Η συνεχής μείωση των διαστάσεων των ψηφιακών κυκλωμάτων σε συνδυασμό με την ολοένα αυξανόμενη πολυπλοκότητά τους, έχει οδηγήσει στην απαίτηση για αξιοπιστία και συνεπώς στην εφαρμογή τεχνικών ελέγχου για την εξασφάλιση της ορθής λειτουργίας τους. Οι βασικοί τρόποι εφαρμογής του ελέγχου σε ένα κύκλωμα μετά την κατασκευή του και την τοποθέτησή του στη συσκευασία είναι ο εξωτερικός (off-chip – εξολοκλήρου χρήση εξωτερικού ελεγκτή ATE), ο BIST (Built-In Self Test – μηδενική χρήση ATE) και ο ενσωματωμένος (embedded – συνδυασμός χρήσης ATE με ενσωματωμένες δομές ελέγχου). Η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στη χρήση του ενσωματωμένου ελέγχου και συγκεκριμένα σε μια κατηγορία αυτού που ονομάζεται εμφώλευση συνόλου δοκιμής (test set embedding) στην οποία το σύνολο δοκιμής ενσωματώνεται σε μια μεγαλύτερη ακολουθία καταστάσεων ενός κυκλώματος παραγωγής διανυσμάτων δοκιμής. Σε αυτή τη διπλωματική εργασία προτείνεται μια νέα μέθοδος για ενσωματωμένο έλεγχο που κάνει χρήση της ανατροφοδότησης (reseeding) για έλεγχο με χρήση ολισθητή γραμμικής ανάδρασης (LFSR). Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται είτε σε απλές αρχιτεκτονικές ελέγχου με LFSR, είτε σε πολυφασικές αρχιτεκτονικές, πάντα για κυκλώματα με πολλαπλές αλυσίδες. Στην πολυφασική αρχιτεκτονική εκμεταλλευόμαστε τις ακολουθίες από bits που εξάγονται από διάφορες βαθμίδες ενός LFSR, το οποίο χρησιμοποιείται για την παραγωγή διανυσμάτων δοκιμής, για να κωδικοποιήσουμε το σετ ελέγχου της υπό δοκιμή λειτουργικής μονάδας. Παρουσιάζεται ένας νέος αλγόριθμος, ο οποίος περιλαμβάνει τέσσερα κριτήρια για την αποδοτική επιλογή νέων αρχικών καταστάσεων και των βαθμίδων του LFSR. Τέλος παρουσιάζεται και μια μεθοδολογία μείωσης του μήκους της παραγόμενης ακολουθίας δοκιμής. Στη συνέχεια και για να συγκρίνουμε τα αποτελέσματα που εξάγονται από την παραπάνω μέθοδο υλοποιήθηκε μια νέα τεχνική που έχει προταθεί πρόσφατα στη βιβλιογραφία. Η μέθοδος αυτή καλείται REusing Scan chains for test Pattern decompressIoN (RESPIN) και έχει κύριο χαρακτηριστικό την εμφώλευση του συνόλου δοκιμής. Σύμφωνα με τη μέθοδο αυτή η αποσυμπίεση των διανυσμάτων που ελέγχουν μια λειτουργική μονάδα γίνεται με τη χρήση αλυσίδων ελέγχου μιας δεύτερης λειτουργικής μονάδας που βρίσκεται μέσα στο chip και που τη στιγμή του ελέγχου είναι σε αδρανή κατάσταση. Έπειτα από εκτενή σύγκριση των δυο προαναφερθέντων τεχνικών καθώς και άλλων τεχνικών που αναφέρονται στη βιβλιογραφία καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι ο συνδυασμός του αλγόριθμου επιλογής νέων αρχικών καταστάσεων ενός LFSR με την τεχνική μείωσης των ακολουθιών ελέγχου αποτελεί ελκυστική λύση και παρέχει καλύτερα αποτελέσματα τόσο ως προς το πλήθος των δεδομένων που αποθηκεύονται στο ΑΤΕ, όσο και ως προς το μήκος των ακολουθιών δοκιμής. / The continual reduction of digital systems’ size in combination to the increase of their complexity, leads to the need of reliability. Consequently it is necessary to apply testing techniques in order to ensure the right functionality. The ways to apply the testing in an in package circuit is the external (off-chip – total use of the external ATE), the BIST (Built-In Self Test – no use of ATE) and the embedded (use of external ATE in combination to embedded test structures). This diploma thesis focus in the embedded testing and particular in test set embedding. In this technique the test set is embodied in a larger state sequence of a test pattern generator circuit. In this diploma thesis we suggest a new method of embedded testing which uses the reseeding of a LFSR. This method is used either in simple architectures with LFSR, or in multiphase architectures, always for circuits with multiple scan chains. In the multiphase architecture we take advantage of the sequence of bits that are driven by the various stages of a LFSR, which is used to generate test patterns, in order to embody the test set of the circuit under test. We present a new algorithm, which include four standards for the efficient selection of new seeds and states of the LFSR. Finally, we present a new method for test sequence length reduction. After that and in order to compare the results of the above method we implement a new technique, which has been suggested recently in the bibliography. This method is called REusing Scan chains for test Pattern decompressIoN (RESPIN) and its main characteristic is the test set embedding. According to this method, the decompression of test patterns is accomplished using the scan chains of another on-chip module, which is in idle state during the test. After a thorough comparison of these two techniques we conclude that the combination of the seed selection algorithm with the test sequence length reduction technique comprise an attractive solution and gives better results for the amount of data to be stored in the external ATE and for the test sequence length.

