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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterschaltung mit einem
Halbleiterbauelement und mit einer dem Halbleiterbauelement zugeordneten BIST-Einheit
sowie ein Verfahren zum Testen, Überwachen
und applikationsnahen Einstellen einer Halbleiterschaltung.
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Integrierte
Halbleiterschaltungen mit Halbleiterbauelementen, wie beispielsweise
DRAMs (Dynamic Random Access Memories) werden im Herstellungsprozeß im allgemeinen
umfangreichen Funktionstests unterzogen. Unter anderem dienen diese Funktionstest
dazu, fehlerhafte Speicherzellen bzw. fehlerhafte Spaltenleitungen
oder Reihenleitungen oder allgemein fehlerhafte Schaltungsteile
des Halbleiterbauelementes zu identifizieren. Um einen fehlerfreien
Betrieb des Speicherbausteins zu garantieren, werden die Halbleiterbauelemente
unter verschiedenen Betriebsbedingungen getestet, wobei beispielsweise
vorgegebene Datenwerte in Speicherzellen eines Speicherzellenfeldes
eingeschrieben und anschließend
wieder ausgelesen werden, um mit den vorgegebenen Datenwerten verglichen zu
werden.
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Integrierte
Halbleiterschaltungen besitzen häufig
eine integrierte Schalteinheit, die bei Inbetriebnahme der Halbleiterschaltung
automatisch einen Funktionstest des integrierten Halbleiterbauelementes
durchführt.
Eine solche Schalteinheit wird entsprechend ihrer Funktion als BIST
(Build-In Self-Test)-Einheit
bezeichnet, da ein Microprozessor, in den diese Schalteinheit integriert
ist, automtisch einen Selbsttest seines eigenen Halbleiterbauelementes
durchführt,
wenn er in Betrieb genommen, d.h. mit Strom versorgt wird: Die BIST-Einheit
weist einen BIST-Controller auf, der als Schaltbereich in der Halbleiterschaltung
als ASIC (Application Specific In tegrated Circuit) integriert ist.
Vom BIST-Controller abgegebene Befehle werden an das Halbleiterbauelement
weitergeleitet, wobei der BIST-Controller die Ausführung der
Befehle überwacht
und auswertet. Die vom Halbleiterbauelement übermittelten Daten bezüglich seiner
Betriebszustände
werden beispielsweise von externen Testsystemen zu Testergebnissen
verarbeitet, anhand derer eine Aussage darüber getroffen werden kann,
ob und gegebenenfalls welche Speicherbereiche nicht wie vorgesehen
funktionieren.
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Der
BIST-Controller zum Testen von Halbleiterbauelementen, insbesondere
von dynamischen Halbleiterspeichern, ist so konzipiert, daß das Zellenfeld
timingkritisch adressiert werden kann und binäre als Spannungswerte codierte
Potential-Datentopologien in den Halbleiterspeicher in geeigneter Schreib-/Lese-Reihenfolge
adreßabhängig geschrieben
und ausgelesen werden können.
Dabei werden bei jedem Lesevorgang die elektrisch detektierten und
binär dargestellten
Informationen mit den logisch ermittelten Erwartungswerten verglichen.
Wird nach einer Reihe von positiv bewerteten Schreib-/Lese-Zugriffen
während
des Testablaufs keine Fehlspeicherung entdeckt, wird das Halbleiterbauelement als "Pass" eingestuft, andernfalls
als "Fail" betrachtet.
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Die.
Halbleiterschaltung kann weiterhin zum Testen an ein externes Testgerät angeschlossen
werden, wobei das Testgerät
die zum Testen des Halbleiterbauelementes erforderlichen Testbefehle,
nämlich Steuerbefehle,
Adreßbefehle
und zu speichernde Datenwerte sowie das erforderliche Taktsignal
selbst erzeugt und die Befehle über
ein Standard-Interface des Halbleiterbauelementes absetzt bzw. die
Testergebnisse ausliest.
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Sogenannte
Testmodi, die Funktionstests beinhalten, können den Zugang zu bausteinrelevanten
Parametern oder Einstellungen ermöglichen und mit Hilfe des BIST-Controllers
oder über
das Standard-Interface der Halbleiterschaltung durch eine nur vom
Hersteller bekannte Aktivierung aufgerufen und einge stellt werden.
wie der BIST-Controller sind auch die Testmodi als ASIC in der Halbleiterschaltung
implementiert und somit nicht flexibel einstellbar. Somit schlägt sich
der Platz, der für
diese Art von ASICs zu Testzwecken investiert werden muß, auf die
Kosten bei der Herstellung der Halbleiterschaltung nieder.
