数模混合芯片scan chain问题解析
前几天回了一位网友的贴子。这位网友的问题很经典。整理一下，也许对其他朋友有点帮助。
q1：
目前有这样一个设计需求，该ic总体有数字部分和模拟部分组成，现在要求对数字部分插scan chain，实际芯片中数字部分很多输入/输出信号是直接连接到模拟电路，而不是连接到芯片的io上，因为scan chain要求数字电路输入可控和输出可观察，面对这种情况，实际在插scan chain时数字部分的输入输出一般是怎么处理，欢迎各位大佬指点，小弟不胜感激
answer：
输入：模拟到数字的信号不可控，需要和数字registered outputs mux一下提高test coverage。关键词是registered output！ 这个技巧俗称scan loopback。
输出： scan的时候不希望模拟控制信号频繁上下跳动，要求把数字到模拟的输出置为static low or high。注意：有的模拟模块在scan的时候要求一直enable，对应的enable控制信号在scan时必须mux到static high。例如，部分数字是ldo供电，这部分数字在scan chain里，跑scan的时候ldo自然不能关掉。这个场景在低功耗设计中很常见。
示意图如下。左边是scan loopback mux，右边是 scan tieoff。
q2：
关于输入信号处理时参与mux的“registered outputs ” 怎么选取的呢，这里选择哪一个register有什么讲究吗
answer：
有讲究，首选选离得近的，不然place & route会浪费太多routing resource，还会影响 timing。 参考一下top level layout 给 digital 的 pin location
如果是pll之类，有些 timing critical 的 output 尽量不要拿来做 scan loopback，选一些不太重要的
q3：
有几个问题想再追问下：1.按照上述处理，是不是在真实的ate测试时只需要控制芯片pin上的几个scan信号就能完成scan测试？那是不是可以进一步理解成任何数字电路都可以按照上述思路处理，然后最后只通过pin上的几个scan信号（不用任何pi/po）完成atpg测试？
2.上述处理后能保证覆盖率吗，在tmax产生atpg时需要注意些什么？
3.在设计中有一个负沿的d触发器，在插入dft是设置了mix_edges，最后这个负沿的d触发器串在了chain的最前面，这时会出现一个“1 trailing edge port captured data affected by new capture violation”的违例，这种情况需要处理吗？然后又怎么处理？
answer：
1. 是的。通常 scan 信号可以复用 spi， i2c，需要小心。减少整个片子 pin 数量，降低 package 成本，整个片子才会有竞争力。大厂的数模混合芯片没有scan专用的pin就是这个道理。
2. 覆盖率 95% 还是可以做到的，虽然加入的 scan mux 上损失一些覆盖率，但是加入后提高了整个设计的覆盖率。
3. 如果没有 timing 问题， 不需要处理。 如果 setup 不能满足，可以降低 scan 频率。
q4：
产生atpg的still文件中依然会有对“form analog”和“to analog”这些信号有赋值等操作，感觉此时的still文件中不是应该就只有对scan的几个信号有赋值或其他操作吗？
answer：
假设数字顶层是 digtop，有一堆 from_analog*， to_analog* 之类的 io。这个 digtop 是不能直接给 atpg tool 用的，要在外面加一个 wrapper，姑且称为 digtop_tmax 吧。 这个 digtop_tmax 的 io 应该只包括 scan pattern 能控制的 digtop input， 以及 scan pattern 能观察到的 digtop output。 from_analog*， to_analog* 都不在 digtop_tmax 的 io list 里。这样最后的 stil 里就不会出现 from_analog*， to_analog*
q5：
那这个wrapper是在插scan chain完成后手动修改网表去形成，还是通过设置工具的某些命令去形成？
answer：
这个 digtop_tmax 实际上相当于 chip_top 去掉其中的模拟部分。
如果 cadence 里已经有 chip_top 的 symbol view，生成一个 verilog view， 再手动例化 digtop。
嫌麻烦就完全手动
q6：
1.这样操作是不是又要重新生成新的spf文件？ 设计中from annlog 和 to analog的pin巨多，手动是不是太麻烦了 。
2.我看了下dftmax的ug，在第12章节讲了wrapper cores ，我在想是不是我这种类型的设计能不能在rtl阶段不做任何代码处理，在dft时直接走wrapper cores的流程，这样具有可行性吗？
answer：
rtl 阶段插入 scan mux， scan loopback。
