4、断言在扫描链测试中的应用

4.1 扫描链的基本原理

扫描链，说白了就是把芯片里的普通寄存器串成一个移位寄存器链。为什么要这么做？因为芯片正常工作的时候，内部状态你是看不到的。但测试时，我们需要把测试数据灌进去，再把结果读出来。

我刚开始接触DFT时，觉得扫描链就是个简单的移位寄存器。后来发现，事情没那么简单。每个寄存器都要换成带扫描功能的——也就是所谓的扫描触发器。它有两个数据输入：正常工作时的D端，和扫描模式下的SI端。通过一个控制信号SE（Scan Enable）来切换。

扫描链的工作流程其实就三步：

1. 移位加载：把测试向量从扫描输入（Scan In）逐位移进去
2. 捕获：切换回正常模式，让组合逻辑跑一个时钟周期
3. 移位卸载：再把结果从扫描输出（Scan Out）逐位移出来

嗯，这里要注意：移位和捕获的时钟频率往往不一样。移位时可以用慢时钟，捕获时得用快时钟。为什么？因为捕获时组合逻辑的延迟可能很大，跑太快容易出问题。

4.2 如何用断言检查扫描链完整性

扫描链本身也会出问题。我在项目中遇到过好几次，流片回来发现扫描链不通，结果整颗芯片都废了。所以，用断言来检查扫描链完整性，是DFT工程师的必修课。

常见的检查点有三个：

• 扫描输入到第一个触发器：确保数据能正确进入链
• 触发器之间的连接：确保移位路径没有断路或短路
• 最后一个触发器到扫描输出：确保数据能正确出来

下面是我个人习惯用的一个断言模板，专门检查扫描链移位功能：

// 检查扫描链移位完整性
// 原理：在移位模式下，每个时钟周期，数据应该从SI传到SO
property scan_shift_check;
  @(posedge clk)
  disable iff (!scan_mode)
  // 假设链上有N个触发器
  // 经过N个周期后，SI的数据应该出现在SO上
  $past(scan_in, N) |=> scan_out;
endproperty

assert_scan_shift: assert property(scan_shift_check)
  else $error("扫描链移位失败！");

我曾经踩过一个坑：这个断言在仿真时能过，但ATE测试时却报错。后来发现，是因为ATE的时钟抖动导致时序违例。所以，我建议在断言里加上时序裕量的检查：

// 带时序裕量的扫描链检查
property scan_timing_check;
  @(posedge clk)
  disable iff (!scan_mode)
  // 检查建立时间裕量
  $setup(scan_in, clk, 0.5);
  // 检查保持时间裕量
  $hold(scan_in, clk, 0.3);
endproperty

4.3 扫描链测试中的常见故障模型

扫描链测试的故障模型，和普通逻辑测试不太一样。普通逻辑测试关心的是门级故障，而扫描链测试更关心的是链本身的问题。

我总结了一下，常见的故障模型大概有这几种：

你想想看，这些故障里最头疼的是哪个？我个人觉得是桥接故障。因为它往往不是固定的，温度和电压一变，可能就消失了。我曾经遇到过一个案例，芯片在常温下扫描链测试全过，但高温下就报错。查了两个月，最后发现是两条扫描链之间的桥接故障。

// 检查扫描链中是否有X态
property no_x_in_scan_chain;
  @(posedge clk)
  disable iff (!scan_mode)
  not ($isunknown(scan_out));
endproperty

4.4 知识体系总览

说了这么多，我画了一张图来总结扫描链断言测试的核心逻辑。你看完应该就清楚了：

这张图把整个知识体系串起来了。从扫描链的基本原理出发，到断言检查的三个维度，再到最终的故障模型。你跟着这个思路走，基本不会跑偏。