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Um
ein aussagekräftiges
Testergebnis zu erhalten, ist es wichtig, daß das Halbleiterbauelement auch
bei einer Betriebsfrequenz, die es im Normalbetrieb aufweist, getestet
wird. Es ist jedoch nicht möglich,
eine charakteristische Betriebsweise der Applikation mit der Betriebsweise
des Funktionstests direkt zu vergleichen, um feststellen zu können, ob
die integrierte Schaltung applikationsnah getestet wurde. Es kann
somit keine Aussage darüber
getroffen werden, daß die
im Herstellungsprozeß getestete
Schaltung alle in der späteren
Applikation auftretenden Betriebsmodi durchlaufen hat, da oftmals
viele Probleme erst im Feldeinsatz aufgedeckt werden und daher erst
nach der Entwicklungsphase nachträglich korrigiert werden.
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BIST-Einheiten,
zum Testen von Microprozessoren bzw. zur Überwachung der Funktionalität und zum
Testen von Halbleiterschaltungen und Detektion von Fehlfunktionen
sind bereits in der
US 6,374,370
B1 bzw. in der WO 02/08904 A2,
US 6,330,681 B1 und
US 6,321,320 beschrieben.
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In
der
DE 100 34 878
A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem Testinhalte codiert
in Form von Fuses oder anderen nichtflüchtigen Speichern auf dem Halbleiterbauelement
abgespeichert werden, um sie für
spätere
Auswertungen bei Reparatur- bzw. Degradationsuntersuchungen
bausteinindividuell bereitzuhalten.
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Ein
Verfahren zum Abspeichern der mit der BIST-Einheit erhaltenen Testergebnisse
in der Halbleiterschaltung selbst ist in der
DE 198 31 572 A1 offenbart.
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Nachteilig
bei den bisherigen Testkonzepten ist insbesondere, daß die BIST-Einheit
nur während des
Testens in der Fertigung Verwendung findet. Während des Betriebs der Halbleiterschaltung
gesammelte Betriebsparameter können
vom Hersteller nur für
den Fall analysiert werden, daß ein
eine defekte Halbleiterschaltung aufweisendes Speichermodul zum
Hersteller zurückgesandt
wird. Somit sind eventuell einprogrammierte Kenndaten, wie beispielsweise
Chips-ID, Testdaten oder Einstellparameter nur für eine historische Nachverfolgung
der Fertigung nicht aber für
benutzerspezifische Einstellung während des Betriebs verwendbar.
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Aus
der US 6,347,056 ist ein solches Halbleiterbauelement mit BIST-Einheit
bekannt, das jedoch keinen, im nur lesbaren nichtflüchtigen
Speicher angeordneten Standard-Programmcode besitzt.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Halbleiterschaltung
dergestalt weiter zu entwickeln, daß diese so wohl in einem Bootmodus
getestet und konfiguriert als auch während des Normalbetriebs applikationsnah
getestet, analysiert und eingestellt werden kann.
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Weiterhin
ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes
Verfahren zum Testen, Überwachen
und applikationsnahen Einstellen der Halbleiterschaltung zur Verfügung zu
stellen.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Halbleiterschaltung gemäß Patentanspruch 1 und durch
ein Verfahren zum Testen, Überwachen
und applikationsnahen Einstellen der Halbleiterschaltung gemäß Patentanspruch
12.
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Die
Halbleiterschaltung, die ein Standard-Interface zum externen Daten-,
Adreß-
und/oder Kommandoaustausch im Normalbetrieb und ein weiteres für einen
Testbetrieb vorgesehenes Test-Interface aufweist, weist neben einem
Halbleiterbauelement eine dem Halbleiterbauelement zugeordnete BIST-Einheit
auf, die zur Konfiguration und zum Testen des Halbleiterbauelementes
vorgesehen ist. Die BIST-Einheit weist einen Con troller auf, der
die Konfigurations- und Testabläufe
steuert. Erfindungsgemäß ist ein
der BIST-Einheit zugeordneter nur lesbarer nichtflüchtiger
Speicher vorgesehen, aus dem ein Standard-Programmcode zur Konfiguration
und zum Testen des Halbleiterbauelementes, Standard-Test- und Standard-Boot-Parameter abgerufen
werden können.
