DE10230949B4 - Integrierter Mikrocontroller-Baustein und Verfahren zur Funktionsüberprüfung eines integrierten Speichers des Mikrocontroller-Bausteins - Google Patents

Abstract

Integrierter Baustein
– mit einem Speicher (2) mit Speicherzellen zur Speicherung von Code oder Daten,
– mit einem Mikrocontroller (3), der mit einem externen Anschluß (P) des Bausteins und mit dem Speicher (2) verbunden ist,
– bei dem durch den Mikrocontroller (3) in einem Normalbetrieb des Bausteins ein Zugriff auf den Speicher (2) sowie ein Datentransfer über den externen Anschluß (P) steuerbar ist,
– bei dem durch den Mikrocontroller (3) in einem Testbetrieb des Bausteins die Durchführung einer Testsequenz (A – D) zur Funktionsprüfung des Speichers (2) steuerbar ist,
– mit einem Befehlsspeicher (5) zur Speicherung einer von extern zugeführten Befehlssequenz, anhand deren der Mikrocontroller die Durchführung der Testsequenz steuert,
– mit einem Fehlerdatenspeicher (6) zur Speicherung von Adressen jeder aufgrund der Funktionsüberprüfung als fehlerhaft festgestellten Speicherzelle des Speichers (2),
– bei dem der Fehlerdatenspeicher (6) und der Befehlsspeicher (5) ein Bestandteil des...

