�� �� ����� $�� $������ 9�0��' ����� ����� ��� �&'������� ���� ����� , ��� ��� �� '������ �� �5F �&���� �� ���� � ������� ����� , ����

�� ������ ��� ���� ������'%��� 34�5 �����8������ ������� �� ����� �$ ���������� � ������ � � � ����� 2�5)-6 ��� ������� �� ��������� �$ ����������'������ ������������ ������ ������� � $����0�������� �����% ������ �� ������� ���� ����� �� �������� �� �� 4���� �������� '��A��� ��� �� ���&'����� ������ ����������� ����������� ������� ���� �� ��' ��� $���������� ���� '�����%�� 5��� ��� ����� ���� �������� ��� �� 34�5 �� ������ ��� ���� ������'%��� ������� �$ ������� ��%� ��1����� �� ������ ��� ��� '������ ���������� ���'���� ��%'������ ��� ����������� �������� (������ ��� �&'������� �� ��� ��� �� ���� ������ ������� ������'%��� ��� �5)-�

15.1.2 Chip/Board Area Cost vs. System Downtime Cost

5� ���� �����%�� ����8�� �$ 34�5 ��� �' �� �� ���� ���� ����%�� �$ 5�0��� ,+�,� *����� 34�5 %���������� ���� ��1����� �� '������� �$ �� �&'�������5F �� �� ���� �$ �� $������ �����% ��� ��� �� � �����8���� ����� *�� 34�5 ���� �� �� ���� $�� �� �5F �� ��� ������� �����% ���� ����� �� ������ ��� ���0��%� 34�5 ����������� ������� �� ��������� ��� ��'��� ���� �� 1������ �����%�������� ���������� ��� ���0����%��� �� ��%'����� �� $����� ������ �� �&������� ��0��� ��� �1��'%��� ���%���� ��1������ 5�� ����� ��������� �� ��������� ��� ��'�����%� ��������� ����� �� � %�A�� ��������� �� ������� �������'���� '����������� ���� �����% ������ �� �&�%'�� �$ �� �''�������� ���� ������� �������'����� %��� ��%���%�� �� �� P + F�� ����'��� �&����� �������� �� D����� 5����������� 5��&����� �� �������� �� ��� �� %��� � $������� �$ � ������ ���� ��%� '�� ���� ������� �� ���� ������� �� �� �'������� '��� ��%'��� ��� ���� �������� ����������� �� %��� �� 1���� ������� ������ �&�%'�� �� �� ������ ���� �'�������� �$�%������ F&'���� ��� %��� �� ��%'����� �� � ��%��� ��� �� ��� �� ��%'�������� ��� �$ ��� �����%��� ����� �� ������� ���������� ������ ��� ��� ��������� � 8��� �&�%'�� �� �� Q������ �����% �$ �� ��� J��� ����� F&����� $������������ ������� �$ ������� ���� ��%� �$ ��� �����% ��� ���� �������� �$ �������'�� ��� �� ���� ������� �''����������� *�� ������ �� ��� ���� �� ����� �����

15.2 Random Logic BIST 495

�$ 34�5 ������� %�� �� ���� %���� ��%'���� ��� �� ������ ���� �$ ������� ��0�����'����� � $����� ����8� �$ 34�5 �� ��� ���� ��������� $�� ��������� ��� ��'����*������ ��� �����%�� �%� �''������ ������ �� %���%�� ���� A��� �� ��� ���'���%�� ��%� ��� ��� ���� �� �� �''������ �� ������� N,BB ��� �� ����� ��'������� %�� �&���� N,<+� 4� %�� �� '������� �� A����$� 34�5 �� � ����8�0���� ����� ��'������� ��%'����� ��� ���� �%� ���������� �''������� ������� %��� ��� N, +BB�

5� ������ %�� ������ �� ���� �$ ��� �� ������� ����� $��% 7�'��� =� 4$ �� �����NB�+B �� ������ � $���� �� �� ��' ����� �� ���� ���� N+ �� ������ �� ��%� $������ �� ����� ����� N+B �� �� �����% ���� ����� ��� N+BB $�� � 8��� ��'��� $�� ����%� $���� 2������� �$ �� �&'���� �$ ������� ��� � �������%�� �� � �����%�� �����65���$��� ���� ���� ���������� ��� �� 34�5 �� 5���� ,+�, �� �� ����� ��� �����%����%�� ��� '����������� �%'������� 4� �� %��� �����%���� �� ������ '�����%� ������

15.2 Random Logic BIST

15.2.1 Definitions

� 34D39 G (������� "���� (���) *� � � 5�� �� � ���� �$ ������� >�'0>�'� �������� ������� ������� ��� ��� �� ���8����� �� %��� �� >�'0>�'� ��������� � ���� ���� � ��� � � ����) ���� ��� 2D��6 '������ ��������� ��D��0����� ���'���� ��%'����� �� %����� �� � >�'0>�'��

� 7��������� 5������ G � ������� '������ ��� ������� $����� ������ ���%�� ���0��% �'��������

� 7L5 G +������&�� �, �

� F&������� 5������ G � 34�5 �''���� �� ��� ��� !� '������� '������� ����''���� �� � ������� ��'����

� 4���������� )�����%��� G � 3������ '�����%��� ��� ������ �� $��������

� D�� G "�� � - ����) .���� / ��� � 5�� �� ������� ��� ��������� ���&������� �� '�����0�����% '������ ��1����� �$ ���� '������� ��� ��� ������ ���� �� � ���'���� ��%'������

� ���07��������� 5������ G � ������� '������ ��� ��1����� ���'������ �$ ���%�������% �'������� �� ���� $�� $������

� )��%����� )�����%��� G � '��%����� 3������ '�����%��� �2�6 �� �� '��'������� �� ��� ��%'��� ���������� '����� �$ � ����� �2�6 ��� ������ ��� '����0��� ���0E��� '�����%���� �$ ������ ���� ��� �2�6� *� ��%'��� �� ��%��������$ ���2�6 ����2�6 ��� �� ��� � '��%����� '�����%��� ��8��� � %���%��������%��� �����% ��� �� �� '��'������ �$ � %���%������ � ���

� )�����0F&������� 5������ G � 34�5 �''���� �� ��� � ������� ����� ������ ����� 2)4�6 �� ������ ���� �%����� ������''��� ������ ��� ��� � ���'���� F�� �$ �� �%����� ������ �� ������ �&����������

496 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

� )�����0�����% 5������ G � 34�5 '������ ��������� ��� '������� ��� ���������% � ������ �$ ��� '������� ����� ��� �� %��� �$ �� '��'������ �$�����%��0��������� ������ 5� �����% '������� %��� ��� � ������������� ������� $���� �������� �� ������ � ���� �����

� 5)- G (������� , ��0��� � 1 � ���

15.2.2 BIST Process

CUT

GeneratorPattern

System Board Chip

Test Test Test

ResponseAnalyzer

ControllerControllerController

����� ,+�,� 34�5 ��������

����� ,+�, ���� �� 34�5 �����% ������� ��� ��� ���� ������ �$ '��������%�������� �������� 5� �����% �� ������� )73� ��� �$ ��� �� ���� �� %����'����'�� 5� �����% , � +������ ��� �������� ���$0���� ��%����������� �� ��� )73��F�� 5��� 7��������� �� ��� )73 ��� �������� ���$0���� �� ��� ��'� �� �� )73�5� 5��� 7��������� �� � ��' �&������ ���$0���� $�� ��� ��' ��� ��� �����%����� ������ �� �� )73 5��� 7��������� ��� ����%������ ���� ������� $��% ��� ��'��� �� ����� ��� ����� �� ������� �� �� �����% 5��� 7���������� 5� �����% 5���7��������� ���� ��� �$ ���� ������� �� ������� $����� ��'� ��� ������ =. =<#�

�����% ��������� �� �?������ ���� �$ �� ���$0���� '��������� ��� ������� ��34�5 $���� �������� �� � %�A�� ������ 9��� ������ ��� ��' ���� ������� ��� �%'����� ��' ����� �� ���� �$ �� ���������� ��' '��� ��1����� $�� ���� �� '��$��%����'������ �� ���%� �$ ����� ������� ����� ��� �&��� '���� ��1����%����� �� 34�5 �� ���� �������� $��1������ ��� ��� ������ %���8�� �� ��' ����� �� %��� ��������� ��� >�'0>�'� ������������ '���'� �� ����� �� ���� �����1�� =. =<#�

BIST Implementations

����� ,+�! ���� ��'���� 34�5 ������� �� %��� ������� ���� ��� �� �����$��% )4� �� �� ����� %&' ��� �� ����� $��% ������� ���'��� � �� ����� ������� 2)9�6 ������ �� ������ �� 34�5� 5��� ����� ������� ��1���� ������ �������%���� ��� �� �� �&������ �5F �� R5�- 3������� ���� �������� ����� ,+�!���� ���� �� � ��%'������ ��%'���� �� ��������� '������� �� �� ���� ��%0'����� ��� � ��$������ ��������� ������ �� � �9� ������ 34�5� 5�� ��%'��������� �9� ������� ��� $��1������ �� �%'��%����� ��� � ������ ����� ���� ��� =!

15.2 Random Logic BIST 497

Primary

Inputs

OutputResponseCompacter

P(with optionalmodifications)

Circuit-Under-TestInputMUXGenerator

PatternHardware

ROM

Comparator

Signature

SignatureReference

TestController

Good/Faulty

PrimaryOutputs

TEST

����� ,+�!� 34�5 '�������

�� $���� ��'���� 5�� �� ����'����� ���� ��� �� ��%'������ ��� ����� �� �&���%������ ����� �$ ������� �'������� ����� ��� ����� ���� �� �&��������� �����

BILBO1LFSR

Linear FeedbackShift Register

Pattern

Compacter

CUT1

BILBO2LFSR

Linear FeedbackShift Register

ResponseCompacter

PatternGenerator

CUT2

Response

Generator

����� ,+�=� �����0'��'��� ��������� �� � 34�5 �%'��%���������

CUT2

LFSR1 LFSR3

CUT1 CUT3BILBO2

����� ,+�/� 7�%'��& 34�5 �%'��%���������

����� ,+�= ���� � 34�5 �%'��%�������� ����� �������� ����� ����) �� � 234D39�6 =./#� � 34D39 �� � ���� �$ � >�'0>�'� �� �� 7L5 ��� �� ����������� ����� �� %��� �� ����� �� ��� �$ $��� %�����

� �� �������� � >�'0>�'��

� �� � ��� � � ����) ���� ��� 2D��6 ������� '������ ����������

� �� �� D�� ���8����� �� ��%'��� � ������� ���'�����

� �� � ���� �����

(�"(*2 �� ���8����� �� �� D�� '������ ��������� �� ���� +&,2 �� �� ������� ���� (�"(*3 �� ���8����� �� � ���'���� ��%'����� �� ��%'��� �� ���'����� �$+&,2� ������ ��� '������ �� ������� �$ +&,3 �� �������� (�"(*3 �� ���8�0���� �� �� D�� '������ ��������� �� ���� +&,3 �� �� ������� ���� (�"(*2 ��

498 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

���8����� �� � ���'���� ��%'����� �� ��%'��� �� ���'����� �$ +&,3� ������ ��������� '������ �� ������� �$ +&,2 �� �������� �� �� ���%�� �����% $������� ��� (�"(*2 ��� (�"(*3 ��� ���8����� �� ����� �� ��%'�� � >�'0>�'��

����� ,+�/ ���� � %��� ��%'������� 34�5 �����%� (��� "-./2 �� ���� ����%����������� �������� '������� �� ���� +&,2 ��� +&,3� (�"(*3 �� ���8����� ��� ���'���� ��%'����� $�� +&,2 ���� "-./4 �� ���8����� �� � ���'���� ��%'�����$�� +&,3� 4� ��� %��� ��'��� �� +&,4 %��� �� ��� ������ �� ��� �� ���'��� �$+&,4 ��%��� ������� 4� �� ������ ���� %��� (�"(*3 �� ���8����� �� � '��������������� $�� +&,4 ���� "-./4 �� ���8����� �� � ���'���� ��%'����� $�� +&,4�5� ���'��� �$ +&,2 ��� ������� ��� D��, %��� �� ��� �� ��� �� ���'����$ +&,3 ��� ��� ������ ������ ��� ������ %���� ������ ����� ,+�+ ���� ����0�������� 34�5 �%'��%��������� 5� ���� � ������ ���������� ����0'��������� ��� �$ �� 7L5� ���� ���� ��%%�� ���� 5� ���$0���� ������� ��� ��������� ������������ $��% ��� 7L5 ��� �������� �� 7L5S� ���'���� �� �� ���%����'������ ��������� ���� �� ���� 5�� ������ $�� � ������� �%���� �$ ����������������� ���$0����� 4� ��� %������% '������ ���������� $�� ��� �$ �� 7L5� ����''�� �� '������� ��� ���'���� ��%'������ �� �������E�� ���� �� ����

5� �������� $�� ������� ���� ������� �� �� %��� ������ '��� �$ 34�5 ������ ==#�7��� %��� �� ����� �� ��� �� 34�5 ��������� �� ���� �� �� �������0�����0���� ��� �� ������ $�� �����0�� $������ 5� 34�5 ��������� ��� %��� �'����� ���������$�� 34�5 �� ���� �� ��$����� �� �� �� ������ � F���� �� ���0���� %��� ��%���%�E�� �� �� %��� �� %��� ���������

Self-TestControl

CUT1 CUT2 CUT n

Common Bus

...

����� ,+�+� 3��0����� 34�5 �%'��%���������

15.2.3 BIST Pattern Generation

5� $�������� ������� '������ ���������� �''������ ��� ���� �����

,� /*%� 9�� %���� �� �� ����� � ���� ����0'������ ��� 2$��% �� �5)- '�����%6�� � �9� �� �� ��' ��� ��� �� '����������� �&'������ �� ��' ���� ������� ��� �� ��������� $������

!� "-./� ������ %���� �� �� ��� � ��� � � ����) ���� ��� 2D��6 ���������� '�����0�����% ������ 5�� $��1������ ��1����� � ��1����� �$ , %������

15.2 Random Logic BIST 499

�� %��� ����� �� ������ �� $���� ��������� ��� �� %���� ���� ���� ������������� ��� �� ��������� �� '��$����� 34�5 '������ ���������� %�����

=� (���� +���� � � ������ ������� ��� �������� �� �&������� ���� ��1����� ��� ��� ��� ��� ��� %�� ���� ��%� �$ �� ��%��� �$ ��'��� �� ���� �� �&�%0'�� ��� ./ ��'��� ��� �� ����0'������ ��������� ������� �� ,BB ��� �������� +, !/B ;++�" ���� �$ ���� ��%� �� �������� ��� !�� '������� ��� �� �%0'��������� 5���$��� ��� ��'� �$ '������ ��������� %��� �� '����������� ���� �� ������ ������� ��1����� %��� ������� ��� �� ��'���� D�� '����������������

/� %���� � +���� � ����8�� �������� ��� ���� ���� �������$�� �� ����0'���������������� ��� ��� ���� ��1���� ���� ���� ��1�������

+� "-./ ��� /*%� 9�� �$ �� %��� �?������ �''������ �� �� ��� �� D�� �� ��'��%��� ���� %��� ��� ��� �������� ����0'������� ��� �� �5)- '�����%$�� �� $����� ��� ��� %����� �� �� D�� ��1������ 5��� $�� ��������������0'������� ��� ����� �� ������ �� � �%��� �9� �� �� ��' $�� � ���������� �'�� ��� ��� �� �%������ �� �� ���'�� �$ �� D�� �� ��� ����� �%������ �� � ���� ���� �� ����� �� ���%��� �� �����0$���� �������� ��,BB@�

.� + ����� 5��������� 4� ��� �''���� ��� '������ ��������� ���� �� � $������� ����� � >�'0>�' ��� ����������� ���� �� ���������� ������ 5� ���� ����'������� �� '������ �� �������� ����%�����

Exhaustive Pattern Generation

6$������ � ���� %����� ��� �������� �� ��� ����

,� F���� �������� ������� ����� �&���� ���

!� F���� ����� ���������� ������

�� �� �0��'�� ������� ��� %��� ���� �� ������� ��� ��� !� ��'�� ������� ��������� �&������� ������� �� �� �%'�������� ��� � � !B� ����� ,+�. ���� ���&������� '������ ��������� �%'��%����� ��� � ������ ��������

������� ��� F&������� 5���� �� �� ��� � 78479� $������ � � �� � � ���� ������ 0"5 ��� �� �� ������ /*% ���� %����'��0��'�� ��������� ���������:%�./; �� ��� ������� �

Pseudo-Exhaustive Pattern Generation

*� ������� $��� %����� �$ '�����0�&������� ��������

500 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

Clock

ResetQ1 Q2 Q3

DDD Q1 Q2 Q3

����� ,+�.� F&������� '������ ����������

8

7

6

5

4

3

2

1

X

X

X

X

X

X

X

X2

3

4

5

h

f

1

7

6

����� ,+�<� 3���������� $�� '�����0�&������� ��������

,� 4� ����� ,+�< �&������� ������� �� %��� '�������� �� � �������� � ����2���� ���%��������6 //<#� *� '�������� � ����� ������� ���� $���� ����� ������������� $��% ��� )9 ����� �� ������� �� �� ��'�� ����� ��� ��>�0���� ��� ���'��� 4� $��� �� $���� ����� ��� �$��� �� ������ �� '������� �������� ���� ��%�� 4� ��� ���� )9 � �� ��>������ �� ��'��� ������ ����� ��� �� ���� )9 � �� ��>������ �� ��'��� ��� ��� ����� ��� ��� 5���0$��� �� ��� ������ � '�����0�&������� ����0'������ ��������� ��� �� ���%��� ���%������ ��� ��%��������� �$ ��� ��� ����� ��� �� ���� �� � ������%��� �� ���%������ ��� ��%��������� �$ ��� ��� ����� ��� ��� 5� ����8� �$'�����0�&������� ������� �� ��� �� ��%��� �$ '������� �� ������� $��% !+.�� ! � =! O ./ ��� ��'������� � ������� ���� ���������� (������ ���������� ������� �$ �� �����0$����� �� �� $����� ����� $��% ���� 2 �� ���� <���� �� %����� �� �� 8��� %��� ��� ���� ������� �� ���� �� �� ������ %��� �� �� ���� ����� ������ ,BB@ �����0$���� ��������� ��� �$ �� ������ ��'����� ��� �� $��% �� ������ ������� �'�� �� �� �������� �$ ��������� ������ '������ ����� �� !/ '������� ��� ������� ��� ��� $����� ����� $�������� �� ������ �� ������� 5�� �� ������� �� ����� �� ��� ������ �� �� 8��� ����

15.2 Random Logic BIST 501

Five-Bit

BinaryCounter

1

Five-Bit

BinaryCounter

2

1

3

2

4

5

h

f

1 for Counter 20 for Counter 1

X

X

X

X

X

X

X

X

1

2

3

4

5

6

7

8

2-Bit

MUX2-1

7

6

����� ,+�"� )�����0�&������� '������ ����������

%��� ��� ����� �� ������ ���� %��� �� ������ �������� ��'��� �� ��� �� �������� �� ������ ���� ������ ������ ���� ��� ������ ��� ������� �5F ����� ���8����� �� �������� '�����0�&������� ����� �''�� ��% �� � 7L5 ���������� �� ������� ���'������ 5�� �� $ ��� ������� �� ��� �� '���������� �''���� �&��������� 34�5 �� � $��% �$ �� ��� ������� �� ��� �� '���������� �''���� ���������� �� ������� �� �� �������� (������ �& ���� ������������ %��� �$ �� �����%�� ����8�� �$ 34�5 ��� �� � 8���0���� ��'���������� ������� ������ �����

!� � ������ %���� �� ����� ����������� 2'������ ���%��������6 //"# ����� �� ��� �&��� ������� ����� �� ����� �� ������ �� 7L5 ���� �%���������������� ��� �������� ������������ ��� ����������� F�� �$ ���� �� �������&����������

=� � ���� %���� �� ����= � ���� �� ������� ,=. ,/< //" .",# �� ����� ������� �� '���������� �� ��� �������E��� '��� ��� ��� �' $��% )4� ���� '�������� ��'��� ��� ��� $��% �� '�������� ���'��� �� �� )9�� F��'�������� �� ������ ������������ ���� �� ��%������ '��������� ��� ��%������ �� ��� ���0����������� ������� ��� ��� �� �� 7L5 �� �������E� ��� '��'������������ �� �� '��������0�����0�����

/� � 8��� %���� �� ������ ����� ����������� ."!# ��� ��%����� ����� ����������� $�� ��������� ������� �� �� '��������0�����0���� ��� ����= ����� �� ������� �� ������� ��'��� �� �� '��������0�����0�����

������� �� )�����0F&������� )������ -��������� -��� 2>�7 ��� �� ���� $������ ���� � � � ��� ���� ����� ����� �� �� ������ �� -���� 2>�?� 0 ���� $������ � ���� � �������� �� � ��� �������� � +&, � � ��

502 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0101 100 1000

% F

ault

Cov

erag

e

Number of Random Patterns

(b) Bottom curve -- unacceptable random pattern testing.(a) Top curve -- random pattern testing with acceptable fault coverage.