Weiterhin ist ein programmierbarer nichtflüchtiger Speicher vorgesehen,
in dem ein Programmcode zur Konfiguration und zum Testen des Halbleiterbauelementes
während
des Normalbetriebs, Funktionstest, Betriebs-, Test- und Boot-Parameter
abgespeichert sind. In einem dem BIST-Controller zugeordneten flüchtigen
Speicher, beispielsweise einem RAM, werden beim Booten der Halbleiterschaltung
entweder der Standard-Programmcode oder der im programmierbaren
nichtflüchtig
Speicher abgelegte zumindest eine Programmcode zur Ausführung geladen.
Die in programmierbaren nichtflüchtigen
Speicher abgelegten Programmcodes weisen zu Test-, Monitor- oder
Bootzwecken angepaßte, variabel
gestatete Testsequenzen auf.
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Die
BIST-Einheit ist hierbei derart ausgelegt, daß der BIST-Controller beim Booten der Halbleiterschaltung
eine Betriebsart des Halbleiterbauelementes einstellt, d.h. ein
Testen und eine Konfiguration vornimmt, und optional, falls im Programmcode
vorgesehen, im anschließenden
Normalbetrieb durch Ausführung
von Funktionstests das Halbleiterbauelement testet.
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Während dieses
Testbetriebs sind in vorteilhafter Weise im programmierbaren nichtflüchtigen Speicher
abgelegte Funktionstests oder weitere in Testeinheiten abgelegte
Funktionstests, die als Bestandteil der Halbleiterschaltung als
ASIC implementiert sind, abrufbar und ausführbar. Die im Testbetrieb ermittelten
Daten werden von dem BIST-Controller verarbeitet und als Betriebs-,
Test- und/oder Boot-Parameter im programmierbaren nichtflüchtigen
Speicher abgelegt. Ebenso besteht die Möglichkeit, diese verarbeiteten
Parameter über das
Standard-Interface und/oder das weitere für den Testbetrieb vorgesehene
Test-Interface nach extern auszugeben.
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Wird
eine Halbleiterschaltung in Betrieb genommen, werden beim Bootvorgang über vielfältige Testprozeduren
bausteininterne elektrische Parameter, wie beispielsweise Spannungen
oder Timings zur Generierung eines Betriebszustands der Halbleiterschaltung
bzw. zur Generierung eines definierten Startzustands, eingestellt.
Zur Einstellung der Zustände
werden normalerweise nur die im lesbaren nichtflüchtigen Speicher abgelegten
Parameter verwendet. Fehlfunktionen bzw. Abweichungen der im Normalbetrieb
des Halbleiterbauelementes vorgesehenen Spezifikationsbereiche bedingen
eine gegenüber
der ursprünglich
vorgenommenen Einstellung in der Fertigung abweichende Einstellung
des Halbleiterbauelementes zur Erzielung eines korrekten Betriebszustands.
Besonders vorteilhaft ist es hierbei, daß die BIST-Einheit die im Testbetrieb
ermittelten Daten dergestalt verarbeitet, daß sie als Boot-Parameter oder Test-Parameter
beim nächsten
Hochfahren der Halbleiterschaltung zu Test- und Konfigurationszwecken
in einer Boot-Sequenz eines geladenen Programmcodes verarbeitet
werden bzw. als Test-Parameter im Normalbetrieb bei der Ausführung von
Funktionstests verwendet werden, um firmenspezifische Einstellungen
des Halbleiterbauelementes zu ermöglichen.
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Damit
die BIST-Einheit in vorteilhafter Weise dergestalt steuerbar ist,
daß entweder
der Standard-Programmcode oder der Programmcode in das RAM zur Ausführung geladen
werden, sind im programmierbaren nichtflüchtigen Speicher Flags zur Steuerung
des BIST-Controllers abgelegt, die anzeigen, ob der BIST-Controller
gestartet werden soll oder nicht und die auf den zu ladenden Programmcode
verweisen.
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Wird
ein Programmcode aus dem programmierbaren nichtflüchtigen
Speicher geladen und ausgeführt,
weist dieser zumindest eine Bootup-Sequenz auf, die ein Testen und
Einstellen des Halbleiterbauelementes mittels dieser Sequenz zugeordneter
Boot-Parameter durchführt.
Beinhaltet der Programmcode weitere Bootup-Sequenzen, zeigen im nichtflüchtigen
programmierbaren Speicher vorgesehene weitere Flags an, welche Bootup-Sequenz abzuarbeiten
ist.
