DE2556822C2 - Monolithische hochintegrierte Halbleiterschaltung - Google Patents

Monolithische hochintegrierte Halbleiterschaltung

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DE2556822C2 DE2556822A DE2556822A DE2556822C2 DE 2556822 C2 DE2556822 C2 DE 2556822C2 DE 2556822 A DE2556822 A DE 2556822A DE 2556822 A DE2556822 A DE 2556822A DE 2556822 C2 DE2556822 C2 DE 2556822C2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiterschaltungen, die so entworfen und angeordnet sind, daß ihre Prüfung erleichtert wird. Obgleich die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, berührt sie in erster Linie Halbleiterplättchen mit hohem Integrationsgrad, in denen Speicheranordnungen und dergleichen Anordnungen eingebettet sind, wobei die Speicheranordnung auch die Adreß- und Datenregister enthält.
Für die Zwecke der Erörterung ist der Ausdruck »eingebettet« als die Bedingung einer Speicheranordnung, eines Schaltungselementes oder der eine Schaltungsfunktion realisierenden Schaltungselemente auf einem Halbleiterplättchen mit hohem Integrationsgrad definiert, daß sie infolge des Umgebenseins mit weiteren auf dem Halbleiterplättchen befindlichen Schaltungen von den Eingangs- und Ausgangsanschlußpunkten des Halbleiterplättchens nicht direkt zugänglich sind, weder insgesamt noch teilweise.
Ein Hauptproblem, das bei solchen Schaltungsanordnungen auftritt, ist das Prüfen der eingebetteten Anordnung und insbesondere das, die richtigen Prüf-Datenworte und -Adressenworte den Eingängen der Anordnung zuzuführen. Wenn ein beträchtlicher Teil von logischen Schaltungen die Speicheranordnung umgibt, besteht das Problem darin, zu bestimmen, welche Eingangsmuster oder Folgen von Eingangsmustern den Haupteingängen der Einrichtung zugeführt werden können, um der Speicheranordnung das richtige Muster zuzuleiten und danach an den Ausgängen der Einrichtung bedeutungsvolle Resultate der Prüfdaten zu erhalten.
Mit dem Aufkommen hochintegrierter Schaltungen erhielt der Schaltungsentwerfer als auch der Bauteilehersteller die Möglichkeit, die Anzahl von auf einem Halbleiterplättchen unterzubringenden Schaltungen beträchtlich zu erhöhen. Aber wenn nicht eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt wird, die es erlaubt, innerhalb des Haibleiterplättchens eingebettete Schaltungen zu prüfen, kann keine Qualität zugesichert werden. Dies wiederum begrenzt eine Zunahme der Schaltungsdichte.
Natürlich ist das Problem der Prüfung von Schaltungen mit hohem Integrationsgrad schon früher angegangen worden. Ein Beispiel ist ein in dem US-Patent 3761695 beschriebenes Prüfverfahren. Aus dem US-Patent 3781670 ist ein Prüfverfahren bekanntgeworden, das eine Wechselstromprüfung eines Halbleiterplättchens mit hohem Integrationsgrad während der Herstellung erlaubt. Das US-Patent 37 89 205 lehrt das Prüfen einzelner Halbleiterplättchen. die auf einer ebenen Karte montiert sind, während die Halbleiterplättchen so miteinander verbunden sind, daß sie eine gewünschte logische Funktion realisieren durch elektronisches Isolieren der Halbleiterplättchen und durch Zuführen von Prüfmustern zu den Eingangsleitungen der zu prüfenden Halbleiterplättchen. Im US-Patent 3790885 wird ein Verfahren zur Prüfung von hochintegrierten Halbleiterplättchen beschrieben, das darin besteht, ein Prüfmuster in ein zu dem Halbleiterplättchen hinzugefügtes Schieberegister zu laden, wobei das Prüfmuster ausgewählten Elementen des Halbleiterplättchens zugeführt wird und die Ergebnisse überwacht werden.
Andere Prüfverfahren für das Prüfen hochintegrierter Halbleiterplättchen sind in den US-Patenten 3762027 und 3772595 beschrieben.