Η διατριβή ασχολείται με το αντικείμενο του ελέγχου ορθής λειτουργίας κυκλωμάτων κατά τον οποίο λαμβάνεται υπόψη και η συμπεριφορά ως προς την κατανάλωση ισχύος. Οι τεχνικές που προτείνονται αφορούν α) τη συμπίεση ενός συνόλου δοκιμής σε περιβάλλον ενσωματωμένου ελέγχου με χρήση εξωτερικών ελεγκτών, β) την εμφώλευση διανυσμάτων δοκιμής σε περιβάλλον ενσωματωμένου ελέγχου και γ) τη μείωση της κατανάλωση ισχύς και ενέργειας σε περιβάλλον εξωτερικού ελέγχου. Η συμπίεση των δεδομένων βασίζεται στην παρατήρηση ότι ένα διάνυσμα δοκιμής μπορεί να παραχθεί από το προηγούμενό του με την αντικατάσταση κάποιων τμημάτων του. Μεγαλύτερη συμπίεση επιτυγχάνεται όταν γίνει αναδιαταξή διανυσμάτων και αναδιάταξη των φλιπ-φλοπ της αλυσίδας ανίχνευσης. Αν η αναδιάταξη των φλιπ-φλοπ γίνει με βάση τη συχνότητα αλλαγών κατάστασης γειτονικών φλιπ-φλοπ τότε επιτυγχάνεται και μείωση της κατανάλωσης ισχύος. Όσον αφορά τις τεχνικές ενσωματωμένου αυτοελέγχου, μελετήθηκε το πρόβλημα της εμφώλευσης διανυσμάτων δοκιμής. Προτάθηκαν αποδοτικά κυκλώματα παραγωγής διανυσμάτων δοκιμής βασισμένα σε ολισθητές γραμμικής ανάδρασης και δέντρα πυλών XOR και σε ολισθητές συνδυασμένους με δέντρα πυλών OR. Όταν τα κυκλώματα υπό έλεγχο είναι κανονικής μορφής όπως είναι οι αθροιστές του αριθμητικού συστήματος υπολοίπων, προτείνονται κυκλώματα που εκμεταλεύονται την κανονική μορφή του συνόλου δοκιμής. Τέλος, σε περιβάλλον εξωτερικού ελέγχου, προτείνονται μέθοδοι αναδιάταξης διανυσμάτων δοκιμής με επανάληψη διανυσμάτων που μειώνουν την κατανάλωση. Οι μέθοδοι αυτές βασίζονται στην επιλογή των κατάλληλων ελάχιστων γεννητικών δέντρων και στη μετατροπή των κατάλληλων επαναλαμβανόμενων διανυσμάτων επιτυγχάνοντας σημαντική μείωση στην κατανάλωση ενέργειας, στη μέση και στη μέγιστη κατανάλωση ισχύος. / The dissertation is focused on VLSI testing while power dissipation is also taken into account. The techniques proposed are: a) test data compression in an embedded test environment, b) test set embedding in a built-in self test environment and c) reduction in test power dissipation in an external testing environment. Test data compression is based on the observation that a test vector can be produced from the previous one by replacing some parts of the previous vector with new parts of the current vector. The compression is even higher when the test vectors are ordered and scan cell reordering is also performed. If the scan cell reordering is based on a transition frequency approach then reduction in power dissipation is also achieved. In the case of built-in self test the problem of test set embedding was studied and efficient circuits based on linear feedback shift registers combined with XOR trees or shift registers combined with OR trees were proposed. If the circuits have a regular structure, such as the structure of residue number system adders, then a circuit taking advantage of the regular form of the test set can be derived. Finally, when external testing is considered, we proposed test vector ordering with vector repetition methods, which reduce power consumption. The methods are based on the selection of the appropriate minimum spanning trees and through the modification of the repeated vectors they achieve considerable savings in energy, average and peak power dissipation.

Στην εργασία, αυτή, εξετάζονται οι μέθοδοι συμπίεσης του συνόλου δοκιμής με τη χρήση πινάκων που έχουν ήδη προταθεί και προτείνεται μία νέα μέθοδος συμπίεσης δεδομένων δοκιμής για πυρήνες που ο έλεγχος ορθής λειτουργίας υλοποιείται μέσω μονοπατιών ολίσθησης. Η νέα μέθοδος επαναχρησιμοποιεί μπλοκ του πίνακα για τη σύνθεση διανυσμάτων δοκιμής. Δύο νέοι αλγόριθμοι παρουσιάζονται για επιλεκτική και πλήρη καταχώρηση τμημάτων του συνόλου δοκιμής σε πίνακα. Η προτεινόμενη μέθοδος συγκρίνεται με τις υπάρχουσες μεθόδους ως προς το ποσοστό συμπίεσης αλλά και ως προς το κόστος υλοποίησης. Για την αξιολόγηση της μεθόδου λαμβάνονται υπόψη σύνολα δοκιμής που έχουν παραχθεί για την ανίχνευση απλών σφαλμάτων μόνιμης τιμής, απλών σφαλμάτων μόνιμης τιμής με πολλαπλότητα ανίχνευσης Ν (Ν-detect) και σφαλμάτων καθυστέρησης μετάβασης. / In this work we refer to dictionary based test data compression methods. At first the already known dictionary based test data compression methods are comparably presented. Then we propose a new method and we show that the test data compression achieved by a dictionary based method can be improved significantly by suitably reusing parts of the dictionary entries. To this end two new algorithms are proposed, suitable for partial and complete dictionary coding respectively. For the evaluation of the proposed method, test sets have been generated and used based on the stuck-at fault model for single and N detection of each fault as well as on the transition fault model.