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Hierbei
ist es steuerbar, daß beispielsweise der
BIST-Controller
alle im Programmcode implementierten Bootup-Sequenzen ausführt, bis eine erfolgreiche
Konfiguration und/oder Testsequenzabarbeitung erzielt wurde oder
nur diejenige Bootup-Sequenz ausführt, die eine sofortige erfolgreiche
Konfiguration und/oder Testsequenzabarbeitung erzielt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden die im Normalbetrieb
durch die Funktionstests ermittelten Daten, die als Betriebs-Parameter
im programmierbaren nichtflüchtigen
Speicher abgelegt werden, zur Baustein- und/oder Fehleranalyse verwendet.
Hierzu sind ihnen Flags zugeordnet, die beispielsweise die Betriebsfähigkeit
des Halbleiterbauelementes anzeigen und/oder ein Auslesen der Parameter
mittels einer Signalcode-Sequenz in Mode-Register-Set-Modus über das
Standard-Interface der Halbleiterschaltung erlauben.
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Sämtliche
Funktionstests können
prinzipiell ohne den BIST-Controller
von extern angesteuert oder über
den BIST-Controller
angesteuert und ausgeführt
werden. Dabei sind insbesondere solche Testmodi bzw. Funktionstests
vorgesehen, die keinen Speicherzugriff über das Standard-Interface
der Halbleiterschaltung benötigen
und somit die normale Funktion der Halbleiterschaltung nicht beeinträchtigen.
Die durch den BIST-Controller abzuarbeitenden Befehle erzeugen bausteininterne
Teststimuli über ein
bausteininternes Interface. Funktionstests werden in vorteilhafter
Weise so lange ausgeführt,
bis der BIST-Controller einen von extern zugeführten Stopbefehl codiert, der
den Funktionstest anhält
oder bis der Halbleiterspeicher abgeschaltet wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist in vorteilhafter Weise ein Befehl des Programmcodes
aus einem Microcode-Befehl und einem Test-Vektor kombiniert. Der
Microcode-Befehl wird zur Steuerung des BIST-Controllers und der Test-Vektor
zum Absetzen eines Testbefehls über das
interne Testinterface verwendet. Im Befehl selbst ist ein dem Test-Vektor zugeordnetes
Flag angeordnet, welches im gesetzten Zustand, beispielsweise bei
einer logischen "1", die Test-Vektor-Funktionalität, die Speicherzugriffe
auf das Halbleiterbauelement zur Abfrage und zum Setzen von Betriebszuständen der
Halbleiterschaltung ausführt,
freischaltet.
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Üblicherweise
wird die Test-Vektor-Funktionalität für sich genommen im Standard-Programmcode,
zum Testen der Halbleiterschaltung im Herstellungsprozeß, aktiviert,
wobei das Absetzen von Test-Vektoren hierbei immer über das
Standard-Interface
erfolgt. Die Kombination des Microcode-Befehls und des Test-Vektors
zu einem einzigen Befehl ermöglicht
die Ausführung
des Befehls ohne Beeinflussung der Halbleiterschaltung, da die im
Befehl beinhaltete Test-Vektor-Funktionalität nur noch über das interne Interface und
nicht mehr über
das Standard-Interface ausgeführt
wird. Die Abarbeitung von Microcode-Befehl und Test-Vektor erfolgt
im gleichen Taktzyklus.
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Erfindungsgemäß wird somit
eine BIST-Einheit bereitgestellt, durch die es ermöglicht ist,
eine flexible Konfiguration eines Halbleiterbauelementes während des
Bootens vorzunehmen und im Normalbetrieb jederzeit das Halbleiterbauelement
applikationsnah zu testen und einzustellen, ohne das Standard-Interface zu belasten
und die Halbleiterschaltung in ihrer Funktion zu beeinträchtigen.
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Die
BIST-Einheit ist somit
- – in der Fertigung als Test-
und Konfigurationseinheit,
- – beim
Booten der Halbleiterschaltung als Initialisierungscontroller, zur Überprüfung eines
fehlerfreien Bootens, wobei im Falle einer fehlgeschlagenen Konfiguration/Initialisierung
verschiedene Bootup-Sequenzen mit sequenzspezifischen Bootup-Parametern
als Relaxionsparametersätze verwendbar
sind,
- – im
Normalbetrieb zum permanenten Überwachen
der Bausteinfunktion und zum Ermitteln betriebsspezifischer Parameter,
- – generell
zum Einspielen von Funktionstests, wie Monitoringscripte, Testprogramme
und Initialisierungsscripte, sowohl für die Fertigung als auch für den Betrieb
und
- – zum
Abrufen von gesammelten Daten zu Analysezwecken
einsetzbar.