In keiner der genannten Patentschriften ist jedoch eine Lösung für das Prüfen eingebetteter Speicheranordnungen angegeben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer monolithischen hochintegrierten Halbleiterschaltung, die aus einer Speicheranordnung mit Adressen- und Datenregistern und zugeordneten logischen Schaltungen besteht, die so angeordnet sind, daß kein direkter Zugang von den Haupt-Anschlußpunkten der Halbleiterschaltung, die der Verbindung mit externen Schaltungen dienen, zu der Speicheranordnung möglich ist, bei welcher Halbleiterschaltung Mittel vorgesehen sind zur Eingabe eines Prüfmusters unter Umgehung der zugeordneten logischen Schaltungen in die als Schieberegister ausgebildeten Adressen- und Datenregister auch das Prüfen der eingebetteten Schaltungen zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird bei einer monolithischen hochintegrierten Halbleiterschaltung der vorher genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jedes Register eine aus einem Antivalenz-Glied mit nachfolgendem UND- und ODER-Glied bestehende
Rückkopplungsverbindung aufweist, die bei ihrer Durchschaltung die Adressen- und Datenregister in rückgekoppelte Zähler umwandelt, und daß eine Vergleichsvorrichtung vorgesehen ist zur Prüfung der Ausgangssignale des Speichers.
Im folgenden wird die Erfindung genauer erläutert in Verbindungmit den Zeichnungen, von denen zeigt:
Fig. 1 ein" vereinfachtes Blockschaltbild eines Halbleiterplättchens mit hohem Integrationsgrad, das gemäß der Erfindung ausgebildet ist,
Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild von vier Stufen eines Datenregisters mit der zugehörigen Rückküpplungsverbindung. um die Wirkungsweise der Erfindung zu erläutern.
In Fig. 1 ist ein Halbleiterplättchen 11 mit hohem Integrationsgrad, das gemäß den Lehren der Erfindung aufgebaut ist. in Form eines einfachen Blockschaltbildes dargestellt.
Das Halbleiterplättchen 11 enthält typischerweise eine Reihe (nicht dargestellter) logischer Schnittstellenschaltungen und eine Speicheranordnung 12. Die Speicheranordnung 12 kann typischerweise eine 64 x 8 Anordnung sein, was bedeutet, daß sie 64 Wörter zu je 8 Bits speichern kann. Die Erfindung ist jedoch nicht hinsichtlich der Speichergröße beschränkt und ist sowohl auf kleinere als auch auf größere Speicheranordnungen anwendbar.
Die Speicheranordnung 12 enthält typischerweisc eine Reihe von Schieberegister-Verriegelungsstufen, die als Adreßregister dienen und bezeichnet sind mit ARl ... ARK, und sie enthält eine Reihe von Schieberegister-Verriegelungsstufen, die als Datenregister arbeiten und mit DRl ... DRN bezeichnet sind.
Verbindungsleitungen zwischen den Adreßregistern und der Speicheranordnung 12 sind bezeichnet mit Al ... AK. Verbindungen zwischen den Datenregistern und der Speicheranordnung 12 sind mil Dl ... DN bezeichnet. Speichersteuerlcitungen, wie eine Lese/Schreibleitung und eine Taktleitung zur Lieferung einer Reihe von zeitlich gestaffelten Impulsen an die Speicheranordnung erstrecken sich von den Haupteingängen des Halbleiterplättchens zu der Speicheranordnung 12 und erlauben die Durchführung der Speicheroperationen.
Das so weit beschriebene Halbleiterplättchen 11 ist in soweit für den Stand der Technik charakteristisch, als es eine eingebettete Speicheranordnung 12 enthalt. Die Speicheranordnung 12 ist aufgrund von zwischen ihr und den Haupteingängen und -ausgängen des Halbleiterplättchens 11 angeordneter (nicht dargestellter) logischer Schaltungen nicht direkt zugänglich, weder insgesamt noch teilweise.
Um dem zu begegnen, sind gemäß der Lehre der Erfindung eine Vorrichtung (EINGABE) zur Eingabe eines Prüfmusters in die Adressenregister (ARl ... ARK) und Datenregister (DRI ... DRN), eine Vorrichtung (A, B) zur Verschiebung des Prüfmusters durch die Adressenregister, eine ein Antivalenz-Glied (EO) enthaltende Rückkopplungsverbindung zur Zuführung des Ausgangssignals des Registers zu dessen Eingang, eine Steuervorrichtung (Inverter /, UND-Glieder und ODER-Glied), um die Eingabe für die Register umzuschalten /.wischen den eingegebenen Daten und den vom Ausgang der Register rückgeführten Daten, eine Vorrichtung l(j'2zum Komplementieren des Ausgangssignals des Antivalenz-Gliedes und eine Prüfvorricbuum 13 zum Vergleich der Daten in den Registern nvt dem von der Speicherordnung ausgegebenen Daten.
