JP2719547B2 - 疑似乱数パターン発生器 - Google Patents

疑似乱数パターン発生器

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JP2719547B2 JP3332300A JP33230091A JP2719547B2 JP 2719547 B2 JP2719547 B2 JP 2719547B2 JP 3332300 A JP3332300 A JP 3332300A JP 33230091 A JP33230091 A JP 33230091A JP 2719547 B2 JP2719547 B2 JP 2719547B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はパターン発生器に係り、
特に演算器等の同一の機能モジュールが規則的に並べら
れる試験対象回路に対して組み込み、自己試験(Built-
In Self Test) を行う際にテストパターンを発生させる
疑似乱数パターン発生器に関する。
【0002】
【従来の技術】演算器等のビット毎に切り分けられた繰
り返し論理構成の回路である試験対象回路に対するテス
トパターンを人手で作成する場合、通常、繰り返しパタ
ーンを考えることが多く、実際に繰り返しパターンで効
率よく故障を検出できることが知られている。また、高
い故障検出率を得るために、必ずしも全入力ビット分の
乱数を発生させる必要はない。
【0003】現在、主流を占めている組み込み自己テス
トにおけるテストパターン発生装置としては、疑似乱数
パターンを発生させる線形帰還シフトレジスタ(Liner
Feedback Shift Register)や重み付け線形帰還シフトレ
ジスタが主流である。
【0004】図9は従来の疑似乱数発生器の構成を示
す。この従来の例は線形帰還シフトレジスタ91を用い
ている。この手法は繰り返し論理構成をとる回路である
試験対象回路92の入力数分のビット幅を持つ線形帰還
シフトレジスタ91を用いて疑似乱数パターンを発生さ
せ、その出力をそのまま試験対象回路92の入力に接続
する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、テスト
パターン発生装置として線形帰還シフトレジスタや重み
付け線形帰還シフトレジスタを用いる方法では、テスト
する回路の入力数分のビット幅を持つ線形帰還シフトレ
ジスタを用いる必要があり、多入力の回路に対しては、
多くのハードウェア量を必要とするという問題がある。
また、線形帰還シフトレジスタは高い故障検出率を得る
ために多くのパターン数を必要とし、多くの試験実行時
間が必要となり、それに伴ってパターン評価のために多
くの故障シミュレーション時間が必要となるという問題
がある。重み付け線形帰還シフトレジスタは故障検出率
の収束性が向上するためパターン数は減るが、論理和、
論理積ゲート等の重み付けのためのハードウェア量がさ
らに必要となるという問題がある。
【0006】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
多くの故障シミュレーション時間を必要とせず、少ない
ハードウェア量でテストパターンを生成することができ
る繰り返し疑似乱数パターン発生器を提供することを目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理構成
を示す。本発明は、配列上に配置される同一の機能を有
するモジュール11 〜1n にデータを与えるデータ入力
部4と、制御信号及びキャリーを与える制御入力部5を
含む試験対象回路2に組み込まれ、自己試験行う際
に、テストパターンを発生させる疑似乱数パターン発生
器において、試験対象回路2のデータ入力部4に対して
データ入力数N(N=2,3,4…)分の1の数の出
力ビット幅を持ち疑似乱数を生成する線形帰還シフト
レジスタ3と、線形帰還シフトレジスタ3で生成された
疑似乱数をデータ入力部4に出力する繰り返し乱数出力
部6とを有する
【0008】
【作用】本発明は、データ入力部と、制御入力部を有
し、同一の機能を有するモジュールで構成される試験対
象回路に対して入力数のN(N=2,3,…)分の1の
数の出力ビット幅を持つ疑似乱数発生器の線形帰還シフ
トレジスタを用い、繰り返し疑似乱数を発生させること
により、少ないハードウェアで自己試験のためのテスト
