Este trabalho tem como objetivo estudar e avaliar técnicas para a aceleração de algoritmos de análise de timing funcional (FTA - Functional Timing Analysis) baseados em geração automática de testes (ATPG – Automatic Test Generation). Para tanto, são abordados três algoritmos conhecidos : algoritmo-D, o PODEM e o FAN. Após a análise dos algoritmos e o estudo de algumas técnicas de aceleração, é proposto o algoritmo DETA (Delay Enumeration-Based Timing Analysis) que determina o atraso crítico de circuitos que contêm portas complexas. O DETA está definido como um algoritmo baseado em ATPG com sensibilização concorrente de caminhos. Na implementação do algoritmo, foi possível validar o modelo de computação de atrasos para circuitos que contêm portas complexas utilizando a abordagem de macro-expansão implícita. Além disso, alguns resultados parciais demonstram que, para alguns circuitos, o DETA apresenta uma pequena dependência do número de entradas quando comparado com a dependência no procedimento de simulação. Desta forma, é possível evitar uma pesquisa extensa antes de se encontrar o teste e assim, obter sucesso na aplicação de métodos para aceleração do algoritmo.

No intuito de validar seus projetos de sistemas integrados, o Grupo de Microeletrônica da UFRGS tem investido na inserção de estruturas de teste nos núcleos de hardware que tem desenvolvido. Um exemplo de tal tipo de sistema é a “caneta tradutora”, especificada e parcialmente desenvolvida por Denis Franco. Esta caneta se utiliza de um microcontrolador 8051 descrito em VHDL, o qual ainda carece de estruturas dedicadas com funções orientadas à testabilidade. Este trabalho exemplifica a integração de teste em um circuito eletrônico préprojetado. Neste caso específico, foi utilizado o microcontrolador 8051 fonte compatível que será inserido no contexto da caneta tradutora. O método utilizado apoiou-se na norma IEEE1149.1, destinada a definir uma infra-estrutura baseada na técnica do boundary scan para o teste de placas de circuito impresso. São apresentadas características de testabilidade desenvolvidas para o microcontrolador, utilizando-se a técnica do boundary scan em sua periferia e a técnica do scan path em seu núcleo. A inserção destas características de teste facilita a depuração e testes em nível de sistema, imaginando-se o sistema como algo maior, fazendo parte do sistema da caneta tradutora como um todo. São elaborados exemplos de testes, demonstrando a funcionalidade do circuito de teste inserido neste núcleo e a possibilidade de detecção de falhas em pontos distintos do sistema. Finalmente, avalia-se o custo associado à integração desta infra-estrutura de teste, tanto em termos de acréscimo de área em silício, quanto em termos de degradação de desempenho do sistema.

Com a crescente demanda por produtos eletrônicos de consumo de alta complexidade, o mercado necessita de um rápido ciclo de desenvolvimento de produto com baixo custo. O projeto de equipamentos eletrônicos baseado no uso de núcleos de propriedade intelectual ("IP cores") proporciona flexibilidade e velocidade de desenvolvimento dos chamados "sistemas num chip". Entretanto, os custos do teste destes sistemas podem alcançar um percentual significativo do valor total de produção, principalmente no caso de sistemas contendo "IP cores" analógicos ou "mixed-signal". Técnicas de teste embarcado (BIST e DFT) para circuitos analógicos, embora potencialmente capazes de minimizar o problema, apresentam limitações que restringem seu emprego a casos específicos. Algumas técnicas são dependentes do circuito, necessitando reconfiguração do circuito sob teste, e não são, em geral, utilizáveis em RF. No ambiente de "sistemas num chip", como recursos de processamento e memória estão disponíveis, eles poderiam ser utilizados durante o teste. No entanto, a sobrecarga de adicionar conversores AD e DA pode ser muito onerosa para a maior parte dos sistemas, e o roteamento analógico dos sinais pode não ser possível, além de poder introduzir distorção do sinal. Neste