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1、第四章 故障模型,4.1 缺陷、错误和故障 4.2 功能测试与结构测试4.3 故障模型的级别4.4 故障模型术语表4.5 单固定故障4.6 多固定故障,4.1 缺陷、错误和故障,缺陷(Defects)：电子系统实现的硬件与期 望的设计之间的非故意差别。错误(Errors)：由缺陷系统产生的错误输出 信号称为错误。错误是一些缺 陷产生的结果。故障(Faults)：缺陷在抽象的函数级的表示 称为故障。,1.工艺缺陷2.材料缺陷3.寿命缺陷4.封装缺陷,1.永久故障2.间歇故障3.瞬时故障,4.1 缺陷、错误和故障,4.1 缺陷、错误和故障,4.1 缺陷、错误和故障,4.1 缺陷、错误和故障,4.1
2、 缺陷、错误和故障,一个节点短路到地。信号b固定在逻辑0。a=1，b=1时，c=0。注意：输入为其它情况时，没有错误发生。,缺陷：故障：错误：,4.2 功能测试与结构测试,结构测试通过分析被测电路结构确定测试输入测试输入可通过某一算法计算得出测试时间相对功能测试短,功能测试根据被测电路的功能确定测试输入测试输入通过真值表确定产生测试输入数目随输入管脚数目呈指数增长测试时间长,4.3 故障模型的级别,寄存器传输级别 固定故障、桥接故障、延迟故障晶体管级 开路故障、短路故障其它模型 静态电路缺陷,4.3 故障模型的级别,固定故障（Stuck at fault）:相应的逻辑故障由一个固定的逻辑信号（
3、逻辑0或1）组成,标记为sa0或sa1.桥接故障(Bridging fault)：两个信号线之间的短路通常会引起一个新的逻辑功能，这种短路就是桥接故障。,4.3 故障模型的级别,延迟故障（Delay fault）:这些故障导致电路的组合延迟超过了时钟周期。具体的延迟故障有传输故障、门延迟故障、线延迟故障等。,4.3 故障模型的级别,开路故障（open fault）：由于连线断开而引起的故障。连线可能包括信号线、电源线、地线。短路故障(short fault)：由于连接了不应该被连接的点而引起的故障。包括连接到电源、地、其它信号。,4.4 故障模型术语表,Assertion FaultsBeha
4、vioral FaultsBranches FaultsBridging FaultsBus FaultsCross-point FaultsDefect-Oriented FaultsDelay Faults,4.4 故障模型术语表,Functional FaultsGate-Delay FaultsHyperactive FaultsInitialization FaultsInstruction FaultsIntermittent FaultsLine-Delay FaultsLogical Faults,4.4 故障模型术语表,Memory FaultsMultiple Faults
5、Non-classical FaultsOscillation FaultsParametric FaultsPath-delay FaultsPattern Sensitive FaultsPermanent Faults,4.4 故障模型术语表,Physical FaultsPin FaultsPLA FaultsPotentially Detectable FaultsQuiescent Current FaultsRace FaultsRedundant FaultsSegment-Delay Faults,4.4 故障模型术语表,Structural FaultsStuck-at F
6、aultsStuck-open and Stuck-short FaultsTransistor FaultsTransition FaultsUntestable Faults,4.5 单固定故障（SSF）,4.5.1 故障等价4.5.2 单固定故障的等价4.5.3 故障压缩4.5.4 故障支配和检测点定理,电路信号节点固定为逻辑值0或1。,单固定故障的3个特征：只有一条线是有故障的；2.故障线永远是0或1；3.故障可以是1个门的1个输入或输出；,4.5 单固定故障,某一电路信号节点固定为逻辑值0或1。有固定1 故障（s-a-1，sa1）和固定0故障（s-a-0，sa0）两种。单固定故障的3
