别让复位信号毁了你的ATPG！记一次AU故障占比45%的排查与set_static_dft

ATPG调试实战：如何通过静态信号约束将AU故障降低90%

最近在完成一个28nm项目的ATPG流程时，遇到了一个令人头疼的问题——生成的pattern中AU（ATPG Untestable）故障占比高达45%，覆盖率卡在31%无法提升。经过两周的深度排查，最终发现是复位信号约束缺失导致的连锁反应。本文将分享这个典型案例的完整分析过程，以及如何通过set_static_dft_signal等关键命令彻底解决问题。

1. 故障现象与初步分析

当ATPG工具报出"the number of AU faults has increased by 38% since the start of ATPG"的警告时，我们立即注意到几个异常现象：

AU比例随pattern增加而上升：从初始的15%逐渐攀升至45.13%
无效pattern占比高：生成的221条pattern中，有效率仅77.34%
故障分类异常：大部分AU故障显示为unclassified状态

使用report_faults -fault_type AU -class unclassified命令导出故障点时，发现主要集中在几个特定模块的寄存器上。通过以下检查排除了常见问题：

# 检查scan chain基础配置 report_scan_chains -summary # 验证时钟和复位网络 report_dft_signal -all # 检查时序约束 report_atpg_constraints

所有基础配置看似正常，但set_gate_report pattern_index 0命令却返回了一个关键线索："No internal scan test pattern exist"。这暗示着pattern生成过程存在根本性缺陷。

2. 深度追踪：复位信号的不确定性

通过set_gate_report -fault_status AU聚焦特定寄存器故障点时，我们发现了异常现象：

寄存器名称	复位端状态	数据端状态	时钟状态
outstanding_xfer_reg_0_	随机跳变	正常扫描	稳定
status_hold_reg_1_	不定态	正常扫描	稳定
buffer_ctrl_reg_3_	随机跳变	正常扫描	稳定

关键发现：所有异常寄存器在capture阶段都表现出复位信号的不稳定状态

进一步分析发现，设计中有一个全局复位信号sync_set_reset_disable在测试模式下缺少明确约束。这个信号连接到多个模块的异步复位端，导致ATPG工具无法确定其应保持的逻辑值。

3. 根本原因：静态控制信号的缺失约束

在ATPG过程中，以下三类信号必须明确约束：

复位信号：同步/异步复位
测试模式信号：MBIST、LBIST等专用信号
时钟门控使能：影响时钟树传播

在我们的案例中，sync_set_reset_disable信号未被约束，导致ATPG工具出现两种错误行为：

在shift阶段随机赋值，破坏scan chain数据完整性
在capture阶段产生不定态，导致故障无法传播

通过以下命令验证了这一判断：

# 查看信号在pattern中的实际值 report_simulation_values -signal sync_set_reset_disable -pattern all # 分析信号驱动强度 report_driving_strength -pin [get_pins */sync_set_reset_disable]

4. 解决方案：set_static_dft_signal的正确应用

针对静态控制信号，Tessent提供了一套完整的约束命令：

# 基本语法 set_static_dft_signal -name <signal_name> -active <state> \ [-clock <clock_name>] [-view <view_name>]

具体到本案例，我们分三步实施修复：

约束主复位信号：

set_static_dft_signal -name sync_set_reset_disable -active 1 \ -clock test_clk -view existing

验证约束效果：

# 重新生成pattern create_patterns -fault_coverage # 检查AU比例 report_faults -summary

建立长期规范：
- 在DFT约束文件中预先声明所有静态信号
- 增加ATPG前的约束完整性检查脚本
- 对复杂复位网络采用层次化约束策略

实施后效果对比：

指标	修复前	修复后	提升幅度
AU占比	45.13%	4.2%	90.7%↓
测试覆盖率	31.43%	95.8%	204.8%↑
有效pattern率	77.34%	99.1%	28.1%↑

5. 进阶技巧：复杂场景下的信号约束

对于更复杂的设计，我们总结出以下最佳实践：

多电压域处理：

set_static_dft_signal -name pd1_reset_n -active 0 \ -voltage_domain PD1 -view existing

异步复位同步释放：

set_static_dft_signal -name async_reset -active 0 \ -synchronize -clock test_clk

条件约束：

if {[get_dft_modes -active] == "mbist_mode"} { set_static_dft_signal -name mbist_en -active 1 }

常见陷阱与规避方法：

过度约束：将本应动态控制的信号设为静态，导致覆盖率损失
- 解决方法：使用report_untestable_faults分析约束合理性
约束冲突：多个约束条件产生矛盾
- 解决方法：采用-view参数管理不同场景下的约束集
时序违例：约束值与实际电路行为不符
- 解决方法：配合set_atpg_timing进行时序验证

6. 自动化检查流程建设

为避免类似问题重复发生，我们建立了三级检查机制：

预处理检查（DFT插入阶段）：

proc check_static_signals {} { set required_signals [list "test_mode" "scan_enable" ...] foreach sig $required_signals { if {![dft_signal_exists $sig]} { echo "ERROR: Missing DFT signal $sig" } } }

ATPG前检查：
```
verify_atpg_setup -static_signals
```

后仿真验证：

# 使用VCS等工具进行门级仿真 def check_reset_states(): for pattern in all_patterns: if detect_x_state('sync_set_reset_disable'): report_error("Reset signal has X state")

这套机制将类似问题的发现时间从ATPG阶段提前到了DFT插入阶段，平均节省了2-3天的调试时间。