trabalho um digitalizador simples e de baixo custo é usado ao invés de um conversor AD para possibilitar a implementação de estratégias de teste no ambiente de "sistemas num chip". Graças ao baixo acréscimo de área analógica do conversor, múltiplos pontos de teste podem ser usados. Graças ao desempenho do conversor, é possível observar características dos sinais analógicos presentes nos "IP cores", incluindo a faixa de freqüências de RF usada em transceptores para comunicações sem fio. O digitalizador foi utilizado com sucesso no teste de circuitos analógicos de baixa freqüência e de RF. Como o teste é baseado no domínio freqüência, características nãolineares como produtos de intermodulação podem também ser avaliadas. Especificamente, resultados práticos com protótipos foram obtidos para filtros de banda base e para um mixer a 100MHz. A aplicação do conversor para avaliação da figura de ruído também foi abordada, e resultados experimentais utilizando amplificadores operacionais convencionais foram obtidos para freqüências na faixa de áudio. O método proposto é capaz de melhorar a testabilidade de projetos que utilizam circuitos de sinais mistos, sendo adequado ao uso no ambiente de "sistemas num chip" usado em muitos produtos atualmente. / With the ever increasing demands for high complexity consumer electronic products, market pressures demand faster product development and lower cost. SoCbased design can provide the required design flexibility and speed by allowing the use of IP cores. However, testing costs in the SoC environment can reach a substantial percent of the total production cost. Analog testing costs may dominate the total test cost, as testing of analog circuits usually require functional verification of the circuit and special testing procedures. For RF analog circuits commonly used in wireless applications, testing is further complicated because of the high frequencies involved. In summary, reducing analog test cost is of major importance in the electronic industry today. BIST techniques for analog circuits, though potentially able to solve the analog test cost problem, have some limitations. Some techniques are circuit dependent, requiring reconfiguration of the circuit being tested, and are generally not usable in RF circuits. In the SoC environment, as processing and memory resources are available, they could be used in the test. However, the overhead for adding additional AD and DA converters may be too costly for most systems, and analog routing of signals may not be feasible and may introduce signal distortion. In this work a simple and low cost digitizer is used instead of an ADC in order to enable analog testing strategies to be implemented in a SoC environment. Thanks to the low analog area overhead of the converter, multiple analog test points can be observed and specific analog test strategies can be enabled. As the digitizer is always connected to the analog test point, it is not necessary to include muxes and switches that would degrade the signal path. For RF analog circuits, this is specially useful, as the circuit impedance is fixed and the influence of the digitizer can be accounted for in the design phase. Thanks to the simplicity of the converter, it is able to reach higher frequencies, and enables the implementation of low cost RF test strategies. The digitizer has been applied successfully in the testing of both low frequency and RF analog circuits. Also, as testing is based on frequency-domain characteristics, nonlinear characteristics like intermodulation products can also be evaluated. Specifically, practical results were obtained for prototyped base band filters and a 100MHz mixer. The application of the converter for noise figure evaluation was also addressed, and experimental results for low frequency amplifiers using conventional opamps were obtained. The proposed method is able to enhance the testability of current mixed-signal designs, being suitable for the SoC environment used in many industrial products nowadays.

