芯片设计为什么需要故障模型？

在芯片项目时，为保证芯片产品顺利上市，也增强其的竞争力，很多芯片厂商会选择配备故障模型，检测芯片在制造时是否会遇到突发故障，因此这也使很多小白困惑，为什么芯片设计需要故障模型？

一般来说，制造缺陷会导致芯片无法正常工作，制造缺陷主要包括硅片缺陷、光刻缺陷、掩膜缺陷、工艺偏差等，这些会导致芯片出现多种问题，如连线与电源或地短路、连线开路、晶体管的源或漏极短路。

而出现故障的机理是千差万别的，不同工艺、封装给芯片带来的问题是不一样，为了能够高效检查电路中哪一部分除了问题，需要构造故障模型，并根据故障模型产生测试向量几何。

为了能有效检查故障，需要将地层的失效机理抽象到高层次的故障模型，比如一个NAND门的输入线与VDD由于工艺或某种不可控因素连载一起了，它就可以抽象为stuck-at-1故障，或是桥接故障，也就是说，故障模型是对物理缺陷的逻辑等效，常用的故障模型一般可分为以下几种：

• 固定值故障模型（stack at fault model）；

• 延时故障模型；

• 基于电流的故障模型。

  
  

在固定值故障模型中，所有缺陷都表现为逻辑门层次上节点的逻辑值被固定为0或1，在这种模型中，缺陷可表示为s-a-1或s-a-0，其中：

s-a-1表示固定接1的故障，s-a-0表示固定接0的故障，stack-at模型是目前最为成功的故障模型，它有以下特点：

许多晶体管级别故障可被映射为stuck-at故障，如桥接故障可映射为stuck-at故障；

模型较为简单，故障模拟和ATPG容易实现

适合多种工艺

延时故障模型中包含了时序的概念，可分为挑边演示故障模型和路径延时故障模型。

跳变故障模型针对芯片中的如下两类故障：缓升故障和缓降故障，在任意节点的缓升故障指的是：从0到1的跳变（对于缓降故障则是从1到0跳变）结果在规定时间内无法到达输出端口或扫描触发器。

应用这种模型时，激励包括一对向量（V1,V2），其中V1是初始向量，是给目标节点设定初始值，向量V2不仅负责启动相应节点的跳变，而且也要把跳变结果传递给一个输出端口或一个扫描触发器。

在路径延时故障模型中，测的是一个路径上所有组成逻辑跳变延时的累加和。

基于电流的故障模型是为了检测电路中是否有异常的大电流，从而检查跟大电流泄露有关的缺陷，此种缺陷可能不会引起功能错误，但会导致芯片可靠性降低。

基于电流的故障模型包括：

• 伪固定故障模型；

• 翻转故障模型；

• Quiet向量选择。