Im Betrieb wird Information von der (nicht dargestellten) logischen Schnittstellenschaltung in die Adressenregister A Rl... ARK und die Datenregister DPI ... DRN über (nicht dargestellte) Verbindungsleitungen eingegeben. Im Prüfbetrieb jedoch wird die logische Schnittstellenschaltung umgangen, und die Information wird direkt von einem Haupteingang der ' Speicheranordnung zugeführt.
Das erste Informationsbit wird in das erste Register ARl eingegeben. Jedes Adreßregister besteht aus zwei Verriegelungsstufen, einer Haupt-Verriegelungsstufe und einer Neben-Verriegelungsstufe. Die der Eingabe dienende Haupt-Verriegelungsstufe jedes Registers wird durch eine Taktleitung .4 gesteuert uvid die der Ausgabe dienende Neben-Verriegelungsstufe. die mit dem Eingang des nächsten Registers verbunden ist. wird durch eine Taktleitung B gesteuert. Durch aufeinanderfolgendes Zuführen von Impulsen zu der Taktleitung A und dann zu der Taktleitung B werden in das erste Registern!Rl eingegebene Informationsbits zu dem nächsten Registerr AR2 verschoben, bis schließlich das letzte Adressenregister ARK erreicht wird. Es kann ein ständiges Verschieben von Information von einem Register zum nächsten erfolgen mittels aufeinanderfolgender Zuführung von Impulsen zu den Taktleitungen A und B.
Durch weiteres Verschieben können die Informationsbits aus den Adreßregistern ausgegeben und dann in die Datenregister DRl ... DRN eingegeben und durch diese hindurchgeschoben werden.
Beim Prüfbetrieb wird die Information, die anfangs in die Register eingegeben wurde, ausgegeben zu einem Hauptausgang, der mit »AUSGABE« bezeichnet ist. Wenn die ausgegebene Information sich von der eingegebenen unterscheidet, bedeutet dies, daß ein Problem in den Registerfolgen vorhanden ist.
Es werden die Adreßregister (ARl ... ARK) und die Datenregister (DRl... DRN) in Schieberegisterzähler umgewandelt durch Zuführen des Inhalts von zwei oder mehr Stellen der Registerfolgen zu einem erfindungsgemäß vorgesehenen Antivalenz-Glied. Das Ausgangssignal des Antivalenz-Gliedes kann dann den Registereingängen zugeführt werden.
Es ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, die einen Inverter /, ein Paar von UND-Gliedern und ein ODER-Glied enthält. Ein Steuersignal wird dem mit »STEUERUNG« bezeichneten Haupteingang zugeführt, um zu bestimmen, ob die Eingabe für die Registerfolgen von der mit »EINGABE« bezeichneten Klemme oder über die Rückkopplungsschleife vom Registerausgang her erfolgt.
Um die Speicheranordnung zu prüfen, wird ein Prüfmuster in die Register geladen durch Eingabe von Informationsbits an dem mit »EINGABE« bezeichneten Eingang in die Registerfolgen bei ARl und durch Verschieben der Bits durch aufeinanderfolgende Impulsgabe auf den Taktleitungen A. B. Die Adresseneingänge der Speicheranordnung werden von den Adreßregistern ARl ... ARK gespeist.
Die Dateneingänge der Speicheranordnung werden von den Datenregistern DRl ... DRN gespeist. Die R"gister weiden zu Zahlern umgewandelt durch Verwendung eines Antivalenz-Gliedes in einer Rückkopplungsschleife, mit dem die Ausgänge der beiden letzten Stufen der Register zur Erzeugung von Signalen verbunden sind. Wenn die Registerfolge sehr viel
größer ist, kann es notwendig sein, die Eingangssignale für das Antivalenz-Glied von anderen als gerade den beiden letzten Stufen zu wählen, um vollständig zu zählen. Diese Signale werden dann der ersten Stelle des Registers zugeführt unter der Steuerung eines von dem mit STEUERUNG bezeichneten Haupteingangs gelieferten Eingangssignals. Wenn daher an dem mit STEUERUNG bezeichneten Eingang ein 1-Signal anliegt, zählen die beiden Register jedesmal, wenn die die Verschiebung bewirkenden Taktimpulse A und B auftreten.