跑 tetramax 的时候写一个 digtop_tmax 或 chip_top，仅仅用于跑 generate spf。
这里有个省时的小窍门。 scan 相关的 port 一般就 5/6 个信号。digtop_tmax 里接上这几个信号就可以了。 其他的像 from_analog*， to_analog*， ate 根本看不到，也不需要看到。例化 digtop 的时候这些信号可以不出现在 port mapping 里，大大简化 digtop_tmax 的工作量。工具会自动把这些 from_analog*， to_analog* 当成 x 处理，这也正是我们希望的
q7：
我们的设计数字电路大概有1500个d触发器，从测试成本和测试时间来考虑（scan 的pin可以适当多些），一般插几条chain比较合适？这里chain的条数的定义一般是怎么评估的呢
answer：
1. 片子的 package 最多能有几个 digital i/o。 数模混合片子大部分 i/o 都是模拟，数字很少，scan pin 数量的上限就在那里，也就限制了 scain chain 的条数。如果允许，当然时多几条 scan chain 更好，减少 test time。 但是 package 也是成本的很大部分，不能随心所欲增加 digital i/o 增加 scan chain 数量。有时 package 是用户使用场景决定的，无法选大的。例如8 pin package， 内部模拟数字一大堆，也蛮常见的。
2. 为了减少 test time， 可以考虑 scan 跑得快一些。 很多时候 scan mode 时钟比 functional mode 时钟快很多倍就是这个道理
q8：
1.之前几天仅仅是把dft流程跑通，没有关注测试模式下timing的问题，我想问下在测试模式下，scan的时钟和scan的信号怎么约束，和function 模式结合起来约束又该如何考量（是不是要用set_case_analysis之类的命令）？ 实际跑function的频率就几十m，这种测试模式下需要有at-speed的考虑吗？
answer：
1. timing 分析可以用 mmmc （multi-mode multi-corner）。mode 分成两个，func_mode， scan_mode，写两个 sdc。
func_mode sdc 第一句： set_case_analysis 0 ［get_port scan_mode*］
scan_mode sdc 第一句： set_case_analysis 1 ［get_port scan_mode*］
scan_mode sdc 里 create_clock -name scan_clock 可以跑得快一点。如果 scan_clock 可以超过 functional clock，at-speed test 就不重要了。
很重要的一点，一定要跑 sdf 反标后仿，把所有 vector 跑一遍，确认无误。 很多时候跑 sdf 反标后仿可以发现问题。
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q1：
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answer：
输入：模拟到数字的信号不可控，需要和数字registered outputs mux一下提高test coverage。关键词是registered output！ 这个技巧俗称scan loopback。
输出： scan的时候不希望模拟控制信号频繁上下跳动，要求把数字到模拟的输出置为static low or high。注意：有的模拟模块在scan的时候要求一直enable，对应的enable控制信号在scan时必须mux到static high。例如，部分数字是ldo供电，这部分数字在scan chain里，跑scan的时候ldo自然不能关掉。这个场景在低功耗设计中很常见。
示意图如下。左边是scan loopback mux，右边是 scan tieoff。
q2：
关于输入信号处理时参与mux的“registered outputs ” 怎么选取的呢，这里选择哪一个register有什么讲究吗
answer：
有讲究，首选选离得近的，不然place & route会浪费太多routing resource，还会影响 timing。 参考一下top level layout 给 digital 的 pin location
如果是pll之类，有些 timing critical 的 output 尽量不要拿来做 scan loopback，选一些不太重要的
q3：
有几个问题想再追问下：1.按照上述处理，是不是在真实的ate测试时只需要控制芯片pin上的几个scan信号就能完成scan测试？那是不是可以进一步理解成任何数字电路都可以按照上述思路处理，然后最后只通过pin上的几个scan信号（不用任何pi/po）完成atpg测试？
2.上述处理后能保证覆盖率吗，在tmax产生atpg时需要注意些什么？
3.在设计中有一个负沿的d触发器，在插入dft是设置了mix_edges，最后这个负沿的d触发器串在了chain的最前面，这时会出现一个“1 trailing edge port captured data affected by new capture violation”的违例，这种情况需要处理吗？然后又怎么处理？