7、个特征：1.只有一条线是有故障的；2.故障线永远是0或1；3.故障可以是1个门的1个输入或输出；,4.5 单固定故障,4.5 单固定故障,4.5 单固定故障,EX：,4.5 单固定故障,4.5.1 故障等价,考虑一个带有n个输入变量的单输出组合电路。将输出函数记为f0(V)，V是一个n位布尔矢量。考虑两个故障：故障1和故障2，故障1的输出为f1(V)，故障2的输出为f2(V)，若,表明两个故障函数一致，故障1和故障2等价。,4.5.1 故障等价,一个布尔电路的两个故障，如果它们变换电路使两个故障电路有相同的输出函数，那么这两个故障就称为等价的。等价故障也成为不可分辨的故障，它们有完全一样的测试
8、集。不可分辨条件的数学表达式:,4.5.1 故障等价,f0(a,b,c)=d+c=ab+c;Fault 1:A s-a-0:f1(a,b,c)=c;Fault 2:B s-a-0:f2(a,b,c)=c;,故，Fault 1 和 fault 2 等价；,4.5.2 单固定故障的等价,一个n线的电路有2n个单固定故障，因此，就有2（n2-n）个故障对。故障对可通过不可分辨条件进行压缩。在单个布尔门的故障中确定的等价性，可应用于任意大的电路。,4.5.2 单固定故障的等价,4.5.2 单固定故障的等价,4.5.3 故障压缩,电路中所有故障的集合可以划分成若干个等价的子集，每个等价集中的故障相互等价
9、。等价集将故障分成不相交的子集，因为如果一个故障出现在两个等价集中，那么这两个集合可以合并为一个等价集。从每一个等价集中选择一个故障的过程称为故障压缩。,4.5.3 故障压缩,选择的故障形成的集合称为等价压缩集。产生等价压缩集的过程称为等价故障压缩。,4.5.3 故障压缩,对下图所示电路进行故障压缩,4.5.3 故障压缩,4.5.3 故障压缩,对下图所示电路进行故障压缩,4.5.3 故障压缩,4.5.3 故障压缩,EX：利用故障等价压缩故障，并确定单固定故障下的测试输入矢量集合。,4.5.4 故障支配和检测点定理,故障等价要求对n输入门考虑n+2个固定故障。,如果故障F1的测试集能检测另一个故
10、障F2，就称F2是F1的支配故障。这两个故障也称为对于F1的测试集“条件等价”。当两个故障F1和F2互相支配时，则它们等价。,4.5.4 故障支配和检测点定理,一个可供选择的故障压缩形式是支配故障压缩，可以从等价压缩集中进一步消除支配故障。支配故障压缩规律：1.一个n输入布尔门需要n+1个单固定故障来模拟；2.NOT门的输出故障、非反向缓存器以及连线都可以移走，只要输入端得两个故障都保留。对扇出没有压缩的可能。,4.5.4 故障支配和检测点定理,支配故障压缩规律：3.对门的故障进行压缩，门的输出故障可以消除，每个输入保留一个类型的故障（AND和NAND是s-a-1；OR和NOR是s-a-0），
11、并在任意一个输入保留另一个类型的故障（AND和NAND是s-a-0；OR和NOR是s-a-1）。,4.5.4 故障支配和检测点定理,没有扇出电路的故障检测：一个没有扇出的电路，如果一个测试集能够检测所有初始输入的所有单固定故障，那么它一定能够检测这个电路的所有单固定故障。检测点：一个仅包含布尔门的组合电路的初始输入和扇出分支称为检测点。检测点为支配故障压缩提供了一个初始集。,4.5.4 故障支配和检测点定理,检测点理论：一个测试集如果能检测一个组合电路的检测点的所有单固定故障，那么它就可以检测这个电路的所有固定故障。故障支配和检测点方法应用时有一定限制。因此，在实际中等价故障压缩更普遍，经常被推荐使用。,4.5.4 故障支配和检测点定理,4.5.4 故障支配和检测点定理,4.6 多固定故障（MSF）,多固定故障模型是单固定故障模型的直接扩展，指几条线可能同时发生固定型故障。,0,1/0,1,1/0,1,0/1,c sa0,011,4.6 多固定故障,0/1,0/1,1,0/1,1/0,1/0,c sa1a sa1,010,Ex,Ex,Ex,Ex,Ex,1.求a，b，c为单固定故障时的测试集合；2.求a，b，c中有双固定故障时的测试集合；3.求a，b，c为三固定故障时的测试集合；,