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen integrierten Mikrocontroller-Baustein und ein Verfahren zur Funktionsüberprüfung eines integrierten Speichers des Mikrocontroller-Bausteins.
• Integrierte Speicher, beispielsweise in Form von DRAMs (Dynamic Random Access Memories) oder SRAMs (Static Random Access Memories) werden im Herstellungsprozeß im allgemeinen umfangreichen Funktionstests unterzogen. Unter anderem dienen diese Funktionstests dazu, fehlerhafte Speicherzellen beziehungsweise fehlerhafte Spaltenleitungen oder Reihenleitungen zu identifizieren. Mit zunehmender Speichergröße nehmen die Kosten von Funktionstests einen immer größeren Anteil an den gesamten Produktionskosten eines Speichers ein. Um die Testkosten zu senken, werden daher zunehmend Methoden wie Testmodes zur Komprimierung von Daten oder zusätzliche Testlogik, beispielsweise in Form von BIST (Built-In Self-Test) entwickelt.
• Integrierte Speicher weisen im allgemeinen zur Reparatur fehlerhafter Speicherzellen redundante Speicherzellen auf, die meist zu redundanten Reihenleitungen oder redundanten Spaltenleitungen zusammengefaßt sind, die reguläre Leitungen mit defekten Speicherzellen adressenmäßig ersetzen können. Dadurch ist es möglich, integrierte Speicher, insbesondere in Form von DRAMs, bei den heute erreichten Integrationsdichten noch wirtschaftlich herzustellen. Ein integrierter Speicher wird beispielsweise mit einer externen Prüfeinrichtung geprüft und anschließend anhand einer sogenannten Redundanzanalyse eine Programmierung von redundanten Elementen vorgenommen. Um eine Reparatur eines Speichers gezielt durchführen zu können, müssen in entsprechenden Tests beziehungsweise Testsequenzen alle Fehler identifiziert und zusammen mit der zugehörigen Adresse in einem für diesen Zweck vorgesehenen Speicher abgespeichert werden. Hierzu werden die Adressen jener getesteter Speicherzellen, welche als fehlerhaft detektiert wurden, in einem Fehleradreßspeicher zu einer sogenannten Fehlertabelle gespeichert, um in einem anschließenden Schritt anhand der gespeicherten Adressen diese Speicherzellen durch fehlerfreie redundante Speicherzellen zu ersetzen. Auf Basis dieser Fehlertabelle kann anschließend die für jeden Speicher individuelle Reparaturlösung berechnet und eine sogenannte Fail Bit Map dargestellt werden.
• Mit fortschreitender Entwicklung auf dem Gebiet von integrierten Schaltungen steigt die Betriebsfrequenz, mit der eine integrierte Schaltung betrieben wird, im allgemeinen ständig an. Mit zunehmenden Betriebsfrequenzen von integrierten Schaltungen wird es meist schwieriger, diese integrierten Schaltungen auf ihre Funktionsfähigkeit hin zu testen. Dabei ist es für den Erhalt eines weitgehend aussagekräftigen Testergebnisses wichtig, daß die integrierte Schaltung auch bei ihrer Betriebsfrequenz, die sie im Normalbetrieb aufweist, getestet wird.
• Erfahrungsgemäß ist es jedoch ein vergleichsweise großes Problem, Testgeräte für neuere integrierte Schaltungen bereitzustellen, die Ausgangssignale einer getesteten integrierten Schaltung, die mit maximaler Betriebsfrequenz getestet und betrieben wird, bei dieser geforderten Frequenz mit genügender Genauigkeit bewerten können. Oftmals sind derartige Testgeräte auf dem Markt nicht verfügbar oder vergleichsweise teuer. Aus Kostengründen ist es deshalb oft von großem Vorteil, durch chipseitige Hardware Testgeräte älterer Bauart, die lediglich vergleichsweise niedrige Frequenzen unterstützen, für neuere Chip-Generationen nutzbar zu machen.
• In der Patentschrift US 6,000,048 ist ein integrierter Baustein, der eine kombinierte Logik-/BIST-Schaltung, einen ersten Speicher, einen zweiten Speicher, ein Befehlsregister und ein Testregister umfasst, beschrieben. Die kombinierte Logik-/BIST-Schaltung ist über einen externen Anschluss mit einem externen Testsystem verbunden. In einem ersten Schritt wird über das externe Testsystem ein Testprogramm in den ersten Speicher eingelesen. Zur Funktionsüberprüfung des zweiten Speichers werden die Befehle des Testprogramms aus dem ersten Speicher in das Befehlsregister geschrieben. Die Testbefehle werden dann von der BIST-Schaltung, die als BIST-Mikrocontroller ausgeführt ist, auf dem zweiten Speicher ausgeführt. Im Testregister lassen sich die Anzahl der aufgetretenen Fehler und ein Fehlertyp zwischenspeichern. Zur Analyse der Fehlerdaten durch ein externes Testsystem werden diese aus dem Testregister ausgelesen.