answer：
1. 是的。通常 scan 信号可以复用 spi， i2c，需要小心。减少整个片子 pin 数量，降低 package 成本，整个片子才会有竞争力。大厂的数模混合芯片没有scan专用的pin就是这个道理。
2. 覆盖率 95% 还是可以做到的，虽然加入的 scan mux 上损失一些覆盖率，但是加入后提高了整个设计的覆盖率。
3. 如果没有 timing 问题， 不需要处理。 如果 setup 不能满足，可以降低 scan 频率。
q4：
产生atpg的still文件中依然会有对“form analog”和“to analog”这些信号有赋值等操作，感觉此时的still文件中不是应该就只有对scan的几个信号有赋值或其他操作吗？
answer：
假设数字顶层是 digtop，有一堆 from_analog*， to_analog* 之类的 io。这个 digtop 是不能直接给 atpg tool 用的，要在外面加一个 wrapper，姑且称为 digtop_tmax 吧。 这个 digtop_tmax 的 io 应该只包括 scan pattern 能控制的 digtop input， 以及 scan pattern 能观察到的 digtop output。 from_analog*， to_analog* 都不在 digtop_tmax 的 io list 里。这样最后的 stil 里就不会出现 from_analog*， to_analog*
q5：
那这个wrapper是在插scan chain完成后手动修改网表去形成，还是通过设置工具的某些命令去形成？
answer：
这个 digtop_tmax 实际上相当于 chip_top 去掉其中的模拟部分。
如果 cadence 里已经有 chip_top 的 symbol view，生成一个 verilog view， 再手动例化 digtop。
嫌麻烦就完全手动
q6：
1.这样操作是不是又要重新生成新的spf文件？ 设计中from annlog 和 to analog的pin巨多，手动是不是太麻烦了 。
2.我看了下dftmax的ug，在第12章节讲了wrapper cores ，我在想是不是我这种类型的设计能不能在rtl阶段不做任何代码处理，在dft时直接走wrapper cores的流程，这样具有可行性吗？
answer：
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这里有个省时的小窍门。 scan 相关的 port 一般就 5/6 个信号。digtop_tmax 里接上这几个信号就可以了。 其他的像 from_analog*， to_analog*， ate 根本看不到，也不需要看到。例化 digtop 的时候这些信号可以不出现在 port mapping 里，大大简化 digtop_tmax 的工作量。工具会自动把这些 from_analog*， to_analog* 当成 x 处理，这也正是我们希望的
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1. 片子的 package 最多能有几个 digital i/o。 数模混合片子大部分 i/o 都是模拟，数字很少，scan pin 数量的上限就在那里，也就限制了 scain chain 的条数。如果允许，当然时多几条 scan chain 更好，减少 test time。 但是 package 也是成本的很大部分，不能随心所欲增加 digital i/o 增加 scan chain 数量。有时 package 是用户使用场景决定的，无法选大的。例如8 pin package， 内部模拟数字一大堆，也蛮常见的。
2. 为了减少 test time， 可以考虑 scan 跑得快一些。 很多时候 scan mode 时钟比 functional mode 时钟快很多倍就是这个道理
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answer：
1. timing 分析可以用 mmmc （multi-mode multi-corner）。mode 分成两个，func_mode， scan_mode，写两个 sdc。
func_mode sdc 第一句： set_case_analysis 0 ［get_port scan_mode*］
scan_mode sdc 第一句： set_case_analysis 1 ［get_port scan_mode*］
scan_mode sdc 里 create_clock -name scan_clock 可以跑得快一点。如果 scan_clock 可以超过 functional clock，at-speed test 就不重要了。
很重要的一点，一定要跑 sdf 反标后仿，把所有 vector 跑一遍，确认无误。 很多时候跑 sdf 反标后仿可以发现问题。
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