����� ,+�;� �����%0'������ ������� ��� $���� ����������

��� � ��� ���������� ��� �� �� ���� � � � ��� �� � � �� �� ���� �� 0��

Testability vs. Random Pattern Count

�����% '������ ������� ��� ������������ �� ������� ��� ������� ,+ ,. !B# )����� ��� ��7������ +,!# ��� F���������� ��� D�������% !B;#� ����� ,+�;2�6���� �� �� �����0$���� �������� ����� �� � �������%�� $����� ������� ,BB@ ����� �� ���� �$ ����%��� ��%���� �$ �����% '�������� (������ ������� �������� ������� ��������� ����� ��� 2)D��6 ������� �&���� �� ������� ���� ������� ,+�;2�6 ��� ���� ��� ������ ���������� � ����� ��������� ��� ������������� ��1���� �&������� ��������� �$ ����������� ������� �� � %���8������ �$ ��������� � � � ����� 2�)-6 ��� � ���� � � ��������� ���� � � � ����� �� ������� ������ �� ����'����� $���� ��������� �� '������ �������� �''���� �� ��1���� ������� ;"@ �����0$���� �������� $�� ������������

9�� ��� ����%��� �� ��%��� �$ '�����0�����% '������� ������ $��% �� ��0����� $���� �������� ��� ����� �� ��� �$ ���0��0������ $����� .<# �� �� ������������������ +;,#� � %������ �� %��� '������� �� ��%%�� $�� 34�5 �� $��� $������%������� �� ���������� �� �''��'����� �����1�� $�� ��%���������� �������� �� ������� ������ �� ���� ������ ���������� 2))�)6 �����1�� !,B#� 4$ �� ���� ��01����� �� ��� ���� $�� $���� ��%������� ��� ��� ������� ��� �����%������� �5)- �������� ���� '������� $�� �� ���0��0���� $����� ��� �%��� ���� '������� �� � �9��� �� ��' $�� � ������ �'����� �$ 34�5� ������������� ��� ��� %���$� �� �������

15.2 Random Logic BIST 503

Xn-2 X1 X0

h1h2hn-2hn-1

Xn-1

D FF D FF D FF D FF

����� ,+�,B� �������� ������ $������� ��$� ���������

Xn-1 X1 X0

xn-2

xn-1

Xn-2

h1h2hn-2hn-1

CLOCK

1x

D Q D Q D Q D Q

����� ,+�,,� ������ ������� ������� $�� �������� D���

�� �%'���� ����������� !,B#�

Pseudo-Random Pattern Generation

5� ��� � � ����) ���� ��� 2D��6 '������ ��������� �� %��� ��%%�������� $�� '�����0�����% '������ ���������� .<#� 5��� '������� ��� ��� �$ ����������� '��'������ �$ �����% ��%���� ��� ��� �������%������ ��������� �� ��������� '������ ��������� ��� ��� ����$��� ��'������� ��� �� ��������� $�� 34�5�*� �� ������ ����� ��� !� ��'�� ��%��������� ��� ���� ����0'������ ��1������ %������� �� ��������� �� ������ ������� $���� ��������� 4� ������� '�����0�����%'������ ���������� ��1����� %��� '������� ��� �����%������� �5)- ��� $���� ����&������� ���� ==#�

Standard LFSR and Equations. ����� ,+�,B ���� � ������ $� ��� $����� �*/ �� ,�� 2 ��� � � ����) ���� ��� 2D��6 !B. !./#� 4� ���������$ � >�'0>�'� ��� ������ $����� �*/ 2M9�6 ������ 4� �� �� �&������ �&�������09�D�� ������� �� $������� ������� �$ M9� ����� $���� �&�������� $��%�� �� �����5� ����� �$ ���� ������� �� ��������� �� �''����& � ��� ����� �� ���� ��$�������%'���� ��� �������� 5��� ��� � >�'0>�'� 2����� ���� ��6 �� ��� �� ������ ���0����� D��� � '��'����0�������� D�� ��� $������� �� � ����0�&������� ����0'������ ��������� �� �� ��� ����� ����� !� � , �������� ������ �� ���� �%���������� ����� �� ��� B ����� �� �� >�'0>�'�� 5�� �� ����� �� � ��$���� � ���� D���

504 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

%�$������ ���� ��1������ $��% ��� D��� ��� ���� ���������� '��'�������

� 5��� �� ��� '������ �$ � ����������� ���� ��� ��� '������ �$ ��, �����������E������

� 5��� �� �� ������ ������ ��� ��� ��� ��� ��1������ �� �������� ��� ������������ ��$��� ��1����� 2�� �� ��%� D��6 ���� �� ��������� �� !��� � ,��� '�������� ��� ���� ��?�� �� !��� '�������� +=!#�

4� ����� ,+�,B ��� ��' �������� �� ��������� �� '������� �� ������� �$ $�������$��% ��� '��������� >�'0>�' '������� ���� >�'0>�' '������� ����� 5�� �� ����������� ������� �� 2B � � � � � ,6 �� , �$ �� $������� �&���� ��� �� B �$ ���� ���� $������� �� ��� '��������� '�������� ����� ,+�,, ���� �� ������ ��������%'��%������ ��� �������� 4� �� ������ ������� �$ �� �� �� B ��� ���� �� ��M9� ���� �� �� $������� ������� $�� ��� ��� '�������K �������� �� M9� ���� ����������� ��%�%��� ��� �� ��� -����� 8��� ��%��� �����% %����'�������� �� � ���1�������� �� � ���� ��$� �� �� D�� �������� �� ��� ��� ��� �� �������� �'��������� �� M9� 2�6 �'������� 5���$��� �������� �� �1�������� �� M9� ����������� ��B�B O B B�, O , ,�B O , ��� ,�, O B� 5�� �� ������� ���� ��� �� ������� ��������� �� M9���� ����%����� 5� $�������� %����& �����% �$ �1������� ����������� �����%�

����������

��2�H ,6��2�H ,6

�������2�H ,6����2�H ,6����2�H ,6

����������

O

����������

B , B � � � B BB B , � � � B B���

������

������

B B B � � � , BB B B � � � B ,, �� �� � � � ���� ����

����������

����������

��2�6��2�6

�������2�6����2�6����2�6

����������

2,+�,6

5�� �����% �� ������� ���

���� � � ����� 2,+�!6

5� 8��� ����%� �$ �� �� B �&��'� $�� �� ���� ��� �� �������� ��� �� >�'0>�'���$� ����� 5� !�� ����� �� ����%�� ��� ,�� ����� � � ,�� ���� ��� ���������� %����& �� �������� ��� �� �������� ��'�� $��% �� ���� ������ �� �����%��� �� �� 8��� ����%� �� , �� �������� ��� �� ������ $���� ���� ���� ����

����� �� M9� $������� �������� 5� ��%������ ���%���� �� �� �� ��� ��� ��$������� ��������� �� ��� �������� ����� �� ��%������ >�'0>�'� $��� �������� ���� �� ���� *� ���� ��� �� ��� D�� ������ �� ��������E�� �� ��� E������4$ ��� ���� ���� �� $������� ������� ��� �� ���� ��$�� �$ �� >�'0>�'� ����������� '������ ��� E���� ��� �� D�� ����� ��� �� �� ���0E��� ������ ���� ����� H �'������ �%'���� �� ��� %����& �����% �� �������� �� M9� 2�6 �'�������

4$ � �� �� D�� ������� ����� �� D�� ���� '������� ����� �� ������� � ��� � �

�� � �

�� ���� 5� ����$ � ��� �� �� �%������ ������� � ��� ����

��

�� � 2,+�=6

15.2 Random Logic BIST 505

���� � �� �� �������� %����& � �� �� D�� ����� ����� 2���� ��� � O B $��� � �6 ��� �� �� ����� �� �� ��������� ����$� ������ ��� %����'���������� � �� �1�������� �� ��$���� � ��� ����� �� � >�'0>�' �������� �$ ��� D���5���$��� �� ���� �� �� �� �������� , �� O � � �� O � �� O � � �� O �� ��� �� O � � ���� O �� ���� 5�� ������� �����% ��� �� ��������� �� �������� ���� �����������

�2�6 O ��� � � �� 2,+�/6

O , H ���H ���� H � � �H �������� H ��

5�� '�����%��� ������� ��� �� ���� �� '������ �� D�� ��������

Pattern Length and Detection Probability for LFSRs. ��� � ��� +;,# ��0����'�� � %���� ��� ��� ����%��� ��� �� $���� �������� �$ � ������� '������ �� ���� �� �� ���� ������ 5� $���� � � ����� ���������� �� �� '���������� �$ ��0������� �� $���� �� � �����% ������ ��� �� ��'�������� �� �� ������������ �2�6 �$���������� $������

�2�6 �� O ������� �$ ���������� $����� ��� '����������

�$ ��������� ������� � ��� �H ��� 2,+�+6

�2�6 �� ���0E��� ��� '������� ���� ��� B � � � ,� ���� � ���2�6 �� O ,� 5��

����%�� ��� ��� $����� ��� ���0E��� ��������� '������������� 4$ ��������� $�������� '������ ��� �� $��%������� ��� �� %���8�� �� ������ � !��� � ��� �������� Æ2�6 �� �2�6 ��� ��� �� �������� ����� ��������� �� ,� 5� %�������� �$ �� �����$������� ���� ��� �� �� $������� �$ ��������� $������ �� 34�5 '�����0�����%������� ���� ��� �2�6 �� $����� ��� ��������� '���������� �� 5� %��� ���������%��� ���� $����� �� � '�����0�����% ������ �� � �2�6 ��� 5� %��� $���� ���������$ �� 8��� '�����0�����% ������ ���

�� O

� �

� �2�6 ��

�$��� ��%����� �� $���� �������� �� �� 8��� ������ �� ��������� '���������� ���0��������� ����%�� 2,� �6 �2�6� 5�� ����� �� �� %��� $���� �������� �$ � ��������

�� O ,�� �

2,� �6� �2�6 �� O ,� �2�6 2,+�.6

���� �2�6 ��'������� �� ����� ��������� 4$ ������� ��� ��������� �����%����������� ��� � �� �� ����� ��%��� �$ $����� ��� �� $���� �������� �$��� �� 8��� ������ ����������� ���

�� O,

�H

�,� ,

��

� �2�6 ��

506 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

���� �� 8��� ���% �� �� �������� ��� �� �� �������� $���� ��� �� ������ ���% ���� �����% �������� $��% �� ��%������ $������ )��������� ����������� ��� ��������� �''��&�%����� $�� �� �������� �$��� � ������� ��� ����������

�� � ,� �2�6 H�

�2,+�<6

���� , � � � � � 5�� �� ����� $�� � ����� ��%��� �$ ������� '������� ��� �������� ��� �� �����8������ �%����� ��� �� $���� ����

���� �������� ��� ������ ����� ��� ��� �� ����%���� �� � $���� ��%��������$ � ��%'��� ��� �$ $����� ��� $���� ���''���� 5� ���������� � ����� 2��6�������� �$ � $���� �� �� ������ ��%��� �� ��� ��� $���� �� 8��� ��������� *������� �� �� �� ��%��� �$ $����� ���� �� ����� �� �� 4$ �����% ������� ������������ ��� �� ��%'���� ��������� '���������� ������������ ���

�2�6 O,

��

���

�� �� 2�6

���� �� �� �� ��%��� �$ $����� �� �� ��%'�� ��� �� ��%������ ����

��O �� �

���

���

5�� �&'������� �� ����� ��� �� ������ 5� �������� ��� ��� �� ��������� ���

�2�6 O��2 H ,6

��2�H H ,6H

,

��

���

�2� H ,6��2�H �62�H �H ,6

� 2,+�"6

�������� �%'����� �� ��������� �� ��� ������� �� ��� $��% $���� ��%������� �����$���� ��%'���� ��� ��� �2�6 �� ��%'����� 5� ����� ��� �� �� ����%���� �����F1������ ,+�. $�� �����% ������� ��� F1������ ,+�< $�� �����%�����������0����������������� 5� � � � ���� �� ������ � '���'���8�� $���� �������� ��� �� '���������� ��������� F1������ ,+�. �� ,+�< ��� ������� �� ��%��������� 5� $�������� �2�6��� �2�6 ��'������ �� ������� ������������ 5�� ��� �� �����%���� ��'���������� 2���7�'��� .6 ���� �� ��'������� �� ����������� �� �����% ������� ��� �� ��� ������ �����%���� $��% �� $���� �������� ���� $��% $���� ��%'���� ����� � '���������34�5 ������ ��� ����� �� ����� %����� 5�� %�� �� %��� ���$�� �� �� ����������� � ��'�������� ����%����

*����� � ��� <B!# '������ � %���� �$ ����%����� �� ���� ����� ������ �������� � ����� ���� ���8����� ��� �� �� '���������� �$ ��������� � $���� ��� !'�����0�����% �������� (������ ��� ��1����� �� �&������� $���� ��%������� ����� $���� ���''��� �� �����%��� �� ���8����� ����������� ��A��� ��� 5��E�� +=!#������ � ���� ����� $�� '����� �����% ������� ����� ����%�� $���� ��������� '���0��������� ��� ��� ��������� ��� ������ 5�� ����� ����� ��1���� � ������ $������%�������� *�����%� <!=# ��� ����� ��� 3������ +.<# ���� '������ %����� ������%��� �� ���� ������

15.2 Random Logic BIST 507

2x

2X

1X

0X

h1

RESET

D Q

MR

MS

D Qx

MR

D Q1

CLOCK

����� ,+�,!� F&�%'�� �&������0M9� �������� D���

5���� ,+�=� )������ ��1����� $�� D�� �$ ����� ,+�,!��� , B B , B , , , B�� B B , B , , , B B ����� B , B , , , B B ,

������� ��� �������� D��� -��� 2>�23 @?43A ��� �� $���� $� ���'*/ ������ "-./ ���� ������ ���� ���������� �2�6 O , H �H ��� ,��� 2>�4��� �� ���� � �� �� � � �� � �� ��� "-./ �� � ������ � � �� �882��,� ������ ���� ���������� �2�6 �� �� $� ����'*/ "-./ � �� ��� ���� ��� ��� � ��� �� ������� B���B�� � ����� ���� �� ��� ���������� �� � ,2��6 ������ �� ����� B���B�� � ���� �� �� ��� �� �� � � �� ��� �� O ,� �� � ��� � �� �� � �� � ��� �� � ����� B���B�� � ��� ���� �� ,� � ����� ���� � � �� �� ������ ���� ���������� �� �� ����� ������ "-./� � � ������ �� �� � �� .�� �2�6 O ,H�H��� C �� ���� � � ����� ��� �� �� � ����� � � � � �� �� ,� ��� �� ����� ������� ���D� �� �� �� �� ��� �� �� ���� � �� �� �� ��������� �� ������ ������ ,�� "-./ ���� � �� �� ������� �� �E �

����2�H ,6��2�H ,6��2�H ,6

��� O

���

B , BB B ,, , B

��������2�6��2�6��2�6

��� 2,+�;6

������ 34�5 �� ���� �� �&'������ ����� �� �� ��������� ��� �� ������� �� �&��������� ��� ���� ���� ��� � '��������� '������� 5�� �� ������� � ����� '������ �������� � � ��� �� �''��� �� �� $����� ������� ���'��� ��� ��� ���� �� �� 34�5���'���� ��%'����� ��� ��'������ �� '������ ����� ������ �� ��%� ����� ������ ���''��� ������ ����� �� ���'���� ��%'����� �� �� M9���� �����% �� ���� �� ������������ ���'����� $��% ��� ����� ������ ���� ������ ��� ����� �� 34�5 �����%��� ���� �� ����0%����� ���'����� 5�� ���� ����� �� ������� ������� �� ����'�� $����� ������� �� � ���� �������� 5���$��� �� %��� ����� ��'������ ��� �$ ��D�� '������� %��� ��� ���� ��� �� %��� ��� ��������E� �� D�� �� ��� E���� �� �� ���� ��� ����8������ �� �� ��� E��� ������

Modular LFSR and Equations. 5� ������ ��� ��� $����� �*/ �� ,�� 3D�� �� ��������� �� � ��%'����� %����& �� � �

� ��� �� �� �����'��� �$

508 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

X0 X1 Xn-2 Xn-1

hn-1hn-2h2h1

D FF D FF D FF D FF

����� ,+�,=� ������� D�� �&�%'���

X0 X1 Xn-1

hn-2 hn-1h1 h2

CLOCK

1

D Q D Q

x

D Q D Q

X

x xn-1n-2

n-2

����� ,+�,/� ������� ������� $�� %������ D�� �&�%'���

��� 4� �� ������ �� �������� M9� D�� ������� �� $������� M9� ����� ��� �������������� ��A����� >�'0>�'�� 5� %������ D�� ��� ��� ��%���� $����� ��� ���������� D�� ������� �� �� �� %��� ��� M9� ���� ����� ������� ��A����� >�'0>�'�� (������ ��� �� ������� ��� � ������� ������������� �� ������� ������� �������������� ������ ��� %��� ����� ����� ������� >�'0>�'� ��� ���� ��� M9� ������� �� $������� ������� �$ �� �&������ M9� D���

����� ,+�,= ���� �� %������ D�� ��� ����� ,+�,/ ���� �� ������ D��������� �%'��%��������� 5�� ������� �%'��%���� ���� �1��������

������������

��2�H ,6��2�H ,6��2�H ,6

�������2�H ,6����2�H ,6����2�H ,6

������������

O

������������

B B B � � � B B ,, B B � � � B B ��B , B � � � B B �����

������

������

���B B B � � � B B ����B B B � � � , B ����B B B � � � B , ����

������������

������������

��2�6��2�6��2�6

�������2�6����2�6����2�6

������������

2,+�,B6

5�� �����% �� ������� ���

���� � � ����� 2,+�,,6

5�� ������� �����% ��� �� ��������� �� �� ������ ���� �����������

�2�6 O ��� � � � � 2,+�,!6

O , H ���H ���� H � � �H �������� H ��

4� ��� D�� �$ ����� ,+�,= � ���� ��$� �� �1�������� �� %����'����� �� ���������������� �� � ��� ��� �������� ��� ����� �� �� ������������� '�����%��� ���

15.2 Random Logic BIST 509

������� �� ��%������� F���� D�� ��� �� �����E�� ����� �� �������� �� %������$��%� 3�� ��� M9� ����� ���� �� �� ��%��� �$ ���0E��� �� $���������������� �� �� D���

������� ��� ������� D��� -��� 2>�2> ��� �� $���� ������ "-./��� �� ������ ���� ����������� ����� ���� � �� ��� ������� �� �E

��������������

��2�H ,6��2�H ,6��2�H ,6��2�H ,6��2�H ,6��2�H ,6��2�H ,6��2�H ,6

��������������

O

��������������

B B B B B B B ,, B B B B B B BB , B B B B B ,B B , B B B B BB B B , B B B BB B B B , B B BB B B B B , B BB B B B B B , ,

��������������

��������������

��2�6��2�6��2�6��2�6��2�6��2�6��2�6��2�6

��������������

2,+�,=6

X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7

h2 h7

CLOCK

x1

D Q D Q D Q D Q D Q D Q D Q D Q

x x x x x x2 3 4 5 6 7

����� ,+�,+� ������� D�� $�� �2�6 O , H �� H �� H ���

Primitive Polynomials. 4� �� ���� ��������� ��� �� D�� �������� ��� '�������!��, '�������� )������� ��� *����� +!,# ��� ���������� �� ���������� ����������� �����$� ��� ��1����%��� �� �� ��� � ������� '�����%��� $�� �� D���

,� 5� '�����%��� %��� �� ����� ��� %���� ��� �� �������� �$ �������0����� � ���% �$ �� ������������� '�����%��� %��� �� ,� �� ��%������ D�� ��� %���� ��� ��� � >�'0>�'� %��� ���� ��$� ����� M9������ $��% �� ����� �� ��� ����� ���� ��� %��� ��� $��� ���� ��0������ ���� ��� �� �� �������� D�� ��� %���� ��� ��� � >�'0>�'� %������� ��$� �������� $��% ���� ����� ���� ��� ����� �� ��� %��� ���$��� ���� ���� ���� ����� �� M9���� $������� ��������

!� 5� ������������� '�����%��� %��� ������ �� '�����%��� ,H�� $�� � O !��, ��� ��� $�� ��� �%����� ����� �$ ��

3������ � ��� .<# ��� '������� ������ �$ ������������� '�����%���� ��� ��� '��%0����� ��� ����$��� �������� $�� D��� 2��� �''����& 3�6

5� �������� '�����0�����% �� �� %��� $��1������ ���� %���� $�� 34�5 '��0���� ���������� ==#� (������ �� %�� ��1���� �������� $���� ��%������� �� ���������� $���� ���������

510 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

Weightselect

W1W2

X7 X5X6 X4 X3 X2 X1 X0

(a)

y

z

...X 1

X32

(b)

D Q D Q D Q D Q D Q D Q D Q D Q

1/21/41/81 of 4 MUX

1/16

Inversion

����� ,+�,.� *������ '�����0�����% '������ ����������

Weighted Pseudo-Random Pattern Generation

5� ������ �� ������ ���� $���� ��������� ��� ������ ���� ������ ��� ����0$��� ������ ���� ��%�� ��� �� �� ��������� �$ �� ������� '�����0�����% '���������������� *�� ��� ���� �$ '������ ��������� ��� ��� ��A��� �� '�������������$ ���������� B� �� ,� �� ��� ��'�� �� ����� �� �%'���� �� $���� �������� ������������� ���� ������ ����� ,+�,.2�6 +=! <B.# ���� � ������� '�����0�����%'������ ��������� �%'��%����� ��� '�����%%���� '������������ �$ ���������� E�0���� �� ���� �� �� )4�� 5�� '������ ��������� �?�������� ����� ��� ���0��0������$������ 4� '�����0�����% ���� ��� ��'�� ��� �� '���������� B�+ �$ ����� ����� � B�� � ,� 4� ������� '�����0�����% 34�5 �� '������������ ��� ��A����� �� %��� ��%��� ������ ��� ����� ���� ������ ���0��0������ $������ 9�� %���� ���� ��$����� �������%��� � ������ �� %����'��0����� ��� �� '���������������� �����E��� �� ���0��0������ $����� !,B#� ������ %���� ���� � �������� �� �������� �� ������� ����� ��� ��� ������ �� �5)- �����%� �� '������ ���������� ����� ����� *����� ��� �����E������� �� ����� �� ��� ������ �� � �9�� 9��� ;"@ $���� �������� ��� �������� !,B#$�� ,B ������� �� ��%� �������� �� �����%�����������0��������� ��������

�� �� =!0��� ����%���� ��������0'��'����� ������� �$ ����� ,+�,.2�6 �� ������� ������ �� $���� � �����0��0B ��� ��'��� %��� �� ,� 4$ ���$��%��0�����������'�����0�����% '������� ��� ���� �� ��������� '���������� �� !��� ������� ������� =! ��'���� 5�� ���� ���� �� ������'����� ���� ������� ��%��� )�����0�����%'������� ������ ������ ,BB@ $���� ��������� 4$ ������� �� ����� ��� ��� ��'���� , ��� '���������� �$ =,�=! ��� �� $���� � �����0��0B ����� �� �������� ���'���������� 2=,�=!6�� O B�=.! +=!#� 5�� %���� ��� �� ������� ���� ���� ������������ ��� �� �� ��������� �� ������ �� $����� (������ ��� ��� ��� ���� ��'�������0��0, $���� ����� �� �������� ��� '���������� 2,�=!62=,�=!6�� O B�B,,." ���� ������� ". ������� ����� �� ������ �� ������ ��� $����� +=!#� ����� ,+�,.2�6���� �� ��A������� ����� '�����0�����% '������ ��������� +=!#� 4$ ��� D������� �� '���������� �$ B�+ �$ ����� ����� B �� , ��� �� ������������� ����'������ �$�� ������ �� �� ���� D�� ���� ��� ������ � D�� ������� ������� �� � , ������� �� ��� ���� ���'�� ��� '���������� B�+�� 9� ����� ��� 4�CF�5F�� ����� ���� �� ������ ���� '������������� 4� ��� �&�%'�� �� ����%��� ��� ��������

15.2 Random Logic BIST 511

CLOCK

QD

C C150

D Q D Q90

C

D Q150

C C90

QD90

����� ,+�,<� ���0����� ����� �������� ����%���� '������ ����������

�� �LM �� � '���������� �$ ,I! �$ ����� , ��� �� ������ ��� $��% �� ������ � '���������� �$ ,I/ �$ ����� , ����� �� �� �� ��� �$ ��� ���� ��� ���'���������� ,I! �$ ����� ,� 5� ���� ��� $��% �� ���� �� '���������� �$ ,I" �$����� , ����� �� �� �� ��� �$ ���� ���� ��� ��� '���������� ,I! �$ ����� , ��� �� ��� 4$ �� '�����% �� C ���� � �� ����� �� ������ �� ,I,. '���������� �$���������� � , ��� �� ��� �� ��� ��� ������ �� , ��� �� ������� ��� � ��������� ,+I,. '���������� �$ ����� ,� 5�� �� ������� �� M9� ���� $�������� ��� ��� '�����%%���� ��������� �� �� $���� � �����0��0B ��� ��'�� ����� ������� � ,��� '���������� �$ , � 2=,�=!6 O ,�=! +=!#� 5��� �� �� ��%%�� ����� ��� $����� $����� �� ��� ��?����� ������ %��� �� ������ $�� ��� ������� ��'��� 5� %���'�����% ��� ������� '�����0�����% 34�5 �� ��� ������� ��?����� ����� ���� �����1����� �� ����� �� ������ ,BB@ �����0$���� �������� ��� $�� ��� ��� ��� %����������� � ��%��� �$ �����% '������� </ =/< +,< <B. <=; </B#� 5� %����'������� ���� ���� �� �&������� '������ ��������� ������� ��������

Cellular Automaton Pattern Generation

+ ����� �������� 27�6 ��� �&������� $�� '������ ���������� ������� ��� ���� ������ �����%���� ������������ ��� D��� =B<#� � �������� ����%���� �� � �������������� ��� ������� ����������� =B. =+= +=! .;,#� F�� ���� ��� ���� ��������� ��� ����� ��������� 5� ����������� ��� �&'������ �� ����� ��� �����%��� ����&� ����� ����� �� �� ����� �$ �� ����S� ��������� 4$ ���� " ��� ���� ���� ��� ����������� "� , ��� "H , ��� �� $�������� ���� ������ �� �8 ��� �� ��������������� �� �� $�������� ����� ���������� ������

����2�6��2�6����2�6 ,,, ,,B ,B, ,BB B,, B,B BB, BBB��2�H ,6 B , B , , B , B

!� H !� H !� H !� O ;B

5� ���% �� �8 ��%�� $��% �� ����%�� �1�������� �$ �� ������ ���� $�� �� ��&������ �$ ���� " <="#� 4� ��� ���� ��2� H ,6 O ����2�6 � ����2�6� ������ �������� �� 2>8 �� �%'��%����� �� ��2�H ,6 O ����2�6� ��2�6� ����2�6� ����� ,+�,< +=!#���� � ����� �������� ����%���� ����������� ����� ����� ;B ��� ,+B �� ��� ����������� � ��� +"+# ��%��������� �� ���%��'��% ������� � ���0��%�������� ����������� �������� ����%���� ��� �� D�� ����� �� ��%� ����������� �������������'�����%���� (������ ����� ��1������� %�� ����� ��?�� ������� �� 7� ��� ��D��� 7�� ��� �� ��$�0������� ��� ����� ����������� ������ D��� ��� �D�� '������ ��������� ��� �� %��� %��� �����% ������ �� ����� ������ '���

512 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

��$���� ,"!#�

Test Pattern Augmentation

4� ������� �''��������� ������� ����'��� �&����� ������� ,BB@ �����0$������������ �� ��1������ 5�� �� ���� ��1����� ��� �� ���%��� �� ��� �$ '���������������� �� �� D�� �� � 34�5 ������� %���� �� ����� �� ������� ����0'�������$�� �� $����� %����� �� �� D�� '������ ��1������ *� ��� �������� �� %���$��1������ ���� %����� $�� ���%������ ����0'��������

Adding a Secondary ROM. 5� ��%'���� ��� �� �������� �����0$���� �������� ��,BB@ $�� � 34�5 '������ ��������� �� �� �������� �� '������� ��� �� �5)- ����$�� �� �����%0'������ ��������� $����� �� �� 7L5 ��� �� 34�5 '������ ���������%����� ����� �� ��������� '������� �� � �9� ��� ��� �' � ������ ��0��' ����'������ ���������� �'��� 5� 4�'�� �LM ����� �� �&��� ������� %��� ��� ���������� �� ��'�� '��� �� 34�5 '������ ��������� �� �� �9� ���'�� �� �� )4���� �9� '������ ���������� � ��%'�� ������� ������� ������ �� �9� ����� ����$ ��� ���������� 5� ������������ �$ ��� %���� �� �� ������� �������� *����� %���� �� �� �&���%��� �%'������ �� ��� � ����0'������ ��%'������ '�����%�� ��%'��� �� ����0'������� $��% �� �5)- '�����% ���� �� %���%�% ��%��������� �� ������ �� �����%0'������ ��������� $������

Additional Methods. 9�� %���� � � ���� � ��F������ +=!# �������� ��%'��0��� � ���� ���� '������ ��� ��� ����� � ����� ��F���� �� �������� � ��������$ ������� �� �� ���������� �$ �� '������ ��� �� ������ �� � �9�� 9��� �'0'������ �%��� �� �����%������� '������� �� ������ �� �����%0'������ ���������$����� �� �� D�� '������ ��1����� .<. </,#� ���������� �''������ ,// .<+#�����$��% �� '������� '������� �� � '�����0�����% '������ ��������� ���� � ������� ������ ��� '�������� �� ������� $���� ��������� 5� �5��034�5 ���%� �%0���� � �%��� ��%��� �$ '������� �� ���� �����%0'������0��������� $����� �� �� �������� .<"#�

15.2.4 BIST Response Compaction

������ 34�5 �� �� ��������� �� ������ �� ����%��� ��%��� �$ ������� ���'������� � %��������� ��E� ��� ��� �� ������ �� �� ��'� �� �&�%'�� �������� �������� ��� � ������� '������ ��������� ��� ��%'���� + %������ ���� '������������� ������� ��� ���� ���� ��� !BB )9�� 5� ����� ��%��� �$ ���'����� ������ +� BBB� BBB � !BB O ,� BBB� BBB� BBB #���T 5�� �%���� �$ ��$��%����� ������ �������%������ ������ �� �� 7L5 �� �� ������� ���'����� %��� �� ��%'������

Definitions

� �������� G ������ ������� ���'���� ��%'������ ������� �$ �� ��$��%����� ���� �� �� '������� ��� � ��������� �$ � ��� %����� %�� %��� �� ���� %�����

15.2 Random Logic BIST 513

��������� ��� �� ������ ��������� 4� ��� ����� � $������ ������� ���� '��� ��������� '�������

� 7�%'������ G � %���� �$ ����������� �������� �� ��%��� �$ ���� �� ���������� ������� ���'���� ������ ������� �� ��� ��%� ��$��%����� �� �����

� 7�%'������� G � %���� �$ �������� �� ��%��� �$ ���� �� �� �������� ����������'���� ������ ������� �� ��� �� ��$��%����� �� ���� �� �� �������� ���'����1����� ��� �� $���� ����������� $��% �� ��%'������ ��1������

� ��������� G � ����������� '��'���� �$ � ������� ������� � ��%��� ��%'���� $��� ������� $��% ��� ���'����� ������ ������� ��� �� '��'���� ��� $����� �� ��������� ������� ����� �� ��������� �� ������� $��% ��� �$ �� ���� %������

� ��������� �������� G � %���� �$ ������� ���'���� ��%'������ ������ ������� ������ �� ������ ���� ������� ���'���� �� ��%'����� ���� � ���� ������ ������ � 5� ������ ������� ��������� �� ��������� ������ �� ������� '�������� �� 7L5 ��� ��� ��%'���� ��� �� ���� %����� ��������� �� �����%�������� �� 7L5 �� $������

� 5��������� 7���� ���'���� 7�%'������ G � %���� �$ ���'���� ��%'�������� ��� �� ��%��� �$ ����������� $��% B �� , ��� , �� B �� ������� )9� ���������� �� ������ � ������� ����������

4� ��� %����� �� %��� ���������� ������� ���� ��� ��� ����������� 7��0���� ���'���� ��%'������� �� �������� ������� �� �������� ���'�� ��1����� 2,B� ������ �� ����� �&�%'��6 ��� �� ��%'������ ����������� $��% �� ��%'������ ��1������7�%'������ ������ ������� �� ��$��%����� ���� �� ������������ �� �������� ����������'���� ��$��%����� �� ��� '�������� 7�%'������� ���%�� �� '������ ��� �%'���0����� $�� 34�5 ���'���� �������� ������� ��� �����1������ ������ �� ��� ����%��$ ���� �� �� ��� ���� ��%'������ ���%��� 4� %���%������ ����� ��%'�������$�������� ��� ��� ���� ��� ��%'������ $�������� ��� ���� .������ ������ �� ��'������ �$ ��%'������ �� ������� ���'����� ���� � ���� �%��� ��� ����� ��%��� ��'��������� � ����������� ������� '��'���� $�� �����%���� ��0��' ��%'������ �$ ��������� �$ � '������� ��$������ ��' ��� � ���� %����� ��'� ������ !!"#�������� ������ ������ �� ,;<< �� (������0)������� ���� �� ��������� %���'������� �� %�� �$ �� $���� ��$��%����� ��������� �� �� ������� ���'�� ���'������$��� ��%'������ �� '������� ��� �� ��������� ���� �� �%'��%��� �� ��%'���������� �� �%��� ==#� ��� ��%'������ �����1��� ��1���� ��� �� $����0$��� ���������������� �� ������

��%� ������� ���%�� $�� ���'���� ��%'������ ����

,� )����� ������� ���� �� $��% '����� ������ ��� ������� ���'����� ���

!� 9��� �������� ���� �� ����� �� ��%��� �$ ���� �� �� ���'�� ���'�����$��% �� �������� ����� +.!# '�������� ����� � ���� �� ��� '���������������� %��� �� �&������� ��� ���� �������� �� ���� $�� ���'���� ��%0'�������

514 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

5������ ������ ��� �� ��%'����� ���'���� �$ �� ��� %����� %����� �� ��%0'����� ���'���� �$ �� ���� %����� ��� �� ������ � '�����% ��� ��%'������������� ��$��%����� �� ����� 4� '����� ������� �������� $��1������ �''���� ���� ��� ���� �������� �� �� '������� �� '��%��� �� '����%��� �$ ���� �� �� �������S�U������ %�' ��� ����� ������ � ������� ���� ����� �� �� �� ���� ���� '���� ���������� ��� ���� ��1����� �����8���� ����%���� ��������

Transition Count Response Compaction

x1

x2

(b) Transition counts of good and failing machines.

1 3

11

2

1 3

31

2233

a

3x1

x2

(a) Logic simulation of good machine andfault a stuck-at-1.