Die unmittelbar nachfolgend dargestellte Tabelle zeigt die 2Λ —1 Zustände, die solch ein Zähler erzeugt.
DRl DR2 DR3 DR4 G2
SO
1 1 1 1 1 0 0
2 0 1 1 1 0 0
3 0 0 1 1 0 0
4 0 0 0 1 0 1
4 1 0 0 0 0 0
6 0 1 0 0 0 0
7 0 0 1 0 0 1
8 1 0 0 1 0 1
9 1 1 0 0 0 0
10 0 1 1 0 0 1
11 1 0 1 1 0 0
12 0 1 0 1 0 1
13 1 0 1 0 0 1
14 1 1 0 1 0 1
15 1 1 1 0 0 1
Mit SO ist das Rückkopplungssignal bezeichnet, d. h., das Ausgangssignal des Antivalenz-Gliedes.
Die folgende Tabelle zeigt den komplementären Zählerstand, der erzeugt wird durch Komplementieren des Ausgangssignals des Antivalenz-Gliedes.
DRl DR2 DR3 DR4 G2 SO
1 0 0 0 0 1 1
2 1 0 0 0 1 1
3 1 1 0 0 1 1
4 1 1 1 0 1 0
5 0 1 1 1 1 1
6 1 0 1 1 1 1
7 1 1 0 1 1 0
8 0 1 1 0 1 0
9 0 0 1 1 1 1
10 1 0 0 1 1 0
11 0 1 0 0 1 1
12 1 0 1 0 1 0
13 0 1 0 1 1 0
14 0 0 1 0 1 0
15 0 0 0 1 1 0
Die Ausgangssignale des Datenregisters und der Speicheranordnung werden beide einer Vergleichsschaltung 13 zugeführt, die einen Fehler anzeigt, wenn sie sich in irgendeiner Bitstelle unterscheiden. Das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung ist an einem Hauptausgang beobachtbar.
Daher besteht das allgemeine Prüfverfahren darin, den Adreßzähler und den Datenzähler über das Schieberegister bei einem O-Signal an dem mit STEUERUNG bezeichneten Eingang in ihre Anfangszustände zu bringen. Darauf folgt das Umschalten auf den Zählbetrieb (1-Signal an dem mit STEUERUNG bezeichneten Eingang) und Durchführen der Speicheroperationen zwischen aufeinanderfolgenden Zählschritten. Der Zähler wird fortgeschaltet durch Verschieben seines Inhaltes mit den A- und ß-Takt-
' impulsen.
Der Adreßzähler erlaubt es. alle Adressen auszuwählen und der Datenzähler ermöglicht es, daß eindeutige Wörter in jeden Speicherplatz eingeschrieben werden. Die Vergleichsschaltung ermöglicht eine
ι leichte Prüfung darauf, ob die richtigen Bits aus der Speicheranordnung ausgelesen werden oder nicht. Dies eliminiert die Notwendigkeit eines vollständigen Auslesens der Speicheranordnung. Die Möglichkeit, daß das Datenregister in komplementärer Form zählt,
> liefert ein einfaches Verfahren zur Verifizierung, daß sowohl 1- als auch U-Signale in jeder Bitstelle der Speicheranordnung gespeichert werden können. Sie liefert auch eine einfache Möglichkeit, lauter 1-Signale oder lauter O-Signale in jeden Speicherplatz einzuschreiben.
Eine Haupteigenschaft der Erfindung besteht in der Möglichkeit, die Speicheranordnung mit berechneter Geschwindigkeit zu betreiben, während die verschiedenen Prüfungen ausgeführt werden. Die Speicherzugriffszeit kann ebenso geprüft werden durch Beobachten des Ausgangs der Vergleichsschaltung (die Vergleichsschaltung liefert nur ein Gut-Ausgangssignal, nachdem alle Datenausgangsleitungen ihre neuen Werte angenommen haben). Wechselstrommäßige
ι Abhängigkeiten zwischen Änderungen zwischen den Eingangssignalen der Speicheranordnung und den Kontrollsignalen können ebenso geprüft werden durch Steuerung der Verschiebe-Taktsignale und der Speichersteuerleitungen. Die Menge und die Komplexität der Prüfdaten für die Speicheranordnung wird stark verringert.