Com a crescente demanda por produtos eletrônicos de consumo de alta complexidade, o mercado necessita de um rápido ciclo de desenvolvimento de produto com baixo custo. O projeto de equipamentos eletrônicos baseado no uso de núcleos de propriedade intelectual ("IP cores") proporciona flexibilidade e velocidade de desenvolvimento dos chamados "sistemas num chip". Entretanto, os custos do teste destes sistemas podem alcançar um percentual significativo do valor total de produção, principalmente no caso de sistemas contendo "IP cores" analógicos ou "mixed-signal". Técnicas de teste embarcado (BIST e DFT) para circuitos analógicos, embora potencialmente capazes de minimizar o problema, apresentam limitações que restringem seu emprego a casos específicos. Algumas técnicas são dependentes do circuito, necessitando reconfiguração do circuito sob teste, e não são, em geral, utilizáveis em RF. No ambiente de "sistemas num chip", como recursos de processamento e memória estão disponíveis, eles poderiam ser utilizados durante o teste. No entanto, a sobrecarga de adicionar conversores AD e DA pode ser muito onerosa para a maior parte dos sistemas, e o roteamento analógico dos sinais pode não ser possível, além de poder introduzir distorção do sinal. Neste trabalho um digitalizador simples e de baixo custo é usado ao invés de um conversor AD para possibilitar a implementação de estratégias de teste no ambiente de "sistemas num chip". Graças ao baixo acréscimo de área analógica do conversor, múltiplos pontos de teste podem ser usados. Graças ao desempenho do conversor, é possível observar características dos sinais analógicos presentes nos "IP cores", incluindo a faixa de freqüências de RF usada em transceptores para comunicações sem fio. O digitalizador foi utilizado com sucesso no teste de circuitos analógicos de baixa freqüência e de RF. Como o teste é baseado no domínio freqüência, características nãolineares como produtos de intermodulação podem também ser avaliadas. Especificamente, resultados práticos com protótipos foram obtidos para filtros de banda base e para um mixer a 100MHz. A aplicação do conversor para avaliação da figura de ruído também foi abordada, e resultados experimentais utilizando amplificadores operacionais convencionais foram obtidos para freqüências na faixa de áudio. O método proposto é capaz de melhorar a testabilidade de projetos que utilizam circuitos de sinais mistos, sendo adequado ao uso no ambiente de "sistemas num chip" usado em muitos produtos atualmente. / With the ever increasing demands for high complexity consumer electronic products, market pressures demand faster product development and lower cost. SoCbased design can provide the required design flexibility and speed by allowing the use of IP cores. However, testing costs in the SoC environment can reach a substantial percent of the total production cost. Analog testing costs may dominate the total test cost, as testing of analog circuits usually require functional verification of the circuit and special testing procedures. For RF analog circuits commonly used in wireless applications, testing is further complicated because of the high frequencies involved. In summary, reducing analog test cost is of major importance in the electronic industry today. BIST techniques for analog circuits, though potentially able to solve the analog test cost problem, have some limitations. Some techniques are circuit dependent, requiring reconfiguration of the circuit being tested, and are generally not usable in RF circuits. In the SoC environment, as processing and memory resources are available, they could be used in the test. However, the overhead for adding additional AD and DA converters may be too costly for most systems, and analog routing of signals may not be feasible and may introduce signal distortion. In this work a simple and low cost digitizer is used instead of an ADC in order to enable analog testing strategies to be implemented in a SoC environment. Thanks to the low analog area overhead of the converter, multiple analog test points can be observed and specific analog test strategies can be enabled. As the digitizer is always connected to the analog test point, it is not necessary to include muxes and switches that would degrade the signal path. For RF analog circuits, this is specially useful, as the circuit impedance is fixed and the influence of the digitizer can be accounted for in the design phase. Thanks to the simplicity of the converter, it is able to reach higher frequencies, and enables the implementation of low cost RF test strategies. The digitizer has been applied successfully in the testing of both low frequency and RF analog circuits. Also, as testing is based on frequency-domain characteristics, nonlinear characteristics like intermodulation products can also be evaluated. Specifically, practical results were obtained for prototyped base band filters and a 100MHz mixer. The application of the converter for noise figure evaluation was also addressed, and experimental results for low frequency amplifiers using conventional opamps were obtained. The proposed method is able to enhance the testability of current mixed-signal designs, being suitable for the SoC environment used in many industrial products nowadays.