11010

00111

00011

1101011110

11110

11101

a

11010101100111011011

1111001011

00101

����� ,+�,"� F&�%'�� �$ ���������� �������� ���'���� ��%'�������

(���� !"+# ��������� �������� ����� � ����� 5� �������� ����� $2%6�� �� ��%��� �$ ��%�� ������� �� �� ������� ���'���� % ����� ������ 34�5� ��0��� ,+�," ���� �� �&�%'�� ������� ��� �� $���� � �����0��0,� 4� ����� ,+�,"2�6 �� ��� �� ������� ���'����� �� 8�� ����0'������� ���� �� $����� %����� ���'������ ���� ����� �� ���� %����� ���'����� ����� ,+�,"2�6 ���� �� ��% �$ B ,��� , B ����������� ��� ���� �$ �� $����� %����� ���� ����� ���� �$ ������ %������ 4� ����� ,+�,"2�6 �� )9 �� �� ���� %����� �� � ���������� ������$ , ��� �� $����� %����� ����� �� =� 9�� ��������� �$ ���������� ����� ��%0'������ �� ��� �$2%6� �� ��%��� �$ ���� �� ��'������ $2%6 �� �$2%6� � ��&��%����%� O P #��� �� %� � �� �� ������� ���'�� ���'���� �� ��%� �� 5���

$2%6 O���

2� � ���6 �� % O �� � � � � 2,+�,/6

4� ����� �� %�&�%�E� �� ���� ��� $���� �������� �� ���������� ����� ������� ��%��� %��� $2%�6 �� ���������� ����� �$ �� ���� %����� �� ����� �� �� �%��� ��'�������� 5��������� ����� ������� ������� ���� ��� ���� �������� ������� �� ��� ��������� $�� �� ������� ��%��� �$ ���� ��� E����� �� �� ������� ���'�� ���'���� ������� '�������� ����� $�� �� ������� �� ��� �$ �� ���� ��� E����� �� �� ���'�����

LFSR for Response Compaction

������ !!"# ���������� �� D�� $�� ���'���� ��%'������ �� ��������� ����0����� 5� ������ �� ��� ����������� '��'���� �$ �� ������� ��� �� ���� $�� ���������� ������� �'�������� (� ���� �� ���� ��%'������ %���� �$ �� ������ ��������� �� �) 27�76 ���� ��������� ��� ��1����� �� D�� ������� ������ 2����''����& ��6 4� ��� %���� �� ������� ���'�� ���� �����% �� ������� �� � �������0��� ����� �������� '�����%���� 5� ���'�� ���'���� ��%'����� D�� '��$��%�

15.2 Random Logic BIST 515

D Q D Q D Q D Q D Q

0 1 2 3 4

x1

Characteristic Polynomial x + x + x + 1

x x x

3

2 3 4

X X X X X

01010001

CLOCK

5

4�'��� �� �� �� �� ��

4������ ����� B B B B B, , B B B BB B , B B BB B B , B BB B B B , B, , B B B ,B , B B , B, , , B B ,B , B , , B

2��%������ O , H �� H ��6

B , B , B B B ,B � �� H, � �� HB � �� H, � �� HB � �� HB � �� HB � �� H, � ��

�H �� H �� O ���� �����% )�����%���

�� H,�� H �� H �H , �� H�� H�

�� H�� H�� H��

�� H�� H��� H�� H� H,

�� H�� H, � ��%������

����� ,+�,;� ������� D�� �� � ���'���� ��%'������

'�����%��� �������� �$ ��� ���� �����% '�����%��� �� �� ������������� '�����%����$ �� D��� 5� 8��� ����� �$ �� %������ D�� �� �� '�����%��� ��%������ �$��� ��������� 5� 8��� ����� �$ �� �������� D�� �� ��� ������ �� '�����%�����%������ �$ ��� �������� ��� �� ������� �� �� ���� ��%������ ����� � ��?��0��� ����� ������%���� 5� ����� ��������� �'������ �� ��� � $����� ���� �����%������ �� ���'�� ���� �����% ��� ���� �� ��%������ �$ ��� '�����%��� ����0���� ��� �� ���� �� �� ��������� �� ��� ��%'������ %����� 5� D�� %����� ��������E�� �� �� � ����� ��� �$��� ���� ��%'������ �� ��������� %��� ���������� ��� ��%'���� ��� �� ����� ����0%����� ��������� ==#� 5� ��������������E�� ������� �� ������ ���������

Modular LFSR Response Compaction. ����� ,+�,; ���� � %������ D����� �� �� �&��� M9� ���� �� �� ��'�� �� �� >�'0>�' ������� �� ����� �����8����

516 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

X0X1Xn-2Xn-1

xn-1

xn-2

hn-1 hn-2 h1

dn-1 dn-2 d1 d0

x 1

D FF D FF D FF D FF

����� ,+�!B� F&�%'�� %����'�� ��'�� ��������� ���������

������ 5�� M9� ���� M9�� �� ������� ���'�� ���'���� �����% �B,B,BBB,� �� ������� ���� �� ����� �����8���� ��� �$ �� %������ D��� 3�$��� ���'���� ��%'������������ �� D�� >�'0>�'� %��� �� ��������E�� �� ��� E������ (��� �B,B,BBB,� �������'����� �� B���H,���HB���H,���HB���HB���HB���H,��� O �H��H���������� �� D�� ��' ��������� $��% ��$� �� ���� �� ����� ,+�,; �� ��� ��� ��������������� '�����%��� �$ ��� %������ D�� �� , H�H�� H��� 5� 8���� ������ ���� ����� '������ ��� ��%������ �$��� �� D�� �� ��������E�� �� �BBBBB�� 4����� ���� �� ���� �������� �$ �� �������� ���� �����% '�����%��� �� �� ��������������������� '�����%��� �$ �� D��� 5� ��%������ �$ �� �������� , H �� H �� ���� %����� �� ��%������ ��$� �$��� ���� ����� '������ �� �� D�� ������� ������ �� ��� �� ��� ����� 5�� �� ��� �����%��� ������� �� ��������� '���������� '�����%��� �������� ��� �� ��������� '������� �� ����� ��%��������

Multiple Input Signature Register. 4� �� �&�%'�� �$ ����� ,+�,; ,".# �� ������ ��� '��%��� ������� ���'�� ��1����� �� D�� $�� ��������� �������� ��� +>�'0>�'� ��� = M9� ������ (������ �������� �� ���� ���� �� ����� ��������� !BB ���'���� 5�� �� ����� ���� !BB � + O ,BBB >�'0>�'� ��� %��� ���!BB � = O .BB M9� ������ 5�� �� � ������� ������� �������� ���������� ����� �&'���� �� $��� ��� �� ������� '������ ���������� ��� ���'���� ��%'�����������% ����� D��� �� � ��� � �����% ������� �� �1������ ����� � ����� �5���$��� ������� �$ ��� ��������� ��� �����% ���� ����� �� �� ������� ������� �4$ �� ��'���%'��� ��� �$ �� ���'����� �$ �� !BB ������� ���'��� �� �� �� D��$�� ���'���� ��%'������ ��� �� 8��� ��%������ ���� �� �� ��% 2����� M9������ ����%����6 �$ �� ��%������� ��� �� ��� �$ �� ������� ���'���� 5�� �� ���������������� �� �� ������� �� >�'0>�' ����� $��% ,BBB �� !BB ��� �� M9� ��������� $��% %��� ��� .BB �� �''��&�%����� = H !BB� 5� !BB ����� M9� �������� ������ �� M9� ��� �$ �� ������� ���'��� ���� ��?����� ���� �$ �� D�� �������� %��� �� ��� ��� $�� ��� ������� )9 ������ ��� 5�� ��� ���'���� ��%'������� ����� �� � ������� ������ ������ ��� 2�4��6 ��� �� �&�%'�� �� ������ ����� ,+�!B� 5� ����������� �� ����� �� �4�� ��������� �� �� '������ ������� ��%'�� D�� $�� ��� ������� ���'�� ��� %����'��& �� �%��� �� !BB ��?��������'���� 5�� ��� ��1����� !BB ��?����� ������� �'��� ���� $�� ��� �'���� D�� ��%'���� �� ���'���� $��% � ��?����� ������� ���'��� 4� �� %�� %������������� �� ��� �� �4�� ������� �� ���%������ � !BB �� , �LM ��� ���� �������

15.2 Random Logic BIST 517

�� ���'���� ��%'������ ��%� ��� �� �4�� �� !BB ��%�� ���� ��� �� ��%� ���� %����'��&�� D��� 5� �4�� ��� �� ��'�������� �� � �����% �$ �1��������

����������

��2�H ,6��2�H ,6

�������2�H ,6����2�H ,6����2�H ,6

����������

O

����������

B , � � � B BB B � � � B B���

������

���B B � � � , BB B � � � B ,, �� � � � ���� ����

����������

����������

��2�6��2�6

�������2�6����2�6����2�6

����������

H

����������

��2�6��2�6

�������2�6����2�6����2�6

����������

2,+�,+65� ������ �$ ��2�6 ������ ��'������� �� ������� ���'��� �� ��%� � �� )9 ��

D QD QD Qd0

d1d2

h1

X X X0 1 2

x1

01010

CLOCK

10110 00010

Characteristic Polynomial x + x + 13

x2

����� ,+�!,� �����'�� ��'�� ��������� ���������

������� ��� �4�� F&�%'��� -��� 2>�32 ��� � ������ "-./ ���� � ����� � %�./� �� '*/��� � ��F �� ������ ����� ������ ���� ��� B���B�� ��������� ,� ������ ������ � ��� ��� �� � � ��� �� � �� '*/��� �� �� �� ��F �� ������ �� �� �� ���������� ������� ��� ��� �� �� �� 0*� ������ � �� �� ��������� ������� �� �E

�����2�H ,6��2�H ,6��2�H ,6

��� O

���

B B ,, B ,B , B

��������2�6��2�6��2�6

���H

�����2�6��2�6��2�6

��� 2,+�,.6

Multiple Signature Checking. (����� ��� ��7������ !"B# ��� '��'���� �����%����'�� ���������� �� ������ �� ��������� �$ ��������� 5�� ��'����� ������� �'������ ��� ��� ��� � �4�� ��� ��� '��������� '��%����� '�����%��� ��� �� ����������� �� ��%� �4�� ��� ��� � ��?����� '��%����� '�����%��� �%'��%����� �� ��$������� �������� 5� ������� ���� �$ ��� �� ��� ������� � $�� M9� ����� $�� ������� �4�� $������� ������� ��� � !0��0, �LM �� ������ ��� $������� ����������� $��� ���� ���� �� F&������0M9� �4��� 4� ��%� ����� �� %�� �� ��������� ���������� �� ��� ���� �$ �� �4�� �� ����� �� ������ � ��?����� '��%����� '�����0%���� 5�� %���� �� ���� �?������ ����� �� �� �������� ��� �� ������������ �$ ����� ��?����� $������� �������� ����� �������� �� �������� �� ���������

518 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

1

Bou

nds

on A

liasi

ng

1

1/2

1/8

00

p1/2

k = 11

k = 3

k = 1 Bound for 0 <= p <= 1/2

Bound for 1/2 <= p <= 1

����� ,+�!!� �������� ����� '�����������

Aliasing Analysis

*�����%� � ��� <!. <!< <!" <=B# ��� �&��������� �����E�� �� �����0��� '������������ �$ 34�5 D�� ���'���� ��%'������� F������ �������� ���� �&0��� ,,/ .,! .=B#� *�����%� � ��� �������� ���� �� ����� ��1����� 2�6 �� �������� )9 ��� �� �������� �� $����� �'*/��� 2M9����6 �� ���'�� ��1�������$ �� ���� ��� $����� 7L5�� � , �� �� ����� ��1����� ��������� � %���$���������$ � $����� D�� � �� �� '���������� �$ � , �� 2�6� D�� � �� �� '���������� �$��������� 4$ B � � � ,�! ��� �� � � � 2, � �6� ��� �$ ,�! � � � , ���2, � �6� � � � �� <!;#� 4$ ��� ����� ��1������ ��� �1����� ������ ��� �� ���������� ���� ��� � O !��� ����� ,+�!! ���� �� ���� �������� ������ �� � $��������$ � �� '���������� �$ �� ����� ��� � �� ��%��� �$ ���� �� �� ���'���� ��%'������*�����%� � ��� �����E�� �� ����%�� '��'������ �$ �������� �� ���8�% ��� '��%�����'�����%���� �� ���'���� ��%'������ ����� ���� ��� ���0'��%����� '�����%�����

������� ��� 5����� ���� ��� ������ 0* ��� �� ���������� � �� ������ �� �� ��� ���� ��� ������ ��� � ��� � �� ��� �� � ����� %�./� �� ������� ����������� � �

��� ���� �� �� ������� ��������� �� �� %�./�

5� ����%'���� �$ ����'������ ���'��� �� ��� ���� �� �� ������� ���� ����� ����������'��� ��� ���������� ��� �� ���������� ���'��� ��� ������ �%'��� �� ��� ���������4� �� ��������� ���� ��� ������� )9 ��� ' O ,� !� ���� � �� � ���1�� '�����������$ ����� �� �� ������ ����� ���� <=B#�

������� �� 5����� ���� ��� ������ 0* ��� �� ���������� �� �� �������� �� �� �� �� ���������� � ��� � �� ��� ��� ���� ��� ������ ��� � ��� � �� ��� �� � ����� %�./� �� ������� ���������� � �

��� ���� �� �� �������

��������� �� �� %�./�

5� �������� '���������� �� ,�!� ��� ����$��� �� ����� ��������� '���������� ���

,� ,

!�2,+�,<6

15.2 Random Logic BIST 519

f = a b + b c CUTa

b

c

Generator(counter)

Pattern

f LFSR x +x +1

DQDQDQ

3 2

Transition Counter

����� ,+�!=� F&�%'�� ������� ��� ���������� ������� ��� D���

5��� �����%� ��� ��� �� �� A��� �� ���� $�� ������� '��'���� �� A��� ���� �� ���?��� �$ �� ���� '������ ��� �� �� ��$�������� ���������� $�� ��������

���� ��� � �4�� �� �� ���������� �������� ������ ��%'���� ��� � ������0���'�� ��������� �����E��� �� ����� �� 7L5 ���'�� �� �� ��%� �� $������� �� ������� �� ���'�� ���� �� ��%� ���� �� �� �?��� �� �� ��������� �$ ���� �� ��$������� ��' �� �� �4�� ������� �� ���'��� (� ��� (���� 5� '���������� �$��� �������� ��� �� ������� �� ����� � ��?����� '��%����� '�����%��� �� ��� ������ � $������� ��' ������� ���'��� (� ��� (��� ==#� 9���� ��� ���� �����E���������� '������������ ,<; ,"B =!+ =/;#�

������� ��� �� �� ������ �� -��� 2>�2� @279A� � ���� �� ����� ������� ������ ��� � �� "-./ �� ������ ������ ���� > B���B��� ,� ����������������� � ����� � ,�!� O =�,!+ @� �� � ��� 4 �� ��� �� �� "-./� �� ���������� ��� �� ,�!� O B�=; @� ����� � ���� �� ��� ����� �

������� ��� 7�%'������ �$ 5��������� 7���� ��� D�� 7�%'������� -���� 2>�34 ��� � (�., �� � �� ���� � �������� ����� ��� �� "-./ ���������� ���� ���������� �2�6 O �� H �� H , � � � �� ������� �� � ���� ���� � ,� ������ �������� � � O ) � #H # � "� ��� �� ����� ���� � � � ���� �� $������ �� ���� ����� ����� � ,��� 2>�< ��� �� ��� �� � ����� ,� ������ ��� � � )#" ��� �� � ������ �� ��� �� ��� ������ ��� �� ������� ��� ��� �� ��� �� ����� ) ���)������ � � ���)������ � ��� # ���)������ � ,� ���� �� ��� ��� �� "-./ ������� �� �� ����� � ���)������ � ��� �� �������� ����� ������� ������� �� �� ����� ) ���)������ �

15.2.5 Built-In Logic Block Observers

�� %�������� ������� �� 34D39 ��%����� �� $������������ �$ �� � >�'0>�' �������� ������� '������ ��������� 2$�� �� ������� '������ ������ �� �� 34D39 (���'���6 � ������� ���'���� ��%'����� 2$�� �� ������� '������ ������� �� 34D39* ��'���6 ��� � ���� ���� $�������� 5� ���� ���� 34D39 ��� �� ����� �� E��� ����$���� �� �� ���0E��� '������ ���� �� 34D39 �� ������ ���� ���� %���� ����� ,+�!/���� � 34D39 ��� ������������� '�����%��� �2�6 O ,H�H � � �H��� ���� �� ���

520 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

5���� ,+�/� 7�%'������ �$ ���������� ����� ��� D�� ���'���� ��%'�������)������ ���'�����)#" ����0$��� ) �����0��0��� � �����0��0, # �����0��0,

BBB B B , B

BB, , , , B

B,B B , , B

B,, B , , B

,BB B B , ,

,B, , , , ,

,,B , , , ,

,,, , , , ,

����������

5��������� ����� = = B ,

D�� BB, ,B, BB, B,B

...

...

......

...

SI

Clock

MUX01

D1 D2

Q1 Q2

Dn-1 Dn

SO

Qn-1 Qn

B1

B2

CD Q

CD Q

CD Q

CD Q

����� ,+�!/� 34D39 �&�%'���

�$ ���� ����� �� ��� 34D39 �� ����� �� ���������� ��� �'��� ���� �%'��%������������ ��� ��� 9� ������ 5���� ,+�+ ���� �� ������� ���� %���� $�� ��� 34D39�

5���� ,+�+� 7������ %���� $�� �� 34D39 �$ ����� ,+�!/�+, +! ���� +, +! ����

B B ������ ���� ���� , B ���%�� � >�'0>�'

B , D�� '������ ��������� , , �4�� ���'���� ��%'�����

����� ,+�!+2�6 ���� � ������� ���8�������� ��� ���� ����������� �� �� ������ +&,5 +&,( ��� +&,+K ��� 34D39� (�"(*2 ��� (�"(*3K �� ��'�� "-./K��� �� ���'�� %�./ $�� ������� �������� ����� ,+�!+2�6 ���� �� �� �������������� �� ���� �� ���� �� ���� '���� �$ �� ��������

����� ,+�!. ���� �� �?������ 34D39 ������� �� ������ ���� %��� 2+,+!6 O2BB6 ����� ,+�!< ���� �� ������� �� D�� %��� 2+,+!6 O 2B,6 ����� ,+�!"���� �� ������� �� � >�'0>�' %��� 2+,+!6 O 2,B6 ��� ����� ,+�!; ���� ��������� �� �4�� %��� 2+,+!6 O 2,,6� 3��� ����� ��� �� ������� ���� '���

15.2 Random Logic BIST 521

LFSR

T

CU

AT

CU

B

MISR

T

CU

C

L

BI

BO1

IB

LBO2

BILBO1Mode

B

MISR

LFSR

ModeBILBO2

LFSR

MISR

CUT

A, C

(b) Circuit modes during test sessions.... ... ... ... ... ...

(a) Example test configuration.

����� ,+�!+� 7������ ���8����� ��� 34D39��

...

......

......