Das Verfahren ist mit Bezug auf die Prüfung von eingebetteten Speicheranordnungen beschrieben worden. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und ist in gleicher Weise anwendbar, wenn die Adressenregister direkt gespeist werden oder wenn die Adresse selbst von externen Eingängen zugeführt wird und die Adressenregister für Prüfzwecke mit den externen Eingängen verbunden sind. Wenn sich die Speicheranordnung auf einem Halbleiterplättchen befindet, das keine logischen Schaltungen enthält, kann die Schaltung, die das Prüfen erlaubt, dem Halbleiterplättchen zugefügt werden, um das Prüfen zu vereinfachen. Die Erfindung ermöglicht da-
■ her die Prüfung einer Speicheranordnung, die entweder eingebettet sein kann oder nicht, obgleich man größere Vorteile erzielt, wenn die Speicheranordnung eingebettet ist.
Ein anderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß man pseudozufällige Prüfmuster anwenden kann. Man kann in das Datenregister und in das Adreßregister zufällige Muster eingeben und dann während 2N Zyklen zählen und die Speicheranordnung dabei durchlaufen. Ferner kann man mehr als einmal Lese- und Schreiboperationen ablaufen lassen. Unter ordnungsgemäßen Bedingungen sind die beiden Zählergebnisse nicht die gleichen, so daß das Adreßregister mit einer Geschwindigkeit zählt und das Datenregister mit einer anderen. Wenn man in jede Adresse ein Muster einschreibt, es ausliest und in dieser Weise fortfährt, erreicht man mit der Zeit jede Adresse, und wenn man erneut beginnt, werden beim nächsten Mal unterschiedliche Worte eingeschrieben. So kann man
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durch Eingabe eines Musters kontinuierlich verschie- weise dieser Defekt nicht erkannt. In solchen Fällen ben, schreiben, lesen und vergleichen und damit fort- benutzt man, um den Effekt festzustellen, den Verfahren. Dadurch wendet man mit einem sehr begrenz- gleich mit den komplementären Daten, entweder in ten Betrag von Testdaten eine fast unbegrenzte Zahl dem Vergleichsnetzwerk, in dem man beide Polaritävon Prüfmustern an. s ten des Datenregisters ihm zuführt, so daß man um-Für den Fall, daß einige Fehler in der Speicheran- schalten kann von einem Vergleich der wahren Daten Ordnung dazu führen, daß die Daten die Speicher- auf einen Vergleich der komplementären Daten oder anordnung durchlaufen und in der gleichen Form am indem man ausschließlich den Vergleich der kompie-Ausgang des Speichers erscheinen, würde normaler- mentären Daten benutzt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Monolithische hochintegrierte Halbleiterschaltung, bestehend aus einer Speicheranordnung mit Adressen- und Datenregistern und zugeordneten logischen Schaltungen, die so angeordnet sind, daß kein direkter Zugang von den Haupt-Anschlußpunkten der Halbleiterschaltung, die der Verbindung mit externen Schaltungen dienen, zu der Speicheranordnung möglich ist, bei welcher Halbleiterschaltung Mittel vorgesehen sind zur Eingabe eines Prüfmusters unter Umgehung der zugeordneten logischen Schaltungen in die als Schieberegister ausgebildeten Adressen- und Datenregister, dadurch gekennzeichnet, daß jedes dieser Register (DR, AR) eine aus einem Antivalenz-Glied (EO) mit l.achfolgendem UND- und ODER-Glied bestehende Rückkopplungsverbindung aufweist, die bei ihrer Durchschaltung die Adressen- und Datenregister in rückgekoppelte Zähler umwandelt und daß eine Vergleichsvorrichtung (13) vorgesehen ist zur Prüfung der Ausgangssignale des Speichers.
2. Monolithische hochintegrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Inverter (I) vorgesehen ist, der bei dem einem ihm zugeführten Binärwert die Eingabe der einem Haupt-Anschlußpunkt zugeführten Signale in die Register steuert und bei dem anderen Binärwert beendet, durch den die Rückkopplungsverbindungen der Register durchgeschaltet werden.
3. Monolithische hochintegrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung die Ausgangssignale der Speicheranordnung mit denen des Datenregister-Zählers vergleicht.
4. Monolithische hochintegrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antivalenz-Glied des Datenregister-Zählers einen Steuereingang aufweist für das Invertieren der Ausgangssignale des Antivalenz-Gliedes.
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