Com a crescente demanda por produtos eletrônicos de consumo de alta complexidade, o mercado necessita de um rápido ciclo de desenvolvimento de produto com baixo custo. O projeto de equipamentos eletrônicos baseado no uso de núcleos de propriedade intelectual ("IP cores") proporciona flexibilidade e velocidade de desenvolvimento dos chamados "sistemas num chip". Entretanto, os custos do teste destes sistemas podem alcançar um percentual significativo do valor total de produção, principalmente no caso de sistemas contendo "IP cores" analógicos ou "mixed-signal". Técnicas de teste embarcado (BIST e DFT) para circuitos analógicos, embora potencialmente capazes de minimizar o problema, apresentam limitações que restringem seu emprego a casos específicos. Algumas técnicas são dependentes do circuito, necessitando reconfiguração do circuito sob teste, e não são, em geral, utilizáveis em RF. No ambiente de "sistemas num chip", como recursos de processamento e memória estão disponíveis, eles poderiam ser utilizados durante o teste. No entanto, a sobrecarga de adicionar conversores AD e DA pode ser muito onerosa para a maior parte dos sistemas, e o roteamento analógico dos sinais pode não ser possível, além de poder introduzir distorção do sinal. Neste trabalho um digitalizador simples e de baixo custo é usado ao invés de um conversor AD para possibilitar a implementação de estratégias de teste no ambiente de "sistemas num chip". Graças ao baixo acréscimo de área analógica do conversor, múltiplos pontos de teste podem ser usados. Graças ao desempenho do conversor, é possível observar características dos sinais analógicos presentes nos "IP cores", incluindo a faixa de freqüências de RF usada em transceptores para comunicações sem fio. O digitalizador foi utilizado com sucesso no teste de circuitos analógicos de baixa freqüência e de RF. Como o teste é baseado no domínio freqüência, características nãolineares como produtos de intermodulação podem também ser avaliadas. Especificamente, resultados práticos com protótipos foram obtidos para filtros de banda base e para um mixer a 100MHz. A aplicação do conversor para avaliação da figura de ruído também foi abordada, e resultados experimentais utilizando amplificadores operacionais convencionais foram obtidos para freqüências na faixa de áudio. O método proposto é capaz de melhorar a testabilidade de projetos que utilizam circuitos de sinais mistos, sendo adequado ao uso no ambiente de "sistemas num chip" usado em muitos produtos atualmente. / With the ever increasing demands for high complexity consumer electronic products, market pressures demand faster product development and lower cost. SoCbased design can provide the required design flexibility and speed by allowing the use of IP cores. However, testing costs in the SoC environment can reach a substantial percent of the total production cost. Analog testing costs may dominate the total test cost, as testing of analog circuits usually require functional verification of the circuit and special testing procedures. For RF analog circuits commonly used in wireless applications, testing is further complicated because of the high frequencies involved. In summary, reducing analog test cost is of major importance in the electronic industry today. BIST techniques for analog circuits, though potentially able to solve the analog test cost problem, have some limitations. Some techniques are circuit dependent, requiring reconfiguration of the circuit being tested, and are generally not usable in RF circuits. In the SoC environment, as processing and memory resources are available, they could be used in the test. However, the overhead for adding additional AD and DA converters may be too costly for most systems, and analog routing of signals may not be feasible and may introduce signal distortion. In this work a simple and low cost digitizer is used instead of an ADC in order to enable analog testing strategies to be implemented in a SoC environment. Thanks to the low analog area overhead of the converter, multiple analog test points can be observed and specific analog test strategies can be enabled. As the digitizer is always connected to the analog test point, it is not necessary to include muxes and switches that would degrade the signal path. For RF analog circuits, this is specially useful, as the circuit impedance is fixed and the influence of the digitizer can be accounted for in the design phase. Thanks to the simplicity of the converter, it is able to reach higher frequencies, and enables the implementation of low cost RF test strategies. The digitizer has been applied successfully in the testing of both low frequency and RF analog circuits. Also, as testing is based on frequency-domain characteristics, nonlinear characteristics like intermodulation products can also be evaluated. Specifically, practical results were obtained for prototyped base band filters and a 100MHz mixer. The application of the converter for noise figure evaluation was also addressed, and experimental results for low frequency amplifiers using conventional opamps were obtained. The proposed method is able to enhance the testability of current mixed-signal designs, being suitable for the SoC environment used in many industrial products nowadays.