0

0

D1 D2

MUX01Clock

SI

Q1 Q2

Dn-1 Dn

SO

Qn-1 Qn

B2

B1

CD Q

CD Q

CD Q

CD Q

����� ,+�!.� F&�%'�� 34D39 �� ������ ���� %����

15.2.6 Test-Per-Clock BIST Systems

4� � � ��� �����) 34�5 �����% ��%� ��� ��� �$ $����� �� ������ ������ ���������� '������ 5� ��������� �$ ��� 34�5 �����% �� ��� �� �� �� ������� '�������'������ ����� ��� %�� �� %�� ��� �� �%'������� 7������� � 34�5 '��������1����� �$ ,B %������ ������� �''���� �� �� �����% �'������� �'��� �$ !BB ����5������ ����� ���� ,B� BBB� BBB�!BB�,B� O B�B+ �� (������ � %�A�� ����� $�� 34�5'������ ����� �� $���� ��%������� ��%�� *� ��� ���� ���� �� ������ $���� ��������$�� � 34�5�� �����% $��% � �����0$���� ��%�������� 5� ������ ��%'������� ��%�������� �� �� 34�5 '������ ��1����� ��������� ������� �� ������ ��1����� %����� ��%������ $�� �� ���� %����� ��� ��� $������ %������� ����� ,+�=B2�6 ����� ����0'��0����� �����%� 4� ����� ,+�=B2�6 ���� ��� ����� ��%���� �$ )4� �� �� ��$������� �� �''�� �� D�� �� � ������ �$ ���� ��'��� ��� ��� �������� ��$� ��%��� �����8���� ��� ��%��� ��� �$ �� D�� ���� � ��$� �������� �� '������ '���������%������� $�� �� ��%������ ��'���� 5� ������ �� ���� ������� �� �&���%���%����� 5� ��$� �������� '������ �$ �� ������� �� �� ��%� >�'0>�' ������� ���� D�� ��� �� ����� �� $�� M9� ����� ���� �� $��% � D�� $������� ��������

15.2.7 Test-Per-Scan BIST Systems

4� � � ��� ���� 34�5 �����% ��� ��� ��� �$ $����� ��� �� ������ ��1����� �������� �� ������� �� ���� ��� � ������ �$ ��$�� �$ �� ���� ���� �� ��%'���� ��� ������� ���� ��� ��� �$ �� ���� �������� 5���0'��0���� ����$��� ����� �����8������ %�����%� ��� � ����0'��0����� %���� �� ������ �� ��%� ��%��� �$ $����� �� � ������������� 5� ��������� �$ ����0'��0���� �����%� ���� ����0'��0����� �����%� �� ��� �A�������� ��%�������� �$ ���� ����� ��� � �4�� ��� ���� �� � �����8������ �%�����

522 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

... ...

...

......0

1

SI

Clock

MUX01

D1 D2

Q1 Q2

Dn-1 Dn

SO

Qn-1 Qn

B2

B1

CD Q

CD Q

CD Q

CD Q

����� ,+�!<� F&�%'�� 34D39 �� D�� %����

... ...

...

......1

0

SI

Clock

B2

B1 D1 D2

MUX01

Q1 Q2

Dn-1 Dn

SO

Qn

CD Q

CD Q

CD Q

CD Q

Qn-1

����� ,+�!"� F&�%'�� 34D39 �� ���%�� � >�'0>�' %����

�4�� ��� �� � ����0'��0����� �����%� (������ ��� ������ ������ �� �� �&'���� �$������� ��������� 34�5 ����0'������ ����� ��� ��� ����� � %�A�� ��%'������������������� �� $���� ��%�������� ���� �� ���������� �$ ������� ������� �� ���4�� ��� $�� ���� �%'������ ��� ��� ��� ���� � ������ ����

9�� '�����% �� ����0'��0���� �����%� �� ��� ������� � ��� ��� �$ ������� ��'��'������� �� ��������� ����� � '�����0�����% �� �&������� �����1��� (������ ������� �� ��'�� '������� ��� ��%� ��$��� ��� ��'����� �� �� ������� ������� ���� ���� �� '������� ����%� ����������� 5�� �� ���� ������� �� '�������?���������� $�� $���� ��������� �� ���� $��1������ �� �� ��������� �� '������ �� ��'��������� �$ M9� ����� �� '��� ��$� �� ��'��� ��� ��0��������� ��%�

����� ,+�=, ���� � ����0'��0���� �����% ������ �5L�)�� ..# �� ��� ��D�� ��������� '�����0�����% '������� ��� ��� ��� $�� ����� $���0��������� 2./2 ./3 ��� ./�6 �� ������� ��'� �� �� �����%0�����0����� 5� ��������� ����� �� ��'��� �$ ���� ��'�� 5� ��' ���'��� ��� ��������� �� ���������� ���� ��� �� �������� ������ �� ��� �$ �� ��' ���'���� 5� ��' ���'�� ��������� ��� ����� � �4��� 5� ��������� �$ ��� �����% �� ��� �$ ���� ��� ������0������ + BBB ��' ���'��� ��� ��� ��� ��%'��� �� !+ ���� ����� ��� �$ �����!BB ��� �� ���'�� �4�� ����� �� ��� ���� !+ ��� '�������� �� �� ��� $�� ������� ���� ����� ��� + BBB� � ���� ���� $�� �� ��' ���'��� ��1����� ���� ,

���������� ��� � � �� ��� �������� ���� �������� ������ ���������

15.2 Random Logic BIST 523

... ...

...

......1

1B2

B1

SI

Clock

MUX01

D2D1

Q1 Q2

Dn-1 Dn

SO

Qn-1 Qn

CD Q

CD Q

CD Q

CD Q

����� ,+�!;� F&�%'�� 34D39 �� �4�� %����

(b) Large input count test-per-clock system.(a) Test-per-clock system.

...

...LFSR

CUT

MISR

...

...

...CUT

MISR

LFSR Shift Register

����� ,+�=B� 5���0'��0����� ���%��

>�'0>�' ��� ��� �LM '�� ���'��� (������ � �4�� $�� �� ��' ���'��� ��1�����, >�'0>�' '�� ���'�� , M9� ���� '�� ���'�� ����� ������� $�� �� >�'0>�'� ���� ��%��� �$ M9� ����� $�� �� �4�� $������� �������� ����� ������� �$ �������� ������� �������� �� ������� ���� �� ������� ������� �$ �5L�)� ���� ��4�� %�� �� ���� �%'������ ��� ��� ���� � ������ ���� � ������ ���� ��1�������� �� ���� �� '������� $��% �� D�� ���� ��� �$ �� ���� ����� ��� ��� ������� �� �����% ���� ���%�� $��������� %��� ��� ����� �� ���� ��� �� �� �����)� ������ �� ���� ��� �� �������� �$ �� ���� ����� ���� �� �4�� ������ ���� ���� �������� ��� ��%'������ ���� ��� �$ �� '���� ���� ������� ��� ��

...

...

...Input Phase Shifting Network

CUT n-1 CUT n

MISR

SR1 SR2 SR SR

Pseudo-Random Test Pattern Generator

����� ,+�=,� �5L�)� ����0'��0���� ������� �����%�

524 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

...

... ...

...

SI

MISRSO

Scan Register SRO

Scan Register SRILFSR

CUT

...

...

SI

CUT

SOScan Register SRO

Scan Register SRI

MISR

LFSR

(a) Simple system. (b) Alternative system.

����� ,+�=!� 5���0'��0���� �����%��

������''�� ��� ���� �� �$ �� ��&� ���� '������ ���� �� ���� ������ 5�� ����%���� ��1����� ��� ����� �����% ��'�� �� ������ �� � ���� ���� ��� ��1�������� ����� �����% ���'�� ����� �� ����� �� � ���� ���� �� ����� ������ ��' ���� �����% ���� �� ���� ��' �� ���� '������'����� �� �� �5L�)� ������� ���0��%� ����� ,+�=!2�6 ���� �� ����������� ����0'��0���� �����% ��� ����� ,+�=!2�6���� � 8��� ����������� ����0'��0���� �����%�

������� ��� 34D39 C����� �5L�)� C����� F&������ �5F �� =!+ ���� C ��� ����� �� � ������ �� � (�"(* �� �� � .,&%0. �� �� ��� � ����� ������� � ���� �� � ���� �� $� ��� 5,6� � �����0��������� ���� ������:"..!; � ��� �� �� ��� B���B�� �� �� �� � � ����� � � ���� �� ������� � �� ��=�� �� �� ������� ��� ��� ����) ��� � ������ ������� � ����� � ���� � ���� �� � �� ��� � ����) ��� � ���� �� � ������� ����) �� �������� �� ����� ��� ��� ����� �� ������ C � �� �� ��������� ������ E

� O ���� �� ���� � ! O ��$���� ��� ����� � ����$� O +���) � ��� � )��� O ���� � � � D "..! � � � �

C ��� � �� � ����) �� �� =!+ ���� ��� �� "..! � � � � ��� ��=!+ ���� � � O ,�B� C ��� ���� �� � 3�888�888 (�., ���� � ���� ��$���� ��� ����� � ���� �� 288 ���� ,��� 2>�9 ��� �� ��� �� ���� ���� $� �� ��� � � ���� �� 6$� ��� 5,6 ��� .,&%0. ��) �� �� ������ �� � � ��� � ��� �� (�"(* �� � ���� ��) 2D288 � ���� ��� �� ��� �� ������ � � ��� �����)� ��� ���� � � ��� ���� ,�� � � � � ��� �������� 5������� �$����� ��� ��� �� ���� � ���� � ����� ��� ���������5,6 �� ������� ���� �$�� ��� � ������ �� �������� � � �� �� ���� ���� � �� ��� ���� � � ��� ���� � ���� � ������ � ��� ��� �$�� � ,� �� ���� ��� � � � ��� ����� ������ � �� �� �� ��� � �� ���� � ���� ����������� �� 5,6� ����� � ���� �� � ����� ��F �� �$�� �� �� 5,6 �� ����� $����� ��� � � ��� �������� 5��� ����� ��������� ��� ���� � 288 ��� ���� �� .,&%0. ��� �� 6$� ��� 5,6 �� � ���� �� �� (�"(* �� ��

������� ��� 34D39 C����� �5L�)� C����� F&������ �5F �� , ���� G��� � � ����� ����� $���� ��������� �(%H $� �� ���� >8 ������� ������

15.2 Random Logic BIST 525

5���� ,+�.� 34D39 �5L�)� ��� �&������ �5F ��%'��������5������ %����

34D39 �5L�)� F&������ �5F2����0'��0�����6 2����0'��0����6 2����0'��0����6

5��� ��%� � � $� � � !� $� � � !� $� � ��� =!+ ��� B�BB.,+ � B�.,+=" � B�.,+=" �

5��� ��%� � � $� � � !� $� � � !� $� � ��� , ��� B�BB! � B�! � B�.,+="/ �

����� ����� �� �� � , ��� ����) �� � G� $����� 5,6 ��� �� �� �� ��� � ��� � ���� ��� ���� �� 5,6 ���� �� �� �� =!+ ���� G��� � O =�B<.;! ���$� O ,B�� � �� �� (�"(* ��� .,&%0. � ����� ��� $��� O =�B<.;!=�,B�� ��� �� $� ��� 5,6 �������� C ������� �� ��� ���� � O !� BBB� BBB ���! O ,BB� ,��� 2>�9 ��� �� ��� �� ��� � ���� $� �� ��� C � ���� $� ��� � ���� ���� �� 5,6 ��) 48? ��� ���� ���� ���� �� (�"(*��� �������� �� ������ � �� �� ������ ��� $� ��� 5,6 ���� �� (�"(*�� � ��� � C ��� ���� .,&%0. ��) 288 ��� ���� �� � ���� ��� ���� �� (�"(*� � ��� �� �� � � �� ������� � � ��� ����� ��� ���� � ������ �� ������� � � ��� �����)�

������� ���� �(% /�.+D9888 0 ����/����� .,&%0. , �� ,�� � ������ � �� � � �� �� �� � /5% � � ��� ���������� ��� ����� � ����� ,� .,&%0. �� � �� �� �������� ! ��� � ���� �� � ��� � ���� ��� ����)��� � ��� �� �� � ���� �� � �� � ��� �� �� ��� ������

15.2.8 Circular Self-Test Path System

����� ,+�== =.<# ���� �� ������ ���� � ���� 27�5)6 34�5 ���8���������4� ��� ������� �����% �� ������� '������ ��������� ��� ���'���� ��%'����� �����%����� ���� � ������ ������� ������ ��� �� �� ������ �������� >�'0>�' '���5���$��� ��� �� � ���0������ %���%������ 34�5 �����% �� ��'��'������� �� ����������� ��%� �$ �� >�'0>�'� ��� ��������� ���� ���$0���� ����� 2��� ����� ,+�==2�66 ���� �� ,6.,%��� �� ���� M9�� ���* ��'�� ��� �� ����� $��% �� �%%��������'���� >�'0>�' �� �� 7�5) ����� �$��� ��������E����� �$ �� ��������� �� �� ,6.,%��� �� ������� ���� $�� � ��%��� �$ ����� ������ ��� ��� �� ��������� �� ������� �$ �� �������� �������� '��� 5� ������ '�� ��� �� �������� �� � �4�� ���������������� '�����%��� �2�6 O �� H ,� (������ �� ���0������ ������ �$ ��������% %���� �� ������ �� ��%'��� �� $���� ���������

������� ���� 7������� 34�5� 5� "�� �� , �������� ������ (�., �� � �� � �� � � ������������� ���� ��� ��� � ������ :5.�+; @4?A� ,�� $���� ����� 5.�+� *� �� � � ������ �� � � � ���� (�., $� �� �� �� �����D��������F ��� �� ����� %&' � -� ��� ��� � ��� � �� �� �� ����� ��� ����� ��

526 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

QkMUX

Dk

... ......

...

... ...

...(b) Circular BIST system.

Inputs

MIS

R

SO

QD0

1

TEST

Internal Flip-Flops

Logic

01

MUXScan_in/Circulate

SI

Sca

n Combinational

Sk - 1

Outputs

MIS

R(a) Single scanned flip-flop.

����� ,+�==� ���0�������� 34�5 ���8���������

2<�2>8� �� (�., ����� �� � �� :� � �� � ���� ����� ��� ; �� 38�� ��� �� ����� � �� � �� �� 24�� ,� (�., ���)������ ��� �� �� �3��

15.2.9 Circuit Initialization

4� �� ���� �%'������ �� �����% ����� 34�5 �� ��������E� ��� >�'0>�'� �� �� ���������� 34�5 �� ���� ��� '������ ����� 9������� M ����� ������ �� � =0������ ����������% ���� �� ������� ���� �� �4��� 4� �� ���� ������� ��?����� ��'� ���������%�� ��������E� ���� >�'0>�'� �� ��?����� ������� 4�������E����� '�����%� ����� ���������� �� ������� ��� >�'0>�'� ��������� �� �� M ����� ������� �� 34�5����� ��� ��%������� �� �����% �� � =0������ ����� ��%������� 4$ �� �4�� ������ ���'���� ��%'����� 8����� �� ���� ������� ��� ���� �� �� M ����� �����������E����� �� ��� �������� ��� ��� ����������E���� >�'0>�'� %��� ��� �� ��������E���� ������ %����� ��� �� ����� ����� �� ��%� ������ �''���� �� �� ����� ��� ������2���'� �$ >�'0>�'�6 �� �� ������� ��� ��� �''�� � '������ 34�5 '������ ��1�������� ��������E�� ��� >�'0>�'� �� � ����� ������ 5�� �� ���'���� ��%'����� ����� ������ �� �� ��%'��� �� �������S� ���'����� 4$ �� 34�5�� ������� ���� � $���0�������� ��� �� �� �%'������ �� ��������E� �� >�'0>�'� �� ���� %��� ��$��� ����������34�5� 5� ��������E����� ������� �����8������ ��������� �� ��' ���� ������� �$34�5�

15.2.10 Device Level BIST

4� �� ��������� �� ������� �� 34�5 ��������� ��� �� �������0�����0���� $��% ���0%�� �����% ���� ������ �������� 4�'��� �� �� 7L5 ��� �� �������� �� %����'��&���2����� �� �� ����� %&'6 �� �� �������� ������ 5� 4�'�� �LM ������� ��'���� �� 7L5 $��% �� ���%�� �����% ��'��� 2'��� B6 �� �� 34�5 '������ ���������2'��� ,�6 *�� �������� ����� ��� �� ��� ����� ��� ���� � �������� VBS �����

15.2 Random Logic BIST 527

�� �''���� �� �� ������ ��� ���� ��'�� �� ����� �� ���%�� �����% ��'�� ��������$��% �� 8��� ��� ���� ��'��� ���� �%'�������� ���� ��� ������ �� 4�'�� �LM��� �� �������� ���� ���� �� �������� ������ �� �� 34�5 �������� 5� ��������4�'�� �LM �� �������� ���� ������� ��� �� ������ �� ���������� ���� �&������������� ��1������ �� �� ��� �$ �� 3������� ���� �������� 2��� 7�'��� ,.�6

9�� ���$�� �����1�� ������ ������ ��%������� ��� ����8������ �$ �� 34�5 ���0������ �� �� �������� 34�5 �� �� ����������E�� ������� ��� �''�� ������� ������ ���� 7L5 ��'��� ������ �� ��%�������� 4$ ���� �� � ������� ������ �$ �� �����%���� ���� �� 34�5 ��������� ��� ������� ������� �� � ��������� $��� �$ ������������� ==#� 4$ ��� �� �������� ��� �� ��������� %������% %��� �� �����������

M = 0 Normal OperationM = 1 Loop Back

O

b

a

M

I

����� ,+�=/� 7������ '��� ��'��I���'�� ���' �����

������ '���������� $�� ��������� �� �� ���' ���� ������� ���'��� ���� ������� ��0'��� ==#� � ������ $��% ������� �� ������� ��������� ��� �� ������� ����� '��$��%� ���$0����� 5� ���� ���������� ���� � ������ �$ ���' ����� �� �� ��' �� ����� ������ ��������� ����� �� CD�4 ��' ��� ��� �����$��� ��� �� ���� �$ �� �����% �� �� ����� ,+�=/� 5� 34�5 '�������� ����� �&������ ��� CD�4 ��' ����� �����'���� �������� 5�� �� �������� ���� ���� 2��� 7�'��� ,.6 ��� �� ���� ������ �� ���������������� ������� �� CD�4 ��'�� ������������� �� �����������0����� ��� ���� �� ������ �� ������� ���� $��% �� ���� ���������� ������� ����� ������������� ���'�� 4I9 ��� ���� �� �� ���� ���������� �� ���� �� ����� ,+�=+�

SC 2SC 1

TestControllerSC N

I/O

����� ,+�=+� ��������� ���� '���

4� %�� �� ��������� �� ���������� 34�5 ��'��������� �������� �� ��' ��� ��%�&����� �$ ������� ��1������� ����� ���� �9�� )D�� ���� �� � ������ ��'� 5�34�5 ��'��������� ���� ��?�� �����8������ ��� �����'������� �� ������� �$ �� �������34�5 ���%�� ���� � ������ '���I$��� ������ ������ �� ��%'��& ��� ���� �������������������� ��������� ��� ���� ������'%��� �?��� �� ������� 9�� ��� ������� '�������� ��'������� $�� ������� �� ���������� �$ �� ���������� 34�5 $�������� �� ��

528 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

1

2C

C 1C

C2

(b)