• Bei der Verwendung von BIST-Controllern zum Selbsttest von integrierten Speichern muß jedoch zusätzliche Hardware auf dem Speicherchip vorgesehen werden, was im allgemeinen zu einer Vergrößerung der benötigten Chipfläche führt. Bei einem Funktionstest mittels eines externen Testsystems, bei dem Fehlerdaten auf Basis des BIST-Tests abgespeichert werden, ist im allgemeinen ein hoher Aufwand bezüglich des Test-Setups und der Tester-Hardware erforderlich, wodurch die Testkosten und damit die Herstellungskosten von integrierten Speichern ansteigen.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen integrierten Mikrocontroller-Baustein mit einem integrierten Speicher anzugeben, der es ermöglicht, Testkosten oder zusätzliche Chipfläche, die insbesondere durch für einen Testbetrieb zusätzlich vorzusehene Chip-Hardware verursacht wird, mög lichst gering zu halten. Weiterhin soll mit einem Verfahren zur Funktionsüberprüfung eines Speichers eines derartigen Bausteins eine entspechende Testmethodik angegeben werden.
• Die Aufgabe bezüglich des integrierten Bausteins wird gelöst durch einen integrierten Baustein mit einem Mikrocontroller gemäß Patentanspruch 1. Die Aufgabe bezüglich des Verfahrens wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 5.
• Der erfindungsgemäße integrierte Baustein weist neben einem internen Speicher zur Speicherung von Code und Daten einen Mikrocontroller auf, der mit einem externen Anschluss des Bausteins und mit dem Speicher verbunden ist. Der Mikrocontroller ist insbesondere dazu vorgesehen, in einem Normalbetrieb des Bausteins einen Zugriff auf den Speicher sowie einen Datentransfer über den externen Anschluss des Bausteins zu steuern. Der Speicher ist beispielsweise als SRAM und der Mikrocontroller beispielsweise als Festplattencontroller ausgeführt zur Verwendung des Bausteins in einem Computersystem.
• Erfindungsgemäß ist der für den Normalbetrieb in der Applikation ohnehin vorgesehene Mikrocontroller derart ausgebildet, daß durch ihn in einem Testbetrieb des Bausteins die Durchführung einer Testsequenz zur Funktionsprüfung des Speichers steuerbar ist. Weiterhin ist ein Fehlerdatenspeicher zur Speicherung von Fehlerdaten unter Steuerung des Mikrocontrollers vorhanden, die bei der Funktionsüberprüfung erzeugt werden.
• Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Funktionsüberprüfung des Speichers eines derartigen integrierten Bausteins wird eine Befehlssequenz, anhand derer der Mikrocontroller die Durchführung der Testsequenz steuert, vor Beginn des Testbetriebs von extern in den Baustein eingelesen. Diese geladene Befehlssequenz wird zur Durchführung der Testsequenz auf dem Mikrocontroller ausgeführt. Dabei werden Fehlerdaten im Fehlerdatenspeicher unter Steuerung des Mikrocontrollers abgelegt.
• Mit der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft ermöglicht, daß auf eine BIST-Hardware auf dem Baustein verzichtet werden kann. Hierdurch kann wirksam wertvolle Chipfläche eingespart werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft im Hinblick auf Bausteine mit hoher Integrationsdichte. Die jeweiligen Fehlerdaten können durch ein externes Testgerät am Ende des Funktionstests ausgelesen werden und können insbesondere als Basis zum Aufbau einer Fail Bit Map dienen. Dadurch kann ein vergleichsweise kostengünstiges Testsystem für den Funktionstest verwendet werden, da die Datenkommunikation zwischen Baustein und Testsystem nicht während des Tests laufend erfolgen muß und daher nicht zeitkritisch ist.
• Weiterhin kann vorteilhaft bereits für einen Test auf Waferebene Testinformation beziehungsweise Fehlerinformation bewertet werden und der Baustein physikalisch analysiert werden. Zudem ist es vorteilhaft ermöglicht, einen Funktionstest und die Testabdeckung durch den Funktionstest flexibel zu op timieren. Der Test kann außerdem im Hinblick auf Testgeschwindigkeit und Abspeicherung von Testinformation flexibel gestaltet werden. Weiterhin kann die Kommunikation zwischen dem zu testenden Speicher und einem Testsystem während des Funktionstests im Hinblick auf einen optimierten Testfluß entsprechend definiert werden.
• In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen integrierten Bausteins weist der Mikrocontroller einen Befehlsspeicher auf zur Speicherung der von extern zugeführten Befehlssequenz, anhand derer der Mikrocontroller die Durchführung der Testsequenz steuert. Der Befehlsspeicher ist in einer Ausführungsform der Erfindung ein Bestandteil des Mikrocontrollers, ebenso ist in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung der Fehlerdatenspeicher ein Bestandteil des Mikrocontrollers.
• Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Funktionsüberprüfung des integrierten Bausteins wird nach dem Einlesen der Befehlssequenz zu Beginn des Testbetriebs eine Startadresse in einem internen Befehlsspeicher angesprungen. Die Befehlssequenz wird unter Steuerung des Mikroconrollers ausgehend von der Startadresse ausgeführt und erzeugte Fehlerdaten werden unter Steuerung des Mikroconrollers in dem Fehlerdatenspeicher abgelegt. Die im Fehlerdatenspeicher abgelegten Fehlerdaten können unter Steuerung des Mikrocontrollers nach außerhalb des Bausteins zur Auswertung der Funktionsprüfung ausgelesen werden. Auf deren Basis kann zu Fehleranalysezwecken eine Fail Bit Map aufgebaut werden.