パターンを発生させることができる。
【0009】
【実施例】先ず、本発明の概要を説明する。図2は本発
明の繰り返し論理構成をとる試験対象回路の構成を示
す。繰り返し論理構成をとる試験対象回路12は複数の
同一の機能のモジュール11が直線状に配列され、それ
ぞれのモジュール11同士が結合されて構成される。モ
ジュール11はそれぞれ、後述の繰り返し疑似乱数発生
器から入力されるデータを入力するデータ入力部13
と、繰り返し疑似乱数発生器から入力される制御信号、
キャリー等が一括して与えられる制御入力部14を有す
る。
【0010】図3は本発明の繰り返し疑似乱数発生器の
構成を示す。繰り返し疑似乱数発生器20は上記の試験
対象回路12のデータ入力部13へ入力する入力数のN
(N=2,3,4…)分の1の数の出力ビット幅を持つ
疑似乱数を発生する線形帰還シフトレジスタ21(LF
SR)と、線形帰還シフトレジスタ21から発生される
繰り返し疑似乱数を試験対象回路12のデータ入力部1
3に繰り返し入力する繰り返し乱数出力部22を有す
る。
【0011】繰り返し疑似乱数発生器20は、試験対象
回路12のデータ入力部13の入力数のN(N=2,3
…)分の1の数の出力ビット幅を持つ疑似乱数を発生す
る線形帰還シフトレジスタ21によりその出力をN本に
分配し、繰り返し乱数出力部22に繰り返し疑似乱数を
出力する
【0012】繰り返し疑似乱数発生器20から生成され
る繰り返し疑似乱数を試験対象回路12のデータ入力部
13に繰り返し入力するために、この繰り返し乱数出力
部22と試験対象回路12のデータ入力部13が結合さ
れることにより、繰り返し疑似乱数発生器20と試験対
象回路12を結合する。
【0013】繰り返し疑似乱数発生器20の中核となる
線形帰還シフトレジスタ21のビット幅は、線形帰還シ
フトレジスタ21から発生される乱数が、繰り返しモジ
ュール11単体にではなく、2つ以上のモジュール11
nに対して繰り返し与えられるように生成する。これ
は、繰り返し乱数を与える単位を一つの機能モジュール
とした場合、単体モジュールの試験は可能であるが、モ
ジュール11間の結合試験ができないため、検出できな
い故障が生じてしまうためである。最終的な線形帰還シ
フトレジスタ21のビット幅は、故障シミュレーション
により見逃し故障率が予め設定した故障検出率の許容値
以内(95%)に収まるように決定する。
【0014】試験対象回路12の制御入力部14に対す
るパターン発生方法としては、上記の線形帰還シフトレ
ジスタ21のビット幅を制御入力数分だけ増やし、増や
したビットの出力をそのまま分配せずに試験対象回路1
2の制御入力部14の入力に結合する。試験対象回路1
2の制御入力部14に対するパターン発生方法として
は、別の線形帰還シフトレジスタ、カウンタ等のパター
ン発生器により実現しても良い。
【0015】同一の機能モジュールが直線状に配置さ
れ、且つ結合された繰り返し論理構成をとる代表的な回
路である32ビットリプル桁上げ加算器と32ビット桁
上げ先見型加算器に上記の試験対象回路12と繰り返し
疑似乱数発生器20を適用した場合の実施例を示す。
【0016】図4は本発明の第1の実施例の試験対象回
路を説明するための図である。本実施例は、本発明をリ
プル桁上げ加算器に適用した場合について説明する。同
図に示すように、32ビットリプル桁上げ加算器のモデ
ルは、3入力2出力の全加算器モジュール31を32個
並列に並べ、その各々のモジュールは1本のキャリー伝
搬線32により結合され、最下位モジュール3132
は、キャリー入力ピンCI33、最上位モジュール31
1 には、キャリー出力ピンCO34が接続されている。
データ入力ピン35は繰り返し疑似乱数発生器20と接
続されている。
【0017】上記の32ビットリプル桁上げ加算器モデ
ルに対して、繰り返し疑似乱数発生器20を適用した場
合の構成は図5に示される。図5は本発明の第1の実施
例の繰り返し疑似乱数発生器を説明するための図であ
る。繰り返し疑似乱数発生器20は、5ビット出力の線
形帰還シフトレジスタ41(5bit LFSR)を用い
る。シフトレジスタ41の5ビットの出力のうち、1ビ
ットをキャリー入力ピン42に接続し、残りの4ビット
をシフトレジスタ41用としてシフトレジスタ41から
生成される疑似乱数を図5に示すように2つの全加算器
モジュール31の4本のデータ入力部44に繰り返して