TEST

S

b

TEST

b

S

a

1-injection

(a)

a

0-injection

����� ,+�=.� 7������ '����� �� $���� B ��� ,�

CUT

h

counterPattern

Inputs

Outputs

g1

Φ2

Φ3

Φ

Phasedecoder

C

t

1

C2ht

g

����� ,+�=<� 5��� '���� �����������

������0�����0���� ���'��� ==#� 4$ %����'�� CD�4 ������� �� �� ��%� ������� '������ ����� 34�5 ��� �� ������� �� �����'����� �� ���������� $��% �� �������������� ���� � ������ 34�5 ������ ��� �� �������� �� ��� �$ �� CD�4 ��'� ==#�

34�5 ��� ��%� ����� �� ��� ��� 1���� %��� �� ����8�� �$ ��� � ��� �� ���%� �$$���� �������� ��� ���� ������� ==#� 9�� %���� ���� �� D�� '�����0�����%'������ ��������� �� D�� $�� ��������� �������� ��� D���� ���� �������� �$34�5 ����� ��� ���%� ��� �� ������� ��� ;"@ <=+#� 5����� ��������� 34�5�''������ $�� ������� ��1������� ����� .<=#�

15.2.11 Test Point Insertion

*�� �����%0����� 34�5 �� ���� �� � ������� �$��� ��� ��� �$ �� $����� ��� ��0������ ����� ������� �$ �������� �� ������� �� ����0'������ ��� $��% �� �������'������ ��������� �� ��� ��� ����� �� �&���� ��� $������ 5���� ��� ��7������ .</#'��'���� %���$���� �� ������� ������ ����� �������� �� %��� �� $���� �������� ��0��� � ���0����� ������� ��'������������ (������ '�������� �������� ��� %����0����� ��� ��� ������� ���� �'��%�E�� $�� $������� ��%��� ��� '���� �����%'�������0�������� ����� ���� �� '���� �'��%�E������� )���0�������� %����� ������� ��������� ����������� '����� ���� �� 34�5�� �������� �� ������ ,BB@ $���� �����0���� 5��� %����� ��� ����� �&��� $���� ��%������� ,B, =!. .<.# �� �''��&�%�������������� %������� ,+< +., +",#� ���� ��%������� 8��� ������ ������������ ���

15.3 Memory BIST 529

����� $���� '��'������� ��� �� �&���%��� �&'������ �� ��%'������� ��%�� ��A������ 5��E�� +=!# ��� �� �� �%'���� $���� ��������� '������������ �� �������������� ����� �� �%'���� ������ ����������������� �� ����� ,+�=. +=!#� 5� )��� 2�6 ���0���� �������� ������ # �� B ��� ��� ,-., ��� . ��� , ���� �� )��� 2�6 ��������������� # �� , ��� ��� ,-., ��� . ��� ,� 9���������� '����� ��� �������� ����''��� � ������ ��� '��� ������������� ��� ������� �� ���� $��% �� ������ �� ���&��� >�'0>�' �� �� ���� ���� 34D39� 5�%���'���� ��� ��A��� .+B# '�������� �������� �����%0����� 34�5 ���� ��� ���� %����'�� '���� ��� ������������ �� �� �����$ ,BB@ �����0$���� ��������� ����� ,+�=< ���� �� ��� '��� ��������� � ����'�$ ������� ��� ����������� '����� +=!#� 5�� ��� '������������ $���� ��%������� �������� �� �'��%�� ��� �$ ������� ��� ����������� '����� ��� ����� �� %�&�%�%�%'����%��� �� $���� �������� ����� �� $����� ���� '������

������� ��� , � ����� ����������� �� -��� 2>�4?� �� � ��� � � �����/�� /�� /�� ��� /�� 5 ��� � ��� ���� ��F �� � � ����� ����� ��� ��� ������ ����� � � ���� ���� �� � ������ � � ����� �� � ����� & � 8 ����� /� ��� /�� ������ $� �� � 8� ��� � �� ���� �� &� !���� ��� /� ��� /��& � 2� � & ������ $� ����� ��� ��� � .�������� � � 2 ����� ��� /���� /�� ������ $� �� 2� ��� � �� ���� �� �� !���� /� ��� /�� � � 8� �������� ��� ������ $��

5� '������������ $���� ��%������ �����%���� ��� ������� ������� ������� �������������� '������ 4� 8��� $�� ��� ������� ���� �� $���� ���� ��� '��'�������� �� ����� ��� �� $���� ��������� '������������ 2������ �� ���������� ���� �65� ��������� '���������� �� ��%'���� $��% ���������� �1������� ��� ��'������� $����� ����� ����� �� $���� �?��� �� * �� * �� ��� ����� 5� '������������ $������%������� �� ��� �' �� %��� � ����0�'���8�� ������� $�� �� ��������� '�������0��� �$ � %�&�%�% ��%��� �$ $������ � ������ �������� ������� ����������� '�����8��� ��� ��� �� ����%����� �����1�� ��%'���� ��� ����%���� -� ��� -� �$ ����%��� �$ $����� ��� ����� '���������� �� �������� �� '������ � B0����������������� ,0��������������� '���� �� ��� ������� ����� ����� ��� -� �� -� ������� ���� ������� ��� ���������� $����� �� ��A������ $�� ��� ��������� ���� � B �� ,�����%����� �� �%'����%��� �� �� ��������� '��8��� 7��������� ��� ������ ���� ��%��� �$ ���������� $����� ��� '��'����� �� )9� �� ����������� '����� �� ������� �$ ������� '���� ���������� ������� �$ �&'���%���� ��� ��� ����0��%'����$���� �������� ��� �� ������� �� ��������� ���� $�� ���� '����� ��� ����� � ���0'��� ������� ���%�� F��� ������ ������� ����� ��� � %����0'��� ������� ���%��� �����

15.3 Memory BIST

*� ��� ������� �� ��� �$ ����������� �$ ������� ������� �� �� $��% ��?�������%'����� ���� � ������ ��'� �� �&�%'�� ��� �����% CD�4 ��' %�� ��� ��������� �%������ ��� � %����'�������� � ��) '�������� ��� ������� ������ ��������������� F%������ ��� %�%����� ��� '���'� �� ������ ��'� �$ ������� ������� ��

530 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

���� ������� %�%��� ������� ��1����� �������� �$ � ��� ��%��� �$ '������ ���%����� �� %�%��� ��� �� ������� �$ �� ����%��� �%���� �$ ���� ��$��%������ 5�������� ��� ��%� ��1����� �� '��'����� ��� �$ ��� ��$��%����� ����� �� ����������� ����� ��� ������ �� �� �%������ ���� ��' ��%��� $����� �� ��� �$ %�%���34�5� 5� ������ %�� ��$�� �� 7�'��� ; $�� � ��%'���� ���������� �$ %�%���%��� ����� ��� �� ������� %�%��� $���� %����� �� �� ���� ��� ��'��� ��� ��$��0%������ *�� %�%��� � ��� �� � �������� 2�56 �� %��� ��%�0�����%��� '����$ � %�%��� ���� �������% �� �%'��%����� ��0��' ��� ������� �� %�%��� ������%� �� �� ����� �$ %�������� .""#� U���� � ��� =."# ���� � ,@ ���� ������� $��%�%��� �5 $�� � / �# ����� *�� %�%��� 34�5 �� ������ %�%��� ��������������% �� �%'��%����� ��0��' ��� �'������ �� �� �'��� �$ �� ������� ����� ! �� = ������ �$ %�������� $����� ��� � ������������ %�%��� ���� .""#� � !@��' ���� ������� $�� %�%��� 34�5 ��� �� �&'������ ���� %�%��� 34�5 ���%���&'���� �� '���������% ����� �� %�%��� ������ �� ������ � %������ ��������� ������ ��%� 2��� ����$��� �����6 5�� �� ���� �� � ���� %��� ���� %��� ��� ���%�%��� ���� �� �������� ��� ��� ������� ������� �� ��������� �� ������ ��� �$����� �� � ���� ���� $�� � ������ ���� �� ����� �'�������� �� � ����� �� �� %�%��� ���

� ���� ���

� ����%�� ��� ������� ���� ��%� �� �

� $������ (������

�� '������� %������% %���� �� ������ �� ���� $�� %�%��� ���'���� $����� ������������ �� �� ��%� ��� �� �� %�� ��� �� �''��'������ 5� ���������� �$ �� %�������� %���� ��% %��� �������� $�� %�%��� 34�5� *� ���� ��� ������� �����% ��'�����0�����% %�%��� 34�5 ��� ������� �� %��� ����� ������ ���� $������������� ��� ������ '������ ��1������ ��� �����% �� '�����0�����% %�%��������� (������ ��%���%�� �� ��%'��&��� �$ %��� ���� 34�5 �%'��%�������� ����� ����� �� ������ %�%��� 34�5 ���� �������%� ��� ���� ������� ��� ��� ������' ���� �������� �9� ������� �� ��������� �� 7�'��� ; ��� ������ �� �&�������� �9� 34�5�

15.3.1 Definitions

� 7��������� 34�5 G � %�%��� ���� %������% ���� �� %�%��� ��� �������� ������������ ��� ���%�� �����% �'��������

� ���07��������� 34�5 G � %�%��� ���� %������% ��� ��1����� �������'�����$ �� ���%�� �����% $������� �� ����� �� '��$��% �� �������� 5� ��������%�%��� �������� ��� �����

� 5����'����� 5������ G � %�%��� ���� %������% ��� ��1����� �������'�����$ �� ���%�� �����% $������� $�� �������� 5� �������� %�%��� �������� ���'�������� �� �� %�%��� �$��� ������� �� 8������

��%��� 34�5 ��1����� �� ��� � � ��� �� ���''�� 2�$��� �� D��6 ���� ���� � � ���� �� '������ ��� �� ��� �� -��� .""# �� D�� �� ������ $��%��� ���� 34�5 ��� � ������ ������� ������� �� ���� ������������� ���� ���� ��� ��� ������ �� %��� ���$0�������� /;/#� �����%��� �� D�� ��� �� ��0A����� �� '������ �� ���0E��� '������ ��� �� $������ ��� �&��� ������� D��

15.3 Memory BIST 531

21 1

D Q D Q D Q Q D Q D Q D

(a) Original LFSR. (b) Inverse LFSR.

x2

x x x

����� ,+�="� D��� ��� ����� �'I���� �� ������� ������

MutualComparator

AddressGenerator

Control

(b) Memory BIST with mutual comparator.

Address/DataControl

1 2Memory Memory

Error

d1d0 d2 d3

=1=1 =1 =1

Error

(a) Mutual comparator.

>1

����� ,+�=;� ������ ��%'������ $�� %�%��� 34�5�

��1������ .< .""#� 5���$��� �� �����8�� ��� �$ �� ������� �������� ���������� $����������� ������� ������� $����� ��� %��� ������ � ������� ��1����� D�� ���0������ �� �� ��� � ������������� '�����%��� ��� �� �� ������� ������ �������������� �$ �� D�� ��� �� %��� ��$� �� �� �''����� ��������� $��% �� ��������D��� 5�� �� ������� �� ��%������ �� ����� �$ �� D�� �� �� ������� ����������� ,+�="2�6 ���� �� D�� ��� � ������������� '�����%��� �2�6 O ��H��H, ���� ����� ,+�="2�6 ���� �� ������� D�� ��� ������� ������������� '�����0%��� �2�6 O �� H � H , ��� ���� ��� �������� �� ���0B '������ ������� �$�� �&��� �9� ���� ��� M9� ����� 5� )��� 2�6 D�� ��������� �� ��1�����, B / . < = + ! ��� ��������E�� �� , ���� �� ������ ����������� ��1����� , ! + = < . / B ��� ��������E�� �� ,� 5� �9����� $����� �� D�� ���� �� ���0E��� ������ 5��� ��� D��� ��� �� ��%��������� � ������ D�� �� ������ � $�� ���������� ����� ������ ������ ��������� �$�� D�� ���� � ������� �� ��� �� '���������� �$ �� ������� ��� ������� �� �1���$�� ��� ������� ����� 5�� ������� ��������� �$ ��� ��� � ����� 2��� 7�'��� ;�65� ���� ���� ��� ����� �� '������� �� � 8���� ����� %����� �� $��% �� �����������'���� ���� ���������� �� �$��� ������� ��� �� �����%������� ��%'�������

5� ������ �������� .""# 2��� ����� ,+�=;2�66 �� ���$�� �� %�%��� 34�5��� �� %�%��� �����% �� %����'�� ������� *� ���� ��� �� %��� ������ 2�� ������� /6 ��%����������� �� �''����� �� ��%� ���� ��%%���� ��� ��������� �� ��� /������� 5� %����� ��%'������ ������� �� 6� ������ ��� ��� �$ �� ����� ����������� ��� �� ���� ���� ��%��� ��� �$ �� %�%��� ������� 5� ��%'���������%������ �� ���� �� �������� �� ���� %����� ���'���� ��� �%'������� ����%����� ���� � %������� �$ �� %�%��� ����� ���'��� ��� ��������� �� ��� ����� ��%��

532 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

nData In

PatternsBackground

n

Go/No Go

ComparatorRead-DataGenerator

BIST

Memory CellArray

Row

Dec

oder

Read Column Decoder

Write Column Decoder

Add

ress

Ste

pper

Controller

Data Out

����� ,+�/B� )������� %�%��� 34�5�

5� %��� ����� ��� �''��'����� $�� ���� �������� (������ $�� ���� ������� � � ��������� ���� � ����� ����� 2�)�6 ������� %���� �� %��� �''��'����� ����� �� '������� ������ ���� $���� �������� .""#� ����� �� �'������� ����� ��%�� ������ $�� �)� ����� ��� $�� %��� ����� �� ����8� �$ 34�5 �� ������� ����� �)� ����� ��� �%'��%����� ��0��'� (������ �� �)� ���� ��� ������ �������������� $����� ������ ��� %��� ����� ���� 5���$��� �� �''��'����� ���%� ������� �� '�� ��� ���� �������%� �� �� 34�5 �������� *� ������� %��� ���� 34�5��� �)� 34�5 ����

15.3.2 March Test SRAM BIST

������0������ � ��� /"=# '��'���� � %���� �� ����� 34�5 �$ �0��� ��������� 5�� '������ � ������ ������ ������ �� ������ %����'��&��� �� �� ��'��� �$�� ����� �������� F�� �LM ������� ������� ���%�� ���� ��'�� ��� � ���� �������� �� ����� �%'��8�� ���'�� �$ ��� ��$� ������� ���� 5�� ������� � ��$� ���������� %�%��� 34�5 %��� ���� � ����� ������ ��� ���� �� ��'� ���� $��% ��� ��$�������� �� ���� �� ��$�%��� ��� �� �� %�%��� ���� �� �������� ����������� � ���������� ���� �� ����%��� ��� �� �� ���� �� �� �������� ���� ��� ���� ����� �� ����� ��� ��'��� �� �� �����

��� %��� ���� ��� ��� �� ��������E�� �� ���� �� �0��� ���� %�%��� ��� 2��������� ���� ��������6 4� �� ����7( ���� ����� ��� �� ������� $��% ���7( 72��� 5����� ;�,/ ��� ;�,+6 2�6� ��$��� �� �'������� � ����� ��'����� � ��%���

�� 2�B6�2B� �B6�K� 2B� �,6�2,� �,6�K� 2,� �B6�2B� �B6�K

� 2B� �,6�2,� �,6�K� 2,� �B6�2B� �B6�K� 2B� �B6�2B� �B6��

��%����� ��� �� �����0������ ������� �� ��� �� ������ ���'�� �$ ��� %�%��������� �� ������ ��'�� �$ �� ��&� ��� ��� �� %�%����� �''��� �� �� ��� ����

15.3 Memory BIST 533

5���� ,+�<� ������� ������ $�� %��� ���� 34�5������� 5�'� �������

0%�,-�%-1* 9L5)L5 4$ , ����� *)�) �� �� %�%��� �������� %�%��� �������� ���� *)�) 2��

$���� 3� 9L5)L5 4$ , ����� �' �� �� 5�� .� �� K �������� ����� ����

$23 , 9L5)L5 4$ , ��� �� 5�� .� �� �����%����� �'���8�� �� $���� 3� ���� ����� 5�� .� �� ������

4��� 1���� 4�)L5 4$ , �� %�%��� 5�� .� �� �� ��������� �� �� 8��� %�%��� �������

!)�� 1���� 4�)L5 4$ , �� %�%��� 5�� .� �� ����������� �� �� ���� %�%��� ��������

$!-1% 9L5)L5 4$ , ����� �� 5�� .� �� �� ��8��� �������K �������� �� ������

����� ������ *� '������ '������� %�%��� 34�5 �� ����� ,+�/B +=!#� 5� %�%���%��� �� �1��''�� ��� ��� ���� ��������

,� � %�%��� (�., +������ �

!� �� 5�� .� �� �

=� � �LM ������� $������ �� %�%��� ������ ���$0���� $��% �� �����������

/� � +������� $�� ���'���� ��������

+� � (��)����� 0��� � �������� �� !��� 1 � ��� $�� ��������� ���� '����������� %�%��� ����%���

������� ���� ��5�H ���� 5��� ��� 34�5� C ��� �� � ��� (�., ������ �� �� � ��� �� � �� -��� 2>�<8 �� ���� � �� �� %5,.I ���� � ���B � � 2�B6K�, � � 2B� �,6K�! � � 2,� �B6 � �� ����� � 5�� ����� ������ �� �� � ��� ��� ����� %&' � ���� �� � �� �� 5�� .� �� ��� ��� ���� � ��� ��� ��� � ,��� 2>�? ��� �� � � �� ����� ���� �� ����� �� -��� 2>�<8 ��� ����� � G�� ���� �� &�D!��� "-./ 5�� .� �� �� -���� 2>�<8 ��� ��� ������ �� ��� %&'� �� ����� �� � ��� ��� ��������� ��� �� � ����� $� ��� ��� ����� �� �� ������ �� �� 5�� .� �� �1 � ����� �� ���� �� ��� ��� � �� � ����� ���� � ������� �� � ����� � �� � ���� ��� ������ � ���� �� !� �� ���� �� ���� � � ��H =� ,� $�� �� ��� � � .,5/, ��� � �� �� ������� �� ����� �� ,6., �������� � � � � �� ��� � � �J �� 6//*/ ��� � �� �� ������� �� �� � �� ��� � � � � �� � :��� �� 5�� .� �� ��� �� �������� �� �;J ���� +*//6+, ��� � �� �� ������� �� �� �� �� � ��� �� �� ����

534 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

Last_Address = 1 /Last_Address = 0

Data_Out = 0

M1ww

Data_Out = 1

Last_Address = 0

WRITE = 0

Up_Address = 1

CLEAR = 1

First_Address = 1 First_Address = 0

Data_Out = 1

TEST = 0

TEST = 1 /

WRITE = 0WRITE = 1Data_In = 1

Last_Address = 1

M1w

Data_Out = 0

Data_Out = 1

Data_Out = 0

Data_Out = 1Data_Out = 0

COUNT = 0

M1rr

ERROR

COUNT = 0WRITE = 0

Up_Address = 0

M2ww

M0 M0s

M2w M2rM2rr

COUNT = 0Up_Address = 0

WRITE = 1Data_In = 0

Up_Address = 0

COUNT = 0

Up_Address = 0COUNT = 1

COUNT = 0

COUNT = 0WRITE = 0

WRITE = 1Data_In = 0

Up_Address = 1

WRITE = 1Data_In = 0COUNT = 1

Up_Address = 1

Up_Address = 1

WRITE = 1Data_In = 0COUNT = 1

Up_Address = 1COUNT = 1

CORRECT

WRITE = 1Data_In = 1

Up_Address = 1

M1rCLEAR = 1

START

����� ,+�/,� ����� ���������� ������% $�� �� ��5�H %�%��� 34�5 �����

� �� -��� 2>�<2 ��� �� ��� �������� ������ �� �� ���� � � (�., �������� � ( ��� � ��� � ��� � ��� �� ���� � � ������� � � � ���� � �� � � �� � �� �� � ��� (�., ���� ���� � � � �� �� ��� � � ��� � � ���(�., � ��� �� � ��

������� ���� ���� 5��� ��� 34�5 ��� ������ 7�%'������� G��������� @<�<A �������� � � � ��� ���� ��� ���� ��� � � � �� ���� �� (�., �� ��� -��� 2>�4�:�;� ,� 5�� 1 � ��� � �� &�D!��� "-./� % ��� 2 ���3 ��� ������� ��� ���� �� �� ������� ���� �� �� :�������; ,� ����������) � � ������ �� ��� �� �� � �� � ���� � � : -��� 2>�<2�; ,� ��� � � ��� ��� � � � � ���� � ����� � � ��� @977A� ��� �� ������ ��������� � � � � ���� � � �� � � ��� : ��� � 1�� @977A . ����� 23�3�3;� ������ ��� � �� �� � �� �� � ��� (�., /5% ������ �� �� �

15.3.3 SRAM BIST with MISR

� %�%��� 34�5 ���%� ��� �� R��� ��� ������ ==<# �������� $�� �� %�%��������� ��� �� %�%��� ������� ����%����� $��% �� ������� ������� �'��� �� ��'������ %�%��� ������� �'���� 5� %�%��� �������� �� ������� ��� �� ������$ ��� ������� �� �� ������� ��%'��%��� �$ ��� ������� �� � ���� ��������� �� ���������� F�� �������� �������� ���1�� ����� � ������ �$ �' ��� ���� %����� ���'��$��%�� ����� �� L'I���� D�� �� ������ �����0�� $����� ��� ���������� $������������ ���%� ���� � ������ ������� �� '������ ��������� ��'�� ���� ���� ���������� ������� ��������

15.3 Memory BIST 535

READ/WRITE

ENABLESIGNATUREREGISTER

SYSTEMADDRESSINPUTS

SYSTEMREAD/WRITE

INPUT

SYSTEMDATA

INPUTS

6-BIT COUNTERB4 B5B3B2B1B0

CLOCK

MUX MUXMUX

D3D2D1D0DATA

O3O2O1O0

ADDRESS

A3A2A1A0

OUTPUTS16 4 RAM

����� ,+�/!� 7������ ���� �����1�� $�� ��� 34�5�

������� ���� 34�5 �$ �%������ ��� @44A� -��� 2>�<3 ��� �� � � ������ ��� /5% ��� �� � � ��� ���� �� ���� �������� �� � ��� �������� �� $� �� � ������ ����� � ����� ��� �� � %�./ � � � �� ������� �� ��������� �� � ���� ,� %�./ ��� � ��������= � � �� (�.,� ��� ��� � ����� ��� � ������� � ������� � � ���� ���� �� /5%� ��� �� ������ �� �� /5% ���)���� ����� ��� �� �� /5%� ,� �� ����� ��� ���� ���� ������ �������� �� "-./ �� �� %�./� 5������ � ������� � ��� ��E :2; 0������� � ���� � �� � ����) ��� �� �� %�./� ������ �� ������� �� ��� ��F �� ������������ � :3; / � ����� �� /5% � � ���� � �� � �� � ,�� � ��� �� ���� � ����� ��� �� ��� � �� /5% ��� ����� �� �� �� ������� �� �� �� � ,�� ��� �������� � ��� �� %�./ � ��� ��� �� ���� �� � ������� � �� ����� � �������� �� �� ������ ���� � ���� (� � ��� �� /5%� � ���� �� �� �������� � ���� � ���� �� ����� �� ��������� �������� ������ ����� ��� ����� � � ����� �� �� ������

5���� ,+�" ���� �������������� �$ ��& %�%��� ��'� ������ ��� %�%��� 34�5�5�� ���� � .0��� ������ '������ ���������� ������� �� ��� �� / D�3� �������� $�� ���� ��� ������� ���������� ������ ���� �� +� ��� ���������� ������� ��������� �$ �� ��� ��� �� .� ��� �������� �� ��� ���� ������ ����� *��&���� %��� ���� �������� �� �������� �� ������ ���� '��$��%��� 4� �� $��0������ 2� 1����6 %���� ����� �� ������� ����� ���� �� ��������� ���������� ���� ��� 2 1����6 %���� ���� �� ������� ����� $��% �� ��������� ����0���� ������ �������� (������ ��� ����0��� ���� ������� �� ���� �� � �4�� ��� ��� �� �� %��� ����� 5� �����% �%'��%���� �� $�������� %��� ������� 2� 1����6K� 2 1����6K� 2� 1����6K� 2 1����6K� 2 1����6K�2� 1����6K� 2 1����6K� 2 1����6�� ���� ��� ��� %���� �� ��� '������� ������ ���'���� $����� ��� ������� ������� $����� ��� ��� %��� ���� 34�5 ��

536 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

5���� ,+�"� ��%��� ��'� �������� ��� 34�5���'��� F&'��������

34�5 �''��������� F%������ ��� �9� )D�

5��� �'���� �����% �'��������� �'���

3���8��� C������� ������� ��'������� ���� ���������� ��� ��%� ������� ��%� ���� ���� ���� ������'%��� ���� ���� ��%'��&���

������ L�� �&������ ������� �� '������ ��������� D�� �����'���� ��%'����� ����� %�%��� ������� �� ���� ������ ���� ��� ����� : ���� ���� ��%'��%����� ��������

F&�%'�� ��� ��E�� ,. /0��� ���������

����� ������� �����0$����� ��� ���������� $�����

5��������� 7�9� !�+ 5

�������� '����������� B�BBBB,+ �� � ,.0��� D��

������ ��E� 5�'� P ��'0 ���� ������� 2@6>�'� D���� ������ 5����

���� ���� ����

� "U ���� /!< ;�" +�+ =�/

3 "U ���� ,<, ,"�B <�. +�B

7 ,.U ���� !"/ !B�B +�+ =�"

� /U ���� !,B ,,�B /�! !�;

F G G G ,,�" .�" /�!

/U ���� !=; .�" /�. =�!

���� �� �� ��� ������� %��� ����� ��� '����� �� ����� ��� ��'�� �$ $������

15.3.4 Neighborhood Pattern Sensitive Fault Test DRAM BIST

U������� ��� ����A� =+" =+;# '������ �� �������% �� ���� ����� $�� ������ ��������� ���� � ����� ����� 2��)��6 2��� 7�'��� ;�6 5� ���� �� ���'����� � ��5�H ���� 2��� ������� ,+�=�!6 �� ���� �� ������� ������� ��� � ����$�� ��)�� �� � 5�'�0, ���������� ����� �� ���0����' %����� 5� �������%���� ��� ��� '���������% ��� ��� �� ���� �%'��%����� �� �� �5F� 5� ���'������%'����� ���� ���� ��%'�� ����� $�������� ��������� ����� 5� �'������� ����� ��+" �� ��� �� ��' ���� ������� �� B�B;@ $�� � , �# ����� 5�� ���� �� '��$��������� � '��� %��� ���� $�� ����� ������� ��� $���� %���� ������ %����� �������� $����� ����������� �� '����������

Fault Model. 5� �������% ���� � ������ � ����� ����� ����� 2*�6 %����� 5��$���� ������ �� ������� �$ �� ���� ���� ��'������ �� �� %��� ,� �&��� �� ��������� ����������� � �0C.- �� � *� ��� ������ ��� ��� ������� ����0������ '������ �� � ����� �� ����� ��� ��� �� ��%������ � � � � , ����� �� �����B ����%��� ���������� ��E� �� � ������ 2� ����� 6 *� ���� ������ �� ����

15.3 Memory BIST 537

Step 0: �Assume all cells are initialized to 0�;Step 1: �Deleted neighborhood p2�

����� 1 to all cells-A and all cells-B of group-1;���� all base cells ‘b’ of group-1;����� 0 to all cells-B of group-1;

Step 2: �Deleted neighborhood p3������ 1 to all cells-D of group-1;���� all base cells ‘B’ of group-1;����� 0 to all cells-A of group-1;

Step 3: �Deleted neighborhood p5������ 1 to all cells-C of group-1;���� all base cells ‘b’ of group-1;����� 0 to all cells-C of group-1;

Step 4: �Deleted neighborhood p6������ 1 to all cells-B of group-1;���� all base cells ‘b’ of group-1;����� 0 to all cells-D of group-1;

Step 5: �Deleted neighborhood p4������ 1 to all cells-C of group-1;���� all base cells ‘b’ of group-1;����� 0 to all cells-B of group-1;

Step 6: �Deleted neighborhood p1������ 1 to all cells-A of group-1;���� all base cells ‘b’ of group-1;����� 0 to all cells-A and all cells-C of group-1;

Step 7-12: ������ Steps 1-6 for group-2;

����� ,+�/=� �������% �� ������ ��� '������� ������ !0*���

���� �� ����� �� �� ��������� B , 2, B6 ��� �� � $����� � ���� ��� ������� ���'������� ��� �������� ������ �0*�� 2$�� B � � � /6 ���� ������� ��� ��)�� .""#�

SNPSF Algorithm. 5�� �������% ������� ��� ������� ��)�� ��� �� � ��'�0���� '��� $�� ��� ����� �$ � �� ������ �� ������ �0*�� 2��� ����� ,+�/=�6 5� '���$�� � O B �� ���� ������� ������� �� �� ������� ��� �� ���� ��� �� �������% $���������� '������� ������ *�� �� �� �������% $�� �������� ���� �� ���� ��%����� 4����� �� !0����' %���� 2��� ����� ;�!"�6 ��� ��� �� -��� .""# $�� �� ���������'������� �������� �$ ��� �������% =+" =+;#�

Test Response Compression. U������� ��� ����A� ���� ���� ����� ���������� ��%'���� �� ���'����� �$ �� ���� $��% ���� �'��������� (��� � ��'��������� ����� �������� �� ���� �'������� � ��� " ��'������� �� ��%��� �$ ��%�� � ����

538 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

5���� ,+�;� 7���� $������� ������ $�� ����I$������ %�������F���� ��%��� )��%������� �$ 7���� $�������

���'���� ������ $,2�6 $!2�6 $=2�6

, 2���� %�����6 BB,, ! , ,! 2���6 ,,BB ! B ,= 2���6 ,B,B ! , =/ 2���6 B,B, ! ! =

�� ���� '��$��%�� �� � �'���8� �������%�

$,2�6 O�

��

� 2,+�,"6

$!2�6 O�����

� � ��� 2,+�,;6

$=2�6 O�����

� � ��� 2,+�!B6

� ����� $������� ������� � %�%��� $���� �$ $�� �� ����� ���� �� ����� �$ �� �����$������� ��?��� $��% �� ��$������ $����0$��� ������ �� $,2�6 �� ��$������ ����������� ��� B $�� B0*�� ����� /0*�� ��� ����� � $�� ��� � ��� �����2���6 5� $!2�6 ��� $=2�6 ��$������ ������ ��� , $�� ��� �� ��� ���������� $,2�6 $!2�6 ��� $=2�6� $,2�6 ������ ,� $!2�6 ������ B , ����������� ��� $=2�6 ������ ��� B , ��� , B ������������ 5���� ,+�; ���� ��� = �����$������� ������ ��� � ��5�H ���� �� �''���� �� � %�%��� ��� � O !�

Implementation. 5�� 34�5 %���� ��1����� �� ������ �� �� %�%��� ���� ������

,� 4� �� ���� �%'��%����� ����� � %��������� �9� ������� ����� ..+ .0�������� � ��� ��� ����%� ������� ������� � ����2�6H, ��� ������� $�� $,2�6 � !0��� ������� $�� $!2�6 ��� � !0��� ������� $�� $=2�6 =+; ++;#� 5� ����������� $�� � ./ �# ��� �� ,�"+@ ++;#�

!� 4� ��� ���� �%'��%����� ��� � �����% ����� ������� ������� �$ �� ��������9� ++;#� 5� ���� ������� ��������� ��'���� ��� �� %�%��� ��E� � ������� ���� �� ������� ������� ��E� ����� ��� ���������� %�%��� ��E�� 5����� ������� $�� � . �# ��� ��� ,�!,@ $�� � !+. �# ��� �� ��� B�=!@ ��� $�� � , �# ��� �� ��� B�B;@�

������� ���������� �)� 34�5 �������%� �&���� ��E�%��� � ��� ����������� ���� � ��)� �������%� $�� � 5�'�0! ���������� //= ///#� ������ ��� ��0��%�� � ��������� ���� � ����� ����� 2�)�6 �� �� 5�'�0! ����0���� ����0������ ��� �������� �� � '������� 34�5 �������%���� �����'�� ��� ����� ��� ���������� �� 34�5 %��� �� � %���8�� ����%� ������� ��� �� ��%� ���� �� ��%������0����� ������� �� ������� ����� �$ �� ��%� ���� ����� ������ ������� �� ����������

15.3 Memory BIST 539

%����0��� ��%'������ ����� �� �������� �$ �� ��� ������ ��E�%��� � ��� �������� �� �������% $�� ��)�� ��� ��)�� �� � 5�'�0, ���������� ///# ��������� 34�5 %���� ����� �� '�����0�����% �����1��� //,#�

15.3.5 Transparent Memory BIST Tests

5����'����� 34�5 ���%������ �� ������� �$ ��������� �� ��� �������� �$����� �����% $������� �� ���� �������'��� $�� � '������� %�%��� ������� �'������5� ����� '�����'�� �� ��� ������ ������� �� %�%��� ������ ���� �� ��%'��%������� ���� ��%��� �$ ��%��� ����%� ��� ���� " �������� ��� 6� ���������� /;+# ���%���8�� �� %�%��� ������� �������% �� $�������

,� ��� ������� %�%��� ���� �'�������� �� �� �������� �������%�

!� ��'���� ����� ���� � �'������� �� ���� " ��� � ���� 2�� 66 �'��������

=� 4$ �� ���� ����� �� ���� " ������ 6 ��� �� �&��� ���� ��� �� �&��� ������'������� �� ��%'��%��� �� ���� �����

5� ��1����� �$ ������ '������� �� �� ���� �'�������� �� ��%'����� ���� � �����0����� ���� �� ���� �� ��� ������ ��� ����� �'�������� �� ��������� �� ����������5�� �� ���� �� ����� ��� ��� �� ���� ��� ����� �'��������� �$��� ��� ����'������� ��� �''���� �� ������ ��������� �� ��%'���� ��� �� ��$������ ����

5� 34�5 ���������� %��� �� ���%����� �� �������� ��� ���� �� ���� ��1����� ��� ���� �� ��������� '��������� ��1����� ��$��� �� ������ ����� 5� ����������%��� ����� ������� �� ���� �''�������� ��� ��������� '��������� %���� �� ���������� ������ ������ ��������� '���������� �� �&��� �������� �� ������ �� ����� ���������� �$ ��������� ����� ��� ��� ���� $�� ���� ���� ����������� 5� �����'�����34�5 ���� ������� $�� � =! 7���� ��� ��� �� ���7( 7 ���� ��� ,�!@ /;+# ���� B�!@ %��� ��� ������������ %�%��� 34�5 ��� ���7( 7�

15.3.6 Complex Examples

SWITCHING

LGCPCMMUXPSC

PSC LGC

PCMMUX

PCMMUX

CUSTOMER

1 1

6

1

4

TO VOICE

OR PACKET

16

1

32

T

TO

EQUIPMENTPREMISE

T

T

480

512T

����� ,+�//� 34�5 �$ ����'��� �&����� ������

540 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

������� ���� ��������% ������� �$ � �������� �����% �� D����� 5��� ,������ � ����� �� ��� ��� � . ��� !��� G ���) :�.!G; ���������� �� �� � ���� $����� @44A� -��� 2>�<< ��� � ����) ������ �� ��� ����� � ,� ����� �� �� � �� �� ��� ��� �� ������� ���� � ���) � �������� ����� (�.,�� �������� � ���� �� ��� 0.+� ����� ����� ���� � ����� �������) ����������� ���� ��� ������ ���� �� �� �� ���� �� �� �� ������ ����� � ���� � ���)���� ��� ���� ����� �� �� � �� �� � �� ��������� ��� � ���� ����� �� �� ���������� � � �� � �� ���� ���)� %� ����� � � � � �� � �� ���� ���) ������ �� �.$� ��� , � ����� ,� (�., ��� � � �� 0.+ ���� ����� � � �� 2��?����� ��� �� ���� �= ��� � � ��� � � �� �� ������� �= �� �������������(�., ��� ��� ��� � �� �� ��� �= � �� � � �� �� ����� ������� �� ��� �� ���� �� � �� �� ���� <�� �� � � �� $�� ����� ��� � � ���� � � � �� �� ��� ������ �� ���������� �� ��� �� ����� ,� (�., � � �� � �� �� �� ������ ���) � � � �� 2�� ,� �� � ����� � � 98� ���)������ ��� �� � ������� ����������� � �� ���� ���� ����� � ���� � � �� ������ ���� � �� �� ������,�� ����� � �� �� ����� ��� �� ������ � �� ������ �� ���������� ��� ��� ���������� �� ��� �� � ����� �� 7�

������� ���� 7�%����� ��1������� ������� ��� �%������ ��� 34�5 ==#� ,���� 2>�28 ��� �� $���� �� (�., � � �� � � � ���� $����� � ,� ������/5% :+/5%; ����� � ������ ��������� -��� 2>�<> ��� �� ����) �������� �� +/5% � ��� �� �� ��� -��� 2>�<9 ��� �� ������� � ������ (�.,������� � �� ,� )����� D�� � � ����� � (�"(* � � ������� ���� ������ ���� � ��� ��� ����������� ����� ��� �� �� � B���B�� ���� ��� � ������� '*/ �� �� ���� � ��� ��� �� ��� (�"(* ��� ����� � �� ,� � �������� � � � ��� �7� ����� ��� �� �� ���)���� ��������� ��� � ��������� ���� � ����� ����� �� �� � ��� ��� ���)��� ����� �� �� ����� ������ 5���������� � ����������� �� � �� ������ � ���� �� �� $���� � ��� ������������� ��� ���� � ����� ����� ���� � � � �� �� ��� �� ���� � �� �� �� ���� � ��� � �� ��� �� �

15.4 Delay Fault BIST

4� �� ���� '������� �� ���� �������� $�� ��%��� ������ ����� 34�5� � ����� $����34�5 ������� �����% �� �� �������� 34�5 ����������� ��� ��� � ����� '��������������� �'��%�E�� �� ���� ��� �����0$����� ��� ����� $����� ��'������ �� ��������D�� '������ ����������

Motivation. �� ����� $���� �����0�� ���$0������� ��� �$ �� '�����%� ��� %����� ��������� �� �E���� �� �� �������� ����� ,+�/< ����������� �� ������ �$ ���'�����%� (��� �� ��� ������� $�� ����������� '�� ����� $�� � $������ ����������2$��% ����� , �� B�6 5� ����� �� ������ �� ���� ������ $��% 1 �� �� ��� ���� ����� �� �� ��� ���� ��� ���������� ���� ����� $��% �� ��� ���� �� 4 � 5�

15.4 Delay Fault BIST 541

5���� ,+�,B� 34�5 �$ �%������ �������'��� F&'��������

34�5 �''��������� ��� ��' �����% ��1������� ����� : �%������ ���

D����� �$ �������� CD�4 ������ ������� '��� : �����% ����

)������� F��������� �������� �����%

�'���8� $�������� 7������ ���

������� 7������� "U ��� ��� ���� ��1��������� �� � ���������� ������� ����I���� $��% � '�������� �����$���

5��������� 9��� !�+ 5 7�9� ���� ,�!+ 5 7�9�

�������� ������� 5�������� �'����

34�5 �������� 9��� , '��

����� ������� �����0�� ��� ���������� ��� �)�

34�5 �''����� D�� �� � 34D39 ���� ��%����������� $�� '���������������� : ���'���� ��%'������ G ���0������ ��������34�5 �����% ��� ���'���� �������

�''���� ������� D���� ������� ��� ��� ������ 34�5

)�����%� ������ ����������� �� '������ ����������

4�'�� ���������� �LM�� �� ��'�� ��?��� ������� ��%���������� �����3������� ����� �� ��'�� ��?��� ������� >�'0>�'�

5��� ��1������� 5�� 34�5 ��1������ ��%����� ���� � ������ ���

34�5 '�������� ��� ��������E�� ����� ��� ������� �� ���� ������� $��%��� D�� '��'����� ����� �������� ���� G ��%����� ��9��'�� ���� ��������� 5� ��%� D��� ��%'��� ���34�5 : �����% ����� 34�5 �������

���������� ���� $��% 9��'�� ���� �������� �� '��������

��������� 1��� ������ ��������� %��� %��� ��� '������� ���� ����1����%���� ������� 9��'�� ���� �������� ��$��� 34�5

D���� �������� !;@

���� �������� 7��� ��� D���� 4�'�� 4���0 5����$������� 34�5 34�5 ��������� �������

2@ ������ ����6 ;B�= @ B�. @ .�+ @ B�" @ ,�< @ ;�< @

���� ��������� 34�5 4I9 3�?�� �&������ ���� 5���� )����;/ @ =�< @ ;<�< @ ;. @

542 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

RAM ADDR.REGISTER

INPUT DATAREGISTER

OUTPUT DATAREGISTER

OUTPUTFORMATLOGICAND

CONTROLCHECKPARITY

ADDR

MUX

COUNTERAND

CONTROL

SLOTTIME

LOGIC

CK, SYNC

LOAD VALUES

CONTROL

DATA OUT

INTERFACE

PROCESSOR

DATA

ADDR.

RAM512 16

����� ,+�/+� 7��� ����� ������%�

SYSTEM INPUTS

COMBINATIONALAND/OR

SEQUENTIAL LOGIC

COMBINATIONALAND/OR

SEQUENTIAL LOGIC

SYSTEM OUTPUTS

PSEUDO LFSR PSEUDO LFSR

PSEUDO LFSR PSEUDO LFSR

����� ,+�/.� ����%���� �������� 34�5 �''�����

������� %���� �� �� �''�� ��� '������� ��'������ �� �� � ���� ������� �������� ������ 5� '��0����� $���� ������� ��1����%��� �� ��� �� �?0'�� ��'��2�� 9� ���� ���'��6 %��� �� � , �� ��� ��%�0$��%��� 4� �� ���� %�������%��� ������% �� ���'�� 4 �� ��%'��� �� � ��%� ����� �� �� ��% �$ � ��� ��0��� ! ��� .� ���������� (������ �� �� $������ %����� ���� �� ������ �� ����'��'������� $��% 1 � �E��� �''���� �� �� ������� ��%'���� ��%� ������ �� ������� �� �� ����� , ����� $��% ������ + �� ������ $� ����� �� �E��� ������� ���� ��%'���� ��%� ������� �� $����� ���� ����'���� � ������� ��� � ��%��� ��$��� ������� 5�� � � ������������ ���� � ��� �� ���������� �� ����� � ����� $���� 34�5'������ ��������� ��� ������� �� ������� �E��� ���������

Delay Fault Testing Pattern Generation. 9�� ��� �� ����� �E���� �� �� ��� �������� '������ ��������� ��� ������� ���� ������ �������� 2�476 '������� ������ ��� ��'�� ������ ������ ��� ����� '������ 5�� ������� �� ��������� �$ ���0������� �E���� ������ ������� ������ ��%� ���� ����� ����� +;= +;/#� 3����� ���

15.5 Summary 543

(b) Timing diagram showing test invalidation.

A

GOOD F

BAD A

BAD F

C

BPath Delay Specification

GOOD A

1st 2nd 1st 2nd

δ t

(a) Circuit.

Path-under-test

FB

C

����� ,+�/<� 5��� ������������ �� �E���� ������ ����� $���� ��������

����� ;<# ���� � -��� ���� '������ ��������� ��� %��� �� '���������� ��������������� $�� � )4� ��� '������ ��������� ���� ����� � ����� �$ !� '������� ����� ����������� $�� ����� �� ����� ,+�/" ���� � ����� '������ ��������� '��������� ���� ��� 3������ +;= +;/#� *�� �� �LM �� ��� �� �� ��' $������� '�� ��� �� �� �������� F&������0M9� D�� '������ ���������� *�� �� �LM �� ����� �� ����� $������� '�� ��� ���� � R����� �� %������ ������� �$ ����� � ��� ����� �� !� � '��������

MUX0

1

D Q

MR

D Q

MR

D Q

MR

MS

QD

TESTTYPERESET

CLOCK

����� ,+�/"� (����� ����� $���� ������� ������� '������ ����������

15.5 Summary

34�5 �� ��� ����%��� %��� ����'��� �� �� '��$����� %���� �$ CD�4 ������������������ ���������� 5�� �� ������� 34�5 ������� �������� ��� ��%� ���� '����������� $�� %�%��� 34�5 2,0=@6 ��� ���� ������� 34�5 ������� '������������$ �� ������� '�����% $�� ����� ������� �����%�� �� '������ %�%��� 34�5 �������� ����� D����� $������� ��$� ��������� %����'��0��'�� ��$� ��������� ��� �����0�� ����� ����� ��������� ��� �� %��� ��%%���� ���� ���%�� �� '������ '���������������� ��� ���'���� ��%'������ $�� 34�5� ���� �����% ����� 34�5 ���� ������ $���� ����'��� �� �������� �$ ,= �� !B@ ��� �&'���%����� �����% �����34�5 ,,, +,+ +,.# �� � ��' ���� ������� �$ .�+@� �����% ����� 34�5 ������ ���� �� 43� ��� D����� 5����������� ������ �&'���%����� �����%� $��'��0����� $���� 34�5 ���� �&��� +,+#�

544 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

Problems

,+�, , � � ����� 4$ O ,+ '������� ��� '������� �� �� D�� ��� ! �$ ����'������� ������ � ����� $���� ��� �����0�� B ��� �� �� ������� ���� �����, �� ������ �����0��0BW ���E ��� �� '�'�� �� *����� � ��� <B!#�

,+�! .������ "-./� 4%'��%��� � �������� D�� $�� �� ������������� '�����%����2�6 O �� H �� H �� H ,� *���� �� �����% �$ �1������� ��� �� �������������$ $�� ��� D���

,+�= %����� "-./� 4%'��%��� � %������ D�� $�� �� ������������� '�����%����2�6 O �� H �H ,� *���� �� �����% �$ �1������� ��� �� ��������� ����$$�� ��� D���

,+�/ .������ "-./� 7�%'��� �� 8��� ���� '������� ��������� �� �� ��������D�� ��� ������������� '�����%��� �2�6 O �� H �� H �� H , ��� �� �������0�E����� �$ �BBBBBBB, � ��� �� ��� �� �� ����� �����8���� ����

,+�+ %����� "-./� 7�%'��� �� 8��� ���� '������� ��������� �� �� %������D�� ��� ������������� '�����%��� �2�6 O �� H � H , ����%��� ��� ��D�� ��� ��������E�� �� �BB,� ��� �� ��� �� �� ����� �����8���� ����

,+�. %�./� ����� ,+�/; ���� � %����'��0��'�� ��������� �������� �$ �� �5��0���� 2�&������ M9�6 ��'�� 5�� �4�� ����� ���'��� $��% �� ������� ��0����� �� 1 ��� + ��� ��%'���� ���� ���'������ )����� ������� ��� ����������������� ���� �� �1�������� �9�LD�� 2�������� M9�6 ��'� ��� ���� ����1�������� ��������� ��������� ������ �� �1������� ��'��������� ���� ������'���� ��%'������ ��� �� ��%� �� ���������� ���� �� ��?����� �� �&'������ ����������' ������� �� ��� �����������

CLKB

D Q D Q D Q D Q D Q D Q D Q

A

D Q

����� ,+�/;� �4�� $�� )�����% ,+�.�

,+�< C ���� � ����� ���� �� �''�� $��� ���� �$ �� ������� '�����0�����%'������ ��������� �$ ����� ,+�,.2�6 �� �� $���0��'�� �������� � O 2)�#6 �2"��6� �� ��� �$ �� $��� ��'��� ��� ��� ����� ����� ��� �$ �� �� �� �� �� �� �� �� 2,�! '����������6 ����� 2,�/ '����������6 �������� 2,�"'����������6 �� �� ��� ��� ��� 2,�,. '�����������6 4$ ��������� ��� %���������� �� ��� ��� ������ �� ������ �� '����������� (�� %��� ����� ������� ������ �� ������ ,BB@ �����0$���� �������� $�� �� $����� �� ��� �������W

Problems 545

,+�" C ���� � ����� ���� � � � ���� ������ � ������� '�����0�����% '��0���� ��������� ��� '�����%%���� ������ ,I! ,I/ ,,I=! ��� ,I,.�

,+�; + ����� ���������� 3���� � $��� >�'0>�' ���� ,+B � ����� ��������� 27�6 ��� ��%'��� ��� '������ ��1������ ���� �� 7� '������ ��������� ��� �BBB,��*�� �� �� '����� �$ �� �������� ����%����W 7�%'��� �� '������ ��1������$ �� $��� >�'0>�' D�� ��� ������������� '�����%��� �2�6 O , H��� *���� �� D��S� '�����W 4� �� 7� ������ ��� �� D�� ��� �$ �� ��� ��W

,+�,B %�$���� "-./� ������ � =0��� %�&�%�� D�� ��� '����� ��� ������� ��%�' �� ����0'������ �B,B � ��� �� ��� ���$�� ���� �� '������ �BBB � ���������� ������� ������� $������

,+�,, 5������ ����������� L���� ����� ,+�!! '����� ��%'��� �� '���������� �$�������� $�� �� ����� ������ ��� ����� '���������� � O B�= ���� � ,+0���D�� �� ���� $�� ���'���� ��%'�������

,+�,! -���� � � ������ 4� ����� ,+�!= ��� �� ���������� ������� ������ �� %����'�������0�� $���� ��� # ��� " �����0��0BW 7�� �� D�� ������ ��� $����W

,+�,= "-./ ����� � ��� ������ ���� '������ �%������� ������� �� ������� ��D�� ��� �� ������������� '�����%��� �2�6 O , H �H �� �� '������ �� ���0E��� ���� '������� 5�� '�����% ���� ��1����� ��� �� ������ �� ������ D���4� ��� ���� ������� ��� A��� �%'��%������ � =0��� ������ �������W

,+�,/ 5������ ������� 7������� �� 34�5 �����% �� ����� ,+�+B� 7������ ��'������ 1 + ��� $ ��� ��� ��������� �� �� D�� ��� �� ���'��� ��� ���� 8 ��� ��� ��%'����� �� �� ���'�� �4��� 5� D�� �� ��������E�� ��BB, 2���� �� �����% D�� >�'0>�' �� ��� �� , ��� �� ���� ��� ��� �������6��� �� �4�� �� ��������E�� �� BBB� 5� ������� �� ������� $�� ���� '������ ��'������ ��� ���� ��1������

!� B , B , , , B B!� B B , B , , , B!� , B B , B , , ,

5� D�� ��� �� �4�� ��� ����� �� �� ��%� ����� ���� ��� ��� $����0$����F&'���� �� �������� ���� ��� ����� $�� �� $���� �����0�� B ���� ������ �� �&'����� ����� �� ���� BB, $�� ��� $���� �� �''���� ������ *�� ��� ��8��� ���� %����� ��� ��� %����� ���������� $�� �� $���� �����0��0B ��������� '������ �$��� �� D�� ��� �� �4�� ���� ��������E��W

,+�,+ -���� � � ������ �� )�����% ,+�,/ 8�� ��� �$ ���� $����� ��� ���������

1 ��B 1 ��, (� ��B (� ��, +� ��B +� ��,

,+�,. -���� � � ������ �� )�����% ,+�,/ 8�� ��� �$ ���� $����� ��� ���������

546 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

L3DQ

L2

DQ

L1DQ

DQ

R1

DQR2

DQR3

A

BC

d f

k

g

h

Y

Z

Circuit-Under-Test

e

Response Compacter

Pattern Generator

����� ,+�+B� 34�5 �����% $�� )�����% ,+�,/�

+ ��B + ��, (�� ��B (�� ��, � ��B � ��,

,+�,< -���� � � ������ �� )�����% ,+�,/ 8�� ��� �$ ���� $����� ��� ���������

$ ��B $ ��, +�� ��B +�� ��, ��K ��B ��K ��,

,+�," -���� � � ������ �� )�����% ,+�,/ 8�� ��� �$ ���� $����� ��� ���������

(�� ��B (�� ��, (�L ��B (�L ��, ��) ��B ��) ��,

,+�,; .������ ������������

2�6 �� �� ������� �� ����� ,+�+, '����� ������ �� �&������0M9� D��'������ ��������� �%'��%������ �� ������������� '�����%��� ,H��H��

��� �� 4�'�� �LM $�� ��������

k

Circuit−Under−Test

p

ZrC

B

n o Ym

l

A

e

qh

g

f

d

����� ,+�+,� 7������ $�� 34�5 )�����% ,+�,;�

2�6 F&'���� �� ������ �����% �$ %����& �1������� ���������� ��� '����������������

2�6 ��� ����%� �� �&������� �������0����� '������ ��������� ��� ������� ���'���� ��%'����� $�� �� ������� �� ����� ,+�+!� 7�%'��� ������ %����� ��������� $�� �� ������� ��� ������ � ������ ���� ����

Problems 547

ABC000001010011100101110111

BinaryCounter

PatternGener−ator

D

D

Q

Q

Q

DQ

Q

Q

1

2

3Response Compacter

hk

q

Circuit−Under−Test

p

Y

Zsa0

lm

e

f

g

d

n

CB

A

ApiBpi

CpiInput MUX

����� ,+�+!� 7������ $�� )�����% ,+�,; ��� 34�5 ��������

��������� ��%'������ ��� ���'��� � ����� B �� �� �22* ������ ����� ������� �� ���� ��� � ����� , ��� �� �� $������ 5� ���'�� �4�� ����������E�� �� �BBB� ��$��� ��������

2�6 �� �� ��%� ������� ��%'��� �� ��� %����� ��������� $�� �� $���� 9�����0��0B� ���� �� ���� ������� ����� $�� ��� $����W

,+�!B .,&%0.� �� �� ������� �$ ����� ,+�+= ������ � �5L�)� ������� �����%������ �� ���� ���� ����� ��� � %�&�%�� =0��� D�� ��������E�� �� �BB, ���� ��%'��� �� ���'�� �$ �� ���� ����� ��� � =0��� �4�� ��������E�� ���BBB�� ��%����� �� �����% $�� ,! ����� '������ ��� '������ �� 8��� ����������������� �� '��� ��� ���� �$ �5L�)��

A

B

C

ScanChain

lm

q

p

Circuit-Under-Test

Scan

r

ChainY

X

Z

ff

gg

hh

kk

ee

dd

qq

mmll nn

pp

Circuit-Under-Test

Chain

rr

V

U

W

ScanD

E

F

n

kh

gf

e

d

����� ,+�+=� 7������ $�� 34�5 )�����% ,+�!B�

,+�!, %5,.H � ��� (�.,� 4%'��%��� �� ����� ����� ������� �����E��� �� �������������� ����%����� �� ����� ,+�/, $�� �� ��5�H %�%��� 34�5 �����%�

,+�!! %5/+ ' � ��� (�.,� 4%'��%��� �� ����� ���������� ������% $�� ��%�%��� 34�5 ���������� $�� �� ���7( M ���� ��������� �� 5���� ;�,+�

,+�!= (�., �� ��

2�6 �� �� ������� �� ����� ,+�+/ '����� ������ � /0��� ��������0M9� 2%���0���6 D�� '������ ��������� �%'��%������ �� ������������� '�����%���

548 Chapter 15. BUILT-IN SELF-TEST

, H � H �� ��� �� 4�'�� �LM $�� �������� ���� ��� ��� �$ �� ���� �$�� '������ ��������� ���� �� ������ �� ���� ��� ���� = ������� ��'����)����� ������� �''��'����� ����� ��������

Circuit-Under-Test

d

e

fA

g

CL

B

Cq

Y

p

Z

QD

CL

onl

m

k

h

����� ,+�+/� 7������ $�� �����0�� ���$0��������

2�6 F&'���� �� ������ �����% �$ %����& �1������� ���������� ��� '����������������

2�6 ��� ������ �� �&������0M9� 2��������6 �4�� $�� ��� ������� ����� ����%� ������������� '�����%��� ,H�H��� ���� ��� ���� ��� �$ �� �4������ ���� ������� ���'��� 2����� �� ������� �� ���� ��� ���'����6 ����''��'����� ��������E����� ������� $�� �� �4��� *�� �� �� ����������$ ����� � /0��� �4�� ����� ��� � !0��� ���W

2�6 F&'���� �� ������ �����% �$ %����& �1������� ���������� ��� �4���

2�6 4� '��������� ������� �� ��� $���� ��� � �����8���� ��%��� �$ ������������ $����� ��� �� �� ��������� ���������� J�� ����� F �� ��������������� ��� ���� ���� �� ��$���� 2������ ��� �����6 �� ���� ��A�������������� )����� �&'���� ��� �� ����� ��� ��� 34�5 ������� '������ ����� �� 8& ���

,+�!/ &�D!��� "-./� ������ � /0��� D�� ����� �� ������ �� �''����& 3 ��� ���'I���� D�� �������� %���� �$ ������� ,+�=� 5� D�� ����� ���� ��3��*��� ��'�� ������ �� �������� ����� �� ������ �' �� ����� ���� �������� D�� �� ��������E� �� BBB,