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Weitere
vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten
Figuren, die Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung darstellen, näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine schematische Darstellung
der Funktionseinheiten einer erfindungsgemäßen Halbleiterschaltung,
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2 eine detailliertere schematische
Darstellung der in der 1 gezeigten
Halbleiterschaltung,
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3 ein Ablaufdiagramm eines
erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Booten und anschließendem
Ausführen
von Funktionstests während
eines Normalbetriebs,
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4 eine Struktur eines Befehls
eines Programmcodes und
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5 ein beispielhafter Aufbau
eines aus dem programmierbaren nichtflüchtigen Speicher geladenen
Programmcodes.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Halbleiterschaltung
schematisch dargestellt. Die Halbleiterschaltung 1 weist
ein Halbleiterbauelement 2 mit vier adressierbaren Speicherbänken 3,
eine BIST-Einheit 4 sowie eine Funktionstests aufweisende
Testeinheit 5 auf. Weiterhin weist die Halbleiterschaltung 1 ein kundenspezifisches
Standard-Interface 6 sowie ein Testinterface 7 auf.
Bei Inbetriebnahme der Halbleiterschaltung 1 sowohl in
der Fertigung als auch im Normalbetrieb ist die BIST-Einheit 4,
von extern über das
Standard-Interface 6 oder das Testinterface 7 angesteuert,
in der Lage, in der BIST-Einheit 4 abgelegte
Programmcodes auszuführen
und Funktionstests bzw. in der Testeinheit 5 abgelegte
weitere Funktionstests anzustoßen
und auszuführen,
so daß eine Initialisierung
bzw. Konfiguration des Halbleiterbauelementes 2 vorgenommen
wird und in einem Normalbetrieb der Halbleiterschaltung 1 ein
applikationsnahes Einstellen und Testen des Halbleiterbauelementes 2 ermöglicht ist.
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Das
Standard-Interface 6 dient in der Regel zum externen Daten-,
Adreß-
und Kommandoaustausch im Normalbetrieb zwischen einer hier nicht dargestellten
Controllereinheit und der Halbleiterschaltung 1. Generell
ist das Test-Interface 7 für einen Testbetrieb vorgesehen,
so daß jederzeit
von extern Funktionstests oder die weiteren Funktionstests der Testeinheit 5 anstoßbar sind
und ermittelte Daten über
das Testinterface 7 ausgebbar sind. Über ein internes Interface 8 werden
Testbefehle auf die einzelnen Speicherbänke 3 des Halbleiterbauelementes 2 abgesetzt,
die aus Speicherzellen Parameter abfragen bzw. Daten einlesen und/oder
Betriebszustände des
Halbleiterbauelementes 2 setzen.
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In 2 ist die in der 1 dargestellte Halbleiterschaltung 1 detaillierter
ausgeführt.
Die BIST-Einheit 4 weist einen nur lesbaren nichtflüchtigen
Speicher 9 auf, in den, beispielsweise für Test- und
Konfigurationszwecke während
der Fertigung der Halbleiteschaltung 1, ein Standard-Programmcode und
entsprechende Standard-Boot-, Standard-Test- und/oder Betriebs-Parameter abgelegt sind.
In einem programmierbaren nichtflüchtigen Speicher 10 sind
zumindest ein Programmcode und Funktionstests, Boot-, Test- und
Betriebs-Parameter gespeichert.
Die BIST-Einheit 4 zum Konfigurieren, Testen und applikationsnahen
Einstellen des Halbleiterbauelementes 2 wird von einem
BIST-Controller 11 gesteuert, der über bekannte und hier nicht
weiter aufgezeigte und diskutierte Funktionseinheiten wie eine ALU
(Arithmetische Logische Einheit), Register, Interface-Kontrolleinheiten,
Steuereinheiten etc. verfügt.
