典型的DRC案例介绍

DRC介绍

在进行DFT Logic的设计和插入之前，DFT工程师会先使用EDA工具对原Design执行DRC（Design Rule Checking），即设计规则检查。随着芯片的复杂度升高，执行DRC可以显著提高Design的可测性，同时也检查Design的合理性。

DRC案例

1

在Function模式下，由三态门严格控制，在同一总线上，同一时刻只允许一个设备向总线输出。如图1所示，三个寄存器的输入是DI，由Functional Enable Logic控制，在同一时刻Driver D1、D2、D3只有一个被使能，可以向总线输出数据。

但在测试模式下，Scan Shift期间三个寄存器SSF1、SSF2、SSF3连成一条Scan Chain，输入由DI切换为SI，它们的值会根据测试pattern不停地变，无法保证3个Drivers在同一时刻只有一个驱动总线，这样就可能会引起总线竞争的问题。

图1

为了避免这个问题，我们加入如图2所示的电路，当SE为1时，即Scan Shift期间，只有EN1为1，此时D1生效，D2和D3不生效。另外给总线加入Bus Keeper，使总线在3个Drivers均为高阻抗时保持总线上值不变。

图2

但这样的设计依旧存在一个问题：在Scan Capture期间如何避免总线竞争问题？实际上这里的解决办法有好几种，笔者仅提供其中一种思路：在Capture期间SE的值为0，但TE（Test Enable ，图中未画出）依旧为1，我们可以利用TE信号来设计逻辑使得在SE为0时依然最多只有一个Driver被使能。

2

芯片上存在一些双向IO Pin，如图3所示，由寄存器的输出Q来控制IO方向，当Q=1时是Output Pin，当Q=0时是Input Pin。但在Scan Shift期间，该寄存器的值会由于测试pattern而不停地变，从而导致I/O方向不断发生改变。

图3

我们给原电路加入如图4所示的逻辑，当处于Scan Shift期间，SE的值为1，无论寄存器的值是0还是1，与门的输出均为0，这样就保证了在Scan Shift期间该IO PIN一直是Input Pin。当然也可以换成或门的逻辑，使该IO Pin在Shift期间一直是Output Pin。

图4

3

如图5所示，这是一个非常简单的时钟门控电路，当enable为1时，gated clock与clock保持一致，当enable为0时，gated clock保持为1，即clock断开状态。但这样的设计无法很好地解决hazard，具体如图6波形图所示。

图5

图6

Designer为了解决这一问题，会采取如图7所示的设计：插入一个负沿触发的触发器，在时钟下降沿对enable信号进行采样，当enable为1时，将时钟打开，当enable为0时，将时钟关闭。这样就大大降低了hazard风险，波形图见图8。

然而这样做在测试中会引发另一个问题，那就是在Scan Shift期间该触发器的值会不断发生变化，我们也就无法控制时钟开关了。

图7

图8

假设原始的Design电路如图9所示，我们加入图10所示的逻辑 ，当SE为1时，Clock始终保持打开的状态，这样就保证了Scan Shift期间Clock门控电路始终打开。

图9

图10

总结

本文所示案例在Function方面均属合理的设计，但并不利于测试，这也是引入DRC的重要意义。目前市面上不同的EDA工具对于Design Rule有着不同的规则体系，但本质是一样的，都是为了在插入DFT以及产ATPG Pattern之前消除潜在的风险并改善设计。