与える。ここで、繰り返し乱数を与える単位として、2
つの全加算器モジュールを合わせたものとしている理由
は、繰り返し乱数を与える単位を1つの全加算器モジュ
ールにした場合、全加算器単体の試験は可能であるが、
全加算器間の結合試験ができないため、ハードウェア用
は減るが、逆に検出できない故障が生じてしまうからで
ある。
【0018】32ビットリプル桁上げ加算器の入力数
は、全65ビットであるため、通常の疑似乱数発生器を
用いた場合、65ビットの疑似乱数発生器が必要となる
が、これを上記のように、繰り返し構成とすることによ
り5ビットの疑似乱数発生器で実現可能となる。
【0019】図6は本発明の第2の実施例の試験対象回
路を説明するための図である。本実施例は本発明を桁上
げ先見型加算器に適用した場合について説明する。図6
は4ビット桁上げ先見型加算器ユニット51を8個並列
に並べ、その各々のモジュール511 〜518 は、1本
のキャリー伝搬ピン52により結合され、最下位モジュ
ール518 には、キャリー入力ピンCI53、最上位モ
ジュール511 には、キャリー出力ピンCO54が接続
されている。
【0020】図7に示す桁上げ先見型加算器ユニットは
半加算器部61、キャリー算出部62、63、排他的論
理和部64から構成される。上記の桁上げ先見型加算器
モデルに対して、繰り返し、疑似乱数発生器20を適用
した場合について説明する。図8は本発明の第2の実施
例の繰り返し乱数発生器を説明するための図を示す。繰
り返し乱数発生器20としては、17ビット出力の線形
帰還シフトレジスタ71(17bit LFSR)を用いる。
この桁上げ先見型加算器に対する繰り返し乱数発生器
は、17ビットの出力のうち、1ビットをキャリー入力
ピン53に接続し、残りの16ビットを繰り返し乱数発
生器として、それから発生する疑似乱数を疑似乱数出力
部74を介して2つの桁上げ先見型加算器ユニット51
1 〜51 8 の16本のデータ入力部55(図6)に繰り
返して与える。ここでキャリー入力ピン53は図6に示
すものと同様のものである。
【0021】本実施例では、繰り返し乱数を与える単位
は、2つの桁上げ先見型加算器ユニットを合わせたもの
とする。これは、リプル桁上げ加算器の場合と同様に、
繰り返し乱数を与える単位を1つの桁上げ先見型加算器
ユニットとした場合、単体の試験は可能であるが、ユニ
ット間の結合試験ができないため、ハードウェア量は減
るが、逆に検出できない故障が生じてしまうためであ
る。32ビット桁上げ先見型加算器の入力数は全65ビ
ットであるため、通常の疑似乱数発生器を用いた場合、
65ビットの線形帰還シフトレジスタが必要となるが、
これを上記のように繰り返し構成することにより、17
ビットの線形帰還シフトレジスタで実現可能となる。以
上、繰り返し疑似乱数発生器を代表的な2つの加算器に
適用した実施例を示したが、繰り返し論理構成をとる回
路であれば、同一機能モジュールが直線状に配置された
回路として、加算器よりもさらに複雑な構成をとる算術
論理演算ユニット(ALU)や、同一機能モジュールが
配列状に配置された回路として、乗算器等に対しても繰
り返し疑似乱数発生器は有効である。
【0022】なお、繰り返し疑似乱数発生器を25種類
の算術・論理・比較演算機能・オーバーフロー検出機能
等の機能を備えた16ビット算術論理演算ユニットや、
2次のブース方式、桁上げ保存加算器方式を採用した1
6ビット乗算器に適用し、シミュレーションを行った結
果、加算器の場合と同様に少ないハードウェア量(25
%〜60%)、少ないパターン数(10%〜40%)で
高い故障検出率を持ったパターン発生器が構成可能であ
る。
【0023】上記2つの実施例で示した32ビットリプ
ル桁上げ加算器、32ビット桁上げ先見型加算器に対
し、必要となる疑似乱数発生器のビット幅は、それぞ
れ、5ビット、17ビットであり、加算器の入力数分の
疑似乱数発生器を用いる従来の方法と比較して7.7
%,26.2%のビット数で実現できる。
【0024】また、これらの疑似乱数発生器のビット幅
は、同一機能のモジュール数、つまり加算器のビット幅
によって変化しない。よって、64ビット加算器、12
8ビット加算器を考えた場合も、上記のビット幅の疑似
乱数発生器で繰り返し乱数発生器を構成可能で、飛躍的
にハードウェア量の削減が可能である。
【0025】リプル桁上げ加算器に対し、図4に示した
本発明による繰り返し疑似乱数発生器を適用したモデル