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In
dem programmierbaren nichtflüchtigen Speicher 10 sind
weiterhin Flags abgelegt, die beim Booten der Halbleiterschaltung 1 vom
BIST-Controller 11 abgefragt und ausgewertet werden. Ein Start-Flag 12 zeigt
an, ob der BIST-Controller 11 automatisch startet oder
nicht startet. Bei einem Start, d.h. beim Booten des BIST-Controllers 11,
zeigt ein Programmcode-Flag 13 an,
ob der im nur lesbaren nichtflüchtigen
Speicher 9 abgelegte Standard-Programmcode oder der im
programmierbaren nichtflüchtigen
Speicher 10 abgelegte zumindest eine Programmcode in einen
den BIST-Controller 11 zugeordneten flüchtigen Speicher 17 zur
Ausführung geladen
werden soll.
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Wird
ein Programmcode geladen, werden Bootup-Flags 14, 15, 16 abgefragt,
die bestimmen, welche in dem Programmcode beinhaltete Bootup-Sequenz
auszuführen
ist. Der geladene Programmcode sieht optional nach dem Booten das
Laden und Ausführen
von Funktionstests vor, die im Normalbetrieb das Halbleiterbauelement 2 testen bzw.
applikationsnahe Einstellungen vornehmen. Wahlweise können hierbei
die im nichtflüchtigen
programmierbaren Speicher 10 abgespeicherten Funktionstests,
wie beispielsweise Monitoringscripte, Konfigurationsscripte etc.,
oder die weiteren in der Testeinheit 5 abgelegten Funk tionstests
ausgeführt werden.
Die hierbei ermittelten Testergebnisse werden vom BIST-Controller 11 ausgewertet
und verarbeitet, wobei die verarbeiteten Daten als Betriebs-, Test- und/oder Boot-Parameter
im programmierbaren nichtflüchtigen
Speicher 10 zur weiteren Verarbeitung abgelegt werden.
Eine weitere Verarbeitung bedeutet in diesem Zusammenhang beispielsweise die
Verwendung der Boot-Parameter nach einem Neustart der Halbleisterschaltung 1 in
einer Bootup-Sequenz, die Verwendung der Test-Parameter zum Testen
und applikationsnahen Einstellen des Halbleiterbauelementes 2 während des
Normalbetriebs und die Auswertung der Betriebsparameter zu Analysezwecken.
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Jederzeit
ist über
das Testinterface 7 die BIST-Einheit 4 dergestalt
steuerbar, daß der BIST-Controller 11 angehalten
werden kann bzw. aktuelle Daten über
das Standard-Interface 6 oder über das Testinterface 7 nach
extern ausgegeben werden können,
so daß der
aktuelle Status der Halbleiterschaltung 1 abgefragt und
analysiert werden kann.
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Während des
Konfigurations- und Testablaufs im Boot- und Normalbetrieb steuert
der BIST-Controller 11 die Abgabe der Befehle an das Halbleiterbauelement 2 über das
interne Interface 8, so daß auch bei Durchführung von
Schreib- und Lesebefehlen die Halbleiterschaltung in ihrer Funktion nicht
beeinträchtigt
wird. Somit ermöglicht
die BIST-Einheit 4 einen störungsfreien und unabhängigen Zugriff
auf die Speicherbereiche des Halbleiterbauelementes 2.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Booten und anschließenden
Ausführen
von Funktionstests während eines
Normalbetriebs zum Testen und applikationsnahen Einstellen der Halbleiterschaltung 1.
Ein Hochfahren der Halbleiterschaltung 1, durch beispielsweise
Zuführung
von Strom, startet auch den der BIST-Einheit 4 zugeordneten
BIST-Controller 11 (310).
Der BIST-Controller 11 fragt zuerst das im programmierbaren
nichtflüchtigen
Speicher 10 abgelegte Start-Flag 12 ab, welches
beispielsweise in gesetztem Zustand ein automatisches Starten, d.h.
ein Booten, des BIST-Controllers 11 anzeigt,
sowie das Programm-Flag 13, welches anzeigt, ob der Standard-Programmcode
aus dem nur lesbaren nichtflüchtigen
Speicher 9 oder ein Programmcode aus dem programmierbaren
nichtflüchtigen
Speicher 10 geladen werden soll (311).
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Mit
Schritt 312 wird eine Taktfrequenz des BIST-Controllers 11 und
somit die Taktrate abzuarbeitender Testvektoren festgelegt. Auch
wenn die Festlegung der Taktfrequenz in diesem Ausführungsbeispiel
nur beim Bootvorgang ausgeführt
ist, erlaubt die BIST-Einheit 4 die Einstellung der Taktfrequenz zu
jedem beliebigen Zeitpunkt, da für
Testzwecke, beispielsweise beim Booten möglichst hohe Taktraten und
für sporadische
Abfragen von Bausteinparametern, insbesondere zur Reduzierung des
Stromverbrauchs, vergleichsweise niedrige Taktraten benötigt werden.