O trabalho aqui apresentado descreve algumas pesquisas em teste de circuitos integrados. Estas pesquisas consistem, por um lado, na análise de falhas e por outro, na validação de protótipos, ambas fazendo uso de técnicas de teste com feixe de elétrons. A primeira parte deste trabalho apresenta uma revisão dos princípios do teste com feixe de elétrons, bem como descreve as pesquisas correntemente em desenvolvimento no laboratório TIM3-INPG. Também são abordados temas como o tratamento de imagem em contraste de potencial e projeto visando a testabilidade de circuitos no teste com feixe de elétrons. Quanto a este último assunto, sua inclusão neste trabalho visou apresentar, aqueles que trabalham na área de projetos de circuitos, desconhecedores dos problemas do MEV, idéias de como realizar seu projeto a fim de tornar a tarefa de depuração do protótipo pelo feixe de elétrons o mais fácil possível. A segunda parte descreve experimentos práticos na área de validação de protótipos, onde duas técnicas pertinentes foram utilizadas e o estudo de um caso real foi apresentado. A primeira técnica é baseada na adaptação de uma ferramenta de comparação de múltiplas imagens adjacentes, que foi originalmente desenvolvida para o processo de análise de falhas. A segunda técnica utilizada faz uso de um sistema especialista que, baseado no conhecimento adquirido do circuito, gera o diagnóstico automático de falha. Os desempenhos destas duas ferramentas são apresentados e discutidos, bem como é fornecido o diagnóstico de falha para o circuito protótipo utilizado. Como conclusão, são propostos futuros desenvolvimentos no processo de validação de protótipo. Estes melhoramentos objetivam tanto a completa automação do processo quanto o enriquecimento da informação provida no final do processo de diagnóstico de falha, de forma a obter-se um ambiente de teste para validação de protótipos apresentando um alto grau de integração e automação. / The work reported herein describes some IC testing research. This research concerns on one hand, failure analysis and on the other hand IC prototype validation, both making use of e-beam testing techniques. The first part of this work presents a review of e-beam testing as well as describes the researches currently in progress at the TIM3-INPG Laboratory. Subjects like voltage contrast image treatment and design for testability in e-beam testing are also discussed. Considering the last theme, it was included in this work in order to provide to the IC designers, whose knowledge about the SEM problems is not enough, some ideas on the way of how to accomplish their design to make the prototype validation process as easy as possible. The second part describes practical experiments in the prototype validation domain, where two approaches were used and a real case study was presented. The first approach is based on the multiple adjacent images comparison process adaptation, firstly developed to be used in the failure analysis process. The second technique makes use of an expert system, based on the acquired knowledge of the device under test in order to provide the fault diagnosis. The performances of these two approaches are presented and discussed, as well as, the fault diagnosis to the prototype circuit is presented. As conclusion, it is proposed further developments in the prototype validation approach. These improvements deal with the automation of the entire process as well as the enhancement of the information provided at the end of the fault diagnosis process, in order to obtain a testing environment for prototype validation with high integration and automation degrees.

O trabalho aqui apresentado descreve algumas pesquisas em teste de circuitos integrados. Estas pesquisas consistem, por um lado, na análise de falhas e por outro, na validação de protótipos, ambas fazendo uso de técnicas de teste com feixe de elétrons. A primeira parte deste trabalho apresenta uma revisão dos princípios do teste com feixe de elétrons, bem como descreve as pesquisas correntemente em desenvolvimento no laboratório TIM3-INPG. Também são abordados temas como o tratamento de imagem em contraste de potencial e projeto visando a testabilidade de circuitos no teste com feixe de elétrons. Quanto a este último assunto, sua inclusão neste trabalho visou apresentar, aqueles que trabalham na área de projetos de circuitos, desconhecedores dos problemas do MEV, idéias de como realizar seu projeto a fim de tornar a tarefa de depuração do protótipo pelo feixe de elétrons o mais fácil possível. A segunda parte descreve experimentos práticos na área de validação de protótipos, onde duas técnicas pertinentes foram utilizadas e o estudo de um caso real foi apresentado. A primeira técnica é baseada na adaptação de uma ferramenta de comparação de múltiplas imagens adjacentes, que foi originalmente desenvolvida para o processo de análise de falhas. A segunda técnica utilizada faz uso de um sistema especialista que, baseado no conhecimento adquirido do circuito, gera o diagnóstico automático de falha. Os desempenhos destas duas ferramentas são apresentados e discutidos, bem como é fornecido o diagnóstico de falha para o circuito protótipo utilizado. Como conclusão, são propostos futuros desenvolvimentos no processo de validação de protótipo. Estes melhoramentos objetivam tanto a completa automação do processo quanto o enriquecimento da informação provida no final do processo de diagnóstico de falha, de forma a obter-se um ambiente de teste para validação de protótipos apresentando um alto grau de