と、従来の手法である入力数のビット幅の疑似乱数発生
器を適用したモデルに対し、実際に故障シミュレーショ
ンを行った場合のパターン数と故障検出率の関係を表1
に示す。
【表1】
【0026】桁上げ先見型加算器に対し図6に示した本
発明による繰り返し疑似乱数発生器を適用したモデル
と、従来の方法である入力数のビット幅の疑似乱数発生
器を適用したモデルに対して実際に故障シミュレーショ
ンを行った場合のパターン数と故障検出率の関係を表2
に示す。
【表2】
【0027】上記に示すように、繰り返し疑似乱数発生
器において故障検出率100%を得るためのパターン数
は従来の方法の疑似乱数発生器と比較して、リプル桁上
げ加算器の場合2%、桁上げ先見加算器の場合の10%
程度になり、製造試験時の試験時間を短縮可能であり、
また、パターン発生器から発生されるパターンの評価の
ための故障シミュレーション時間を飛躍的に少なくする
ことができる。
【0028】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、繰り返
し疑似乱数発生器を繰り返し論理構成をとる多入力の回
路に適用した場合に、従来の入力ビット幅分の線形帰還
シフトレジスタを用いた場合と比較して、少ないビット
幅の線形帰還シフトレジスタで実現可能であり、さらに
試験用のハードウェア量を削減できる。
【0029】また、繰り返し乱数を試験対象回路に与え
るにすることによって、1パターンあたりの故障検出効
率が良くなり、高い故障検出を得るために試験対象回路
に与えるパターン数が少なくて済み、製造試験時間を短
縮可能であり、また、パターン評価のための故障シミュ
レーション時間を節約できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理構成図である。
【図2】本発明の繰り返し論理構成をとる試験対象回路
の構成を示す図である。
【図3】本発明の繰り返し疑似乱数発生器の構成を示す
図である。
【図4】本発明の第1の実施例を説明するための図であ
る(32ビットリプル桁上げ加算器の構成)。
【図5】本発明の第1の実施例を説明するための図であ
る(リプル桁上げ加算器に対する繰り返し疑似乱数発生
器)。
【図6】本発明の第2の実施例の試験対象回路を説明す
るための図である(32ビット桁上げ先見加算器の構
成)。
【図7】本発明の第2の実施例の試験対象回路を説明す
るための図である(4ビット桁上げ先見型加算器ユニッ
ト)。
【図8】本発明の第2の実施例の繰り返し乱数発生器を
説明するための図である(桁上げ先見型に対する繰り返
し乱数発生器)。
【図9】従来の疑似乱数発生器を示す図である。
【符号の説明】
1 モジュール 2 試験対象回路 3 線形帰還シフトレジスタ 4 データ入力部 5 制御入力部 6 疑似乱数出力部 11 同一機能モジュール 12 試験対象回路 13 データ入力部 14 制御入力部 21 線形帰還シフトレジスタ 22 繰り返し乱数出力部 31 全加算器モジュール 32 キャリー伝搬線 33 キャリー入力ピン 34 キャリー出力ピン 35 データ入力ピン 36 データ出力ピン 41 5ビット線形帰還シフトレジスタ 42 キャリー入力ピン 44 データ入力 51 4ビット桁上げ先見型加算器ユニット 52 キャリー伝達線 53 キャリー入力ピン 54 キャリー出力ピン 55 データ入力ピン 56 データ出力ピン 61 半加算器 62 論理積ゲート 63 論理和ゲート 54 排他的論理和ゲート 71 17ビット線形帰還シフトレジスタ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 配列上に配置される同一の機能を有する
    モジュールにデータを与えるデータ入力部と、制御信号
    及びキャリーを与える制御入力部を有する試験対象回路
    に組み込まれ、自己試験行う際に、テストパターンを
    発生させる疑似乱数パターン発生器において、 前記試験対象回路のデータ入力部に対してデータ入力数
    N(N=2,3,4…)分の1の数の出力ビット幅を
    持ち疑似乱数を生成する線形帰還シフトレジスタと、 前記疑似乱数を前記データ入力部に出力する繰り返し乱
    数出力部とを有することを特徴とする疑似乱数パターン
    発生器。
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