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Nach
dem Laden des Programmcodes wird der BIST-Controller 11 von
dem Programmcode gesteuert. Aufgrund der variablen Gestaltung des
Programmcodes sind im Programmcode verschiedene Bootup-Sequenzen
vorsehbar, wobei im Schritt 313 bestimmt wird, welche Bootup-Sequenz
auszuführen ist.
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Hierzu
fragt der BIST-Controller 11 die weiteren im pogrammierbaren
nichtflüchtigen
Speicher 10 abgelegte Bootup-Flags 14, 15, 16 ab,
die anzeigen, ob und-welche im Programmcode vorgesehenen Bootup-Sequenzen
sequentiell auszuführen
sind, bis eine erfolgreiche Konfiguration und/oder fehlerfreie Testsequenzabarbeitung
erzielt ist. Über
das Pass-Bootup-Flag 16 kann beispielsweise gesteuert werden,
daß nur
diejenige im Programmcode implementierte Bootup-Sequenz ausgeführt wird,
die eine erfolgreiche Konfiguration und/oder fehlerfreie Testsequenzabarbeitung
erzielt.
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Bei
der Abarbeitung der Bootup-Sequenzen werden jeweilige im programmierbaren
nichtflüchtigen
Speicher 10 abgelegte sequenzspezifische Boot-Parameter
verwendet. Ein erfolgreiches Booten führt im Schritt 314 dazu,
daß die
Halbleiterschaltung 1 in einen Monitorbetrieb wechselt.
Führt keine
der Bootup-Sequenzen
zu einer erfolgreichen Konfiguration, wird die Halbleiterschaltung 1 angehalten
(315).
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Im
Monitormodus werden die im Programmcode vorgesehenen Funktionstests
initiiert, d.h. im programmierbaren nichtflüchtigen Speicherbereich 10 abgelegte
Funktionstests oder in der Testeinheit 5 abgelegte Funktionstests
geladen und ausgeführt (Schritt 316).
Zur applikationsnahen Einstellung bzw. zum Testen der Halbleiterschaltung 1 werden
im nachfolgenden Schritt 317 die notwendigen Test-Parameter
geladen.
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Im
nachfolgenden Schritt 318 wird ein geladener Funktionstest
ausgeführt,
wobei zuerst im Schritt 319 der Funktionstest gestartet
wird und ermittelte Daten im Schritt 319 verarbeitet werden.
Den ermittelten bzw. weiter verarbeiteten Daten können im
Schritt 321 weitere Flags zugeordnet werden, die eine Betriebsfähigkeit
des Halbleiterbauelementes anzeigen und/oder ein Auslesen der Parameter
mittels einer Signalcode-Sequenz
im Mode-Register-Set-Modus über
die Standard-Interface 6 oder das
Testinterface 7 der Halbleiterschaltung 1 erlauben.
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Der
Funktionstest wird so lange ausgeführt, bis der BIST-Controller 11 einen
von extern zugeführten
Stop-Befehl codiert, der den Funktionstest anhält (Schritt 322) oder
bis die Halbleiterschaltung 1 abgeschaltet wird.
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In 4 ist beispielhaft die Struktur
eines Befehls eines Programmcodes dargestellt. Der Befehl weist
eine Struktur auf, bei der einzelne Bits bzw. Bitgruppen eines Microcode-Befehls und eines Test-Vektors
kombiniert sind. Der Microcode-Befehl, der den BIST-Controller 11 steuert,
weist in Feld 181 eine Bitgruppe zur Steuerung einer ALU
(Arithmetische Logische Einheit) auf, die ermittelte und/oder abgespeicherte
Daten zu absoluten und relativen Mittelwerten verrechnet sowie bedingte
oder unbedingte, relative und absolute Microcode-Adreßsprünge zum
nächsten
zu ladenden Microcode-Befehl
berechnet. Mit Bits im Feld 182 sind interne Register adressierbar.
weiterhin ist eine Bitgruppe im Feld 183 vorgesehen, die
Lese- und Schreibaktionen zum Ablegen von berechneten Daten und/oder
zum Laden von Daten, steuert. Die Bitgruppe im Feld 184 wird dazu
verwendet, Test-Modi während
des Ausführens des
Mikrocode-Befehl-Teils abzusenden, ohne diese wie üblich unter
Anlegen eines Test-Vektors abzusenden.