• Weitere vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren, die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung darstellen, näher erläutert.
• Es zeigen:
• 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen integrierten Bausteins,
• 2 eine detailliertere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen integrierten Bausteins,
• 3 ein Flußdiagramm zur Durchführung eines Funktionstests eines Speichers gemäß 2 unter Veranschaulichung der verwendeten Speicherkomponenten.
• In 1 ist ein integrierter Baustein 1 gezeigt, der einen Speicher 2 zur Speicherung von Code oder Daten aufweist. Der Speicher 2 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als SRAM ausgeführt beziehungsweise in einem SRAM enthalten. Weiterhin weist der Baustein einen Mikrocontroller 3 auf, der mit einem externen Anschluß P des Bausteins und mit dem Speicher 2 verbunden ist. Durch den Mikrocontroller 3 ist im Normalbetrieb des Bausteins ein Zugriff auf den Speicher 2 sowie ein Datentransfer über den externen Anschluß P des Bausteins steuerbar. Der Mikrocontroller 3 ist beispielsweise als Festplattencontroller ausgeführt.
• In 2 ist eine detailliertere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen integrierten Bausteins gezeigt. Der Baustein 1 gemäß 2 weist wie der Baustein gemäß 1 einen Speicher 2 auf sowie einen Mikrocontroller 3, der in einem Normalbetrieb des Bausteins den Speicherzugriff auf den Speicher 2 sowie den externen Datentransfer des Bausteins steuert. Bestandteile des Mikrocontrollers 3 sind eine Central Processing Unit (CPU) 4 und ein interner Speicher, der als Befehlsspeicher 5 und/oder als Fehlerdatenspeicher 6 genutzt werden kann. An den externen Anschluß P ist ein externes Testsystem 7 angeschlossen. Der Befehlspeicher 5 und Fehlerdatenspeicher 6 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel Teil eines sogenannten Dual-Port-RAMs.
• Anhand des Flußdiagramms gemäß 3 soll im folgenden die Durchführung eines beispielhaften Funktionstests näher erläutert werden.
• Vor Beginn des Testbetriebs wird vom Testsystem 7 eine Befehlssequenz zur Durchführung einer Testsequenz, die auf dem Mikrocontroller ausgeführt wird, eingelesen. Die Steuerung dieses Vorgangs übernimmt die CPU 4, wobei die Befehlssequenz in den Befehlsspeicher 5 geladen wird (Schritt A). Im Schritt B wird der Test von der Startadresse des internen Speichers durch die CPU 4 ausgeführt. Entsprechend werden Testdaten durch die CPU 4 in den Speicher 2 eingeschrieben. Im Schritt C werden die Daten aus dem Speicher 2 unter Steuerung der CPU 4 wieder ausgelesen und entsprechende Fehlerdaten unter Steuerung der CPU 4 im Fehlerdatenspeicher 6 abgelegt. Anschließend werden die im Fehlerdatenspeicher 6 abgelegten Fehlerdaten unter Steuerung der CPU 4 nach außerhalb des Bausteins zur Auswertung der Funktionsprüfung zum Testsystem 7 ausgelesen (Schritt D).
• Mit der Erfindung ist es somit ermöglicht, einen Selbsttest eines integrierten Speichers durchzuführen, wobei hierzu jedoch keine zusätzliche BIST-Hardware vorzusehen ist. Mit der Erfindung ist es vorteilhaft ermöglicht, einen Funktionstest des Speichers zunächst in einem Probelauf auf einem Simulator nachzubilden und den nachfolgenden Funktionstest des Speichers damit zu optimieren. Der Funktionstest kann demnach mittels einer Simulation zuerst auf seine Funktionsfähigkeit hin überprüft werden, und dabei entdeckte Schwachstellen können beseitigt werden. Weiterhin kann eine Simulation im Hinblick auf eine optimale Testabdeckung und/oder eine Timing-Verifikation durchgeführt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß mit dem vorherigen Laden einer Befehlssequenz ein Funktionstest, im Gegensatz zu einer BIST-Realisierung, an die individuellen Testanforderungen flexibel anpaßbar ist. Somit können unterschiedliche Funktionstests durchgeführt werden, wie zum Beispiel sogenannte March-Tests oder Checkerboard-Tests zur Überprüfung von statischen oder dynamischen Speicherfehlern.

1

integrierter Baustein

2

Speicher

3

Mikrocontroller

4

CPU

5

Befehlsspeicher

6

Fehlerdatenspeicher

7

Testsystem

P

Anschluß

A – D

Schritt

Claims (5)

1. Integrierter Baustein – mit einem Speicher (2) mit Speicherzellen zur Speicherung von Code oder Daten, – mit einem Mikrocontroller (3), der mit einem externen Anschluß (P) des Bausteins und mit dem Speicher (2) verbunden ist, – bei dem durch den Mikrocontroller (3) in einem Normalbetrieb des Bausteins ein Zugriff auf den Speicher (2) sowie ein Datentransfer über den externen