integração e automação. / The work reported herein describes some IC testing research. This research concerns on one hand, failure analysis and on the other hand IC prototype validation, both making use of e-beam testing techniques. The first part of this work presents a review of e-beam testing as well as describes the researches currently in progress at the TIM3-INPG Laboratory. Subjects like voltage contrast image treatment and design for testability in e-beam testing are also discussed. Considering the last theme, it was included in this work in order to provide to the IC designers, whose knowledge about the SEM problems is not enough, some ideas on the way of how to accomplish their design to make the prototype validation process as easy as possible. The second part describes practical experiments in the prototype validation domain, where two approaches were used and a real case study was presented. The first approach is based on the multiple adjacent images comparison process adaptation, firstly developed to be used in the failure analysis process. The second technique makes use of an expert system, based on the acquired knowledge of the device under test in order to provide the fault diagnosis. The performances of these two approaches are presented and discussed, as well as, the fault diagnosis to the prototype circuit is presented. As conclusion, it is proposed further developments in the prototype validation approach. These improvements deal with the automation of the entire process as well as the enhancement of the information provided at the end of the fault diagnosis process, in order to obtain a testing environment for prototype validation with high integration and automation degrees.

Projeto baseado em células-padrão é a abordagem mais aplicada no mercado de ASIC atualmente. Essa abordagem de projeto consiste no reuso de bibliotecas de células pré-customizadas para gerar sistemas digitais mais complexos. Portanto a eficiência de um projeto ASIC está relacionado com a biblioteca em uso. A utilização de portas lógicas CMOS geradas automaticamente no fluxo de projeto de circuito integrado baseado em células-padrão representa uma perspectiva atraente para melhorar a qualidade de projeto ASIC. Essas células geradas por software são os elementos-chave dessa nova abordagem de mapeamento tecnológico livre de biblioteca, já proposto na literatura e agora adotado pela indústria. O mapeamento tecnológico livre de biblioteca, baseado na criação de células sob demanda, por software, gera flexibilidade aos projetistas de circuitos integrados, fornecendo ajuste otimizado em aplicações específicas. Contudo, tal abordagem representa um fluxo de projeto de circuito integrado baseado em células lógicas criadas sob demanda por software, as quais não são previamente validadas em silício até que o ASIC alvo seja prototipado. Neste trabalho, um circuito de teste específico é proposto para validar a funcionalidade completa de um conjunto de células lógicas, bem como verificar comportamentos de atraso e consumo, os quais podem ser correlacionados com as estimativas de atraso e consumo do projeto, a fim de validar os dados das células gerados pela caracterização elétrica. A arquitetura proposta para o circuito de teste é composta por blocos combinacionais que garantem a completa verificação lógica de cada célula da biblioteca. A estrutura básica do circuito de teste é ligeiramente modificada para permitir diferentes modos de operação que permitem avaliação de diferentes dados utilizando simulações elétricas SPICE. Visto que o circuito de teste gera pequeno acréscimo de silício ao projeto final, ele pode ser implementado junto com o ASIC alvo, atuando como um ‘circuito de certificação de biblioteca’. / Cell-based design is the most applied approach in the ASIC market today. This design approach implies re-using pre-customized cell libraries to build more complex digital systems. Therefore the ASIC design efficiency turns to be bounded by the library in use. The use of automatically generated CMOS logic gates in standard cell IC design flow represents an attractive perspective for ASIC design quality improvement. These soft IPs (logic cells generated by software) are the key elements for the novelty libraryfree technology mapping, already proposed in literature and now being adopted by the industry. Library-free technology mapping approach, based on the on-the-fly creation of cells, by software, can provide flexibility to IC designers providing an optimized fit in a particular application. However, such approach represents an IC design flow based on logic cells created on-the-fly by software which have not been previously validated in silicon yet, until the target ASIC is prototyped. In this work, a specific test circuit (testbench) is proposed to validate the full functionality of a set of logic cells, as well as to verify timing and power consumption behaviors, which can be correlated with design timing and power estimations in order to validate the cell data provided by electrical characterization. The proposed architecture for the test circuit is composed by combinational blocks that ensure full logic verification of every library cell. The basic architecture of the test circuit is slightly modified to allow different operating modes which provide distinct data evaluation using SPICE electrical simulations. Since this test circuit brings little silicon overhead to the final design, it can be implemented together with the target ASIC acting as a ‘library certification circuit’.

O projeto de sistemas eletrônicos atuais segue o paradigma do reuso de componentes de hardware. Este paradigma reduz a complexidade do projeto de um chip, mas cria novos desafios para o projetista do sistema em relação ao teste do produto final. O acesso aos núcleos profundamente embutidos no sistema, a integração dos diversos métodos de teste e a otimização dos diversos fatores de custo do sistema são alguns dos problemas que precisam ser resolvidos durante o planejamento do teste de produção do novo circuito. Neste contexto, esta tese propõe duas abordagens para o planejamento de teste de sistemas integrados. As abordagens propostas têm como principal objetivo a redução dos custos de teste através do reuso dos recursos de hardware disponíveis no sistema e da integração do planejamento de teste no fluxo de projeto do circuito. A primeira abordagem considera os sistemas cujos componentes se comunicam através de conexões dedicadas ou barramentos funcionais. O método proposto consiste na definição de um mecanismo de acesso aos componentes do circuito e de um algoritmo para exploração do espaço de projeto. O mecanismo de acesso prevê o reuso das conexões funcionais, o uso de barramentos de teste locais, núcleos transparentes e outros modos de passagem do sinal de teste. O algoritmo de escalonamento de teste é definido juntamente com o mecanismo de acesso, de forma que diferentes combinações de custos sejam exploradas. Além disso, restrições de consumo de potência do sistema podem ser consideradas durante o escalonamento dos testes. Os resultados experimentais apresentados para este método mostram claramente a variedade de soluções que podem ser exploradas e a efi- ciência desta abordagem na otimização do teste de um sistema complexo. A segunda abordagem de planejamento de teste propõe o reuso de redes em-chip como mecanismo de acesso aos componentes dos sistemas construídos sobre esta plataforma de comunicação. Um algoritmo de escalonamento de teste que considera as restrições de potência da aplicação é apresentado e a estratégia de teste é avaliada para diferentes configurações do sistema. Os resultados experimentais mostram que a capacidade de paralelização da rede em-chip pode ser explorada para reduzir o tempo de teste do sistema, enquanto os custos de área e pinos de teste são drasticamente minimizados. Neste manuscrito, os principais problemas relacionados ao teste dos sistemas integrados baseados em componentes virtuais são identificados e as soluções já apresentadas na literatura são discutidas. Em seguida, os problemas tratados por este traballho são listados e as abordagens propostas são detalhadas. Ambas as técnicas são validadas através dos sistemas disponíveis no ITC’02 SoC Test Benchmarks. As técnicas propostas são ainda comparadas com outras abordagens de teste apresentadas recentemente. Esta comparação confirma a eficácia dos métodos desenvolvidos nesta tese. / Electronic applications are currently developed under the reuse-based paradigm. This design methodology presents several advantages for the reduction of the design complexity, but brings new challenges for the test of the final circuit. The access to embedded cores, the integration of several test methods, and the optimization of the several cost factors are just a few of the several problems that need to be tackled during test planning. Within this context, this thesis proposes two test planning approaches that aim at reducing the test costs of a core-based system by means of hardware reuse and integration of the test planning into the design flow. The first approach considers systems whose cores are connected directly or through a functional bus. The test planning method consists of a comprehensive model that includes the definition of a multi-mode access mechanism inside the chip and a search algorithm for the exploration of the design space. The access mechanism model considers the reuse of functional connections as well as partial test buses, cores transparency, and other bypass modes. The test schedule is defined in conjunction with the access mechanism so that good trade-offs among the costs of pins, area, and test time can be sought. Furthermore, system power constraints are also considered. This expansion of concerns makes it possible an efficient, yet fine-grained search, in the huge design space of a reuse-based environment. Experimental results clearly show the variety of trade-offs that can be explored using the proposed model, and its effectiveness on optimizing the system test plan. Networks-on-chip are likely to become the main communication platform of systemson- chip. Thus, the second approach presented in this work proposes the reuse of the on-chip network for the test of the cores embedded into the systems that use this communication platform. A power-aware test scheduling algorithm aiming at exploiting the network characteristics to minimize the system test time is presented. The reuse strategy is evaluated considering a number of system configurations, such as different positions of the cores in the network, power consumption constraints and number of interfaces with the tester. Experimental results show that the parallelization capability of the network can be exploited to reduce the system test time, whereas area and pin overhead are strongly minimized. In this manuscript, the main problems of the test of core-based systems are firstly identified and the current solutions are discussed. The problems being tackled by this thesis are then listed and the test planning approaches are detailed. Both test planning techniques are validated for the recently released ITC’02 SoC Test Benchmarks, and further compared to other test planning methods of the literature. This comparison confirms the efficiency of the proposed methods.

Projeto baseado em células-padrão é a abordagem mais aplicada no mercado de ASIC atualmente. Essa abordagem de projeto consiste no reuso de bibliotecas de células pré-customizadas para gerar sistemas digitais mais complexos. Portanto a eficiência de um projeto ASIC está relacionado com a biblioteca em uso. A utilização de portas lógicas CMOS geradas automaticamente no fluxo de projeto de circuito integrado baseado em células-padrão representa uma perspectiva atraente para melhorar a qualidade de projeto ASIC. Essas células geradas por software são os elementos-chave dessa nova abordagem de mapeamento tecnológico livre de biblioteca, já proposto na literatura e agora adotado pela indústria. O mapeamento tecnológico livre de biblioteca, baseado na criação de células sob demanda, por software, gera flexibilidade aos projetistas de circuitos integrados, fornecendo ajuste otimizado em aplicações específicas. Contudo, tal abordagem representa um fluxo de projeto de circuito integrado baseado em células lógicas criadas sob demanda por software, as quais não são previamente validadas em silício até que o ASIC alvo seja prototipado. Neste trabalho, um circuito de teste específico é proposto para validar a funcionalidade completa de um conjunto de células lógicas, bem como verificar comportamentos de atraso e consumo, os quais podem ser correlacionados com as estimativas de atraso e consumo do projeto, a fim de validar os dados das células gerados pela caracterização elétrica. A arquitetura proposta para o circuito de teste é composta por blocos combinacionais que garantem a completa verificação lógica de cada célula da biblioteca. A estrutura básica do circuito de teste é ligeiramente modificada para permitir diferentes modos de operação que permitem avaliação de diferentes dados utilizando simulações elétricas SPICE. Visto que o circuito de teste gera pequeno acréscimo de silício ao projeto final, ele pode ser implementado junto com o ASIC alvo, atuando como um ‘circuito de certificação de biblioteca’. / Cell-based design is the most applied approach in the ASIC market today. This design approach implies re-using pre-customized cell libraries to build more complex digital systems. Therefore the ASIC design efficiency turns to be bounded by the library in use. The use of automatically generated CMOS logic gates in standard cell IC design flow represents an attractive perspective for ASIC design quality improvement. These soft IPs (logic cells generated by software) are the key elements for the novelty libraryfree technology mapping, already proposed in literature and now being adopted by the industry. Library-free technology mapping approach, based on the on-the-fly creation of cells, by software, can provide flexibility to IC designers providing an optimized fit in a particular application. However, such approach represents an IC design flow based on logic cells created on-the-fly by software which have not been previously validated in silicon yet, until the target ASIC is prototyped. In this work, a specific test circuit (testbench) is proposed to validate the full functionality of a set of logic cells, as well as to verify timing and power consumption behaviors, which can be correlated with design timing and power estimations in order to validate the cell data provided by electrical characterization. The proposed architecture for the test circuit is composed by combinational blocks that ensure full logic verification of every library cell. The basic architecture of the test circuit is slightly modified to allow different operating modes which provide distinct data evaluation using SPICE electrical simulations. Since this test circuit brings little silicon overhead to the final design, it can be implemented together with the target ASIC acting as a ‘library certification circuit’.