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Der
Test-Vektor weist im Feld 191 mehrere Bitgruppen auf, die
zum Setzen von Betriebszuständen
des Halbleiterbauelementes 2 eine timingkritische Schreib-Lese-Adressierung
der Speicherbänke des
Halbleiterbauelementes 2, bei der beispielsweise binäre als Spannungswerte
codierte Daten adreßabhängig geschrieben
oder gelesen werden, ausführen.
Weiterhin sind im Feld 191 Bits zur Aktivierung bestimmter
Funktionstests vorgesehen, die Daten in bestimmte Speicherbereiche
des Halbleiterbauelementes 2 ablegen oder Daten aus bestimmten Speicherbereichen
des Halbleiterbauelementes 2 abrufen.
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Zur
Ausführung
des Test-Vektors weist der Befehl ein Bit im Feld 192 auf,
welches die Test-Vektor-Funktionalität freischaltet. Die Kombination
von Microcode-Befehl und Test-Vektor in einem Befehl erlaubt die
Durchführung
von Tests und Konfigurationen der Halbleiterschaltung 1 im
Normalbetrieb ohne Beeinträchtigung
der Funktion der Halbleiterschaltung 1, da mittels dieser
Befehle nur bausteininterne Teststimuli über das interne Interface 8 abgesetzt werden
und das Standardinterface nicht für Test- und Konfigurationszwecke
benutzt wird.
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Die
zeitliche Abfolge der Ausführung
der einzelnen Kommandos im Mikrocode-Befehl und Test-Vektor (Felder 18 und 19)
sollte vorzugsweise geschickt verteilt werden, so dass Testergebnisse nach
Absenden eines Test-Vektors anschließend mit einem entsprechend
gewählten
Mikrocode-Befehl ausgewertet und verarbeitet werden können. Üblicherweise
wird ein Test-Vektor während
eines Taktes ausgeführt,
der Mikrocode-Befehl wird hingegen in untergeordneten Taktabschnitten
(Phasen) aufgeteilt, um zu verrechnende Daten aus Registern zu holen
oder aus einem zugeordneten Speicher zu laden, miteinander zu verrechnen
und anschließend
zurückzuschreiben
oder zu speichern.
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5 zeigt den Aufbau eines
aus dem programmierbaren nichtflüchtigen
Speicher 10 geladenen Programmcodes. Der Programmcode weist
Programmzeilen 50 auf, die jeweils einen Befehl aus der Kombination
eines Mikrocode-Befehls und eines Test-Vektor-Befehls umfassen und
sequentiell abgearbeitet werden.
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Der
Programmcode beinhaltet in Feldern 51, 52, 53 mehrere
Bootup-Sequenzen, die in Abhängigkeit
des Zustands abzufragender Bootup-Flags, wie vorab beschrieben,
ausgeführt
werden. Führt
eine Bootup-Sequenz zur erfolgreichen Konfiguration und/oder fehlerfreien
Testsequenzabarbeitung wird ein Sprung zu einer Adresse 100 in
ein Feld 54 ausgeführt.
An dieser Stelle erfolgt ein Laden von Test-Parametern aus dem programmierbaren
nichtflüchtigen
Speicher 10, die in einem nachfolgenden auszuführenden
Testscript in Feld 55 verwendet werden. Nach Beendigung
des Testscripts wird das Testscript neu gestartet und endlos ausgeführt.
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Die
vorliegende Erfiridung ermöglicht
die Verwendung der BIST-Einheit
als flexibles, frei programmierbares Testsystem, welches sowohl
in der Fertigung insbesondere jedoch bei einem Kunden während des
Normalbetriebs der Halbleiterschaltung zum Einsatz kommen kann.
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- 1
- Halbleiterschaltung
- 2
- Halbleiterbauelement
- 3
- Speicherbank
- 4
- BIST-Einheit
- 5
- Testeinheit
- 6
- Standard-Interface
- 7
- Test-Interface
- 8
- internes
Interface
- 9
- lesbarer
nichtflüchtiger
Speicher
- 10
- programmierbarer
nichtflüchtiger
Speicher
- 11
- BIST-Controller
- 12
- Flag
- 13
- Flag
- 14
- Flag
- 15
- Flag
- 16
- Flag
- 17
- flüchtiger
Speicher
- 18
- Microcode-Befehl
- 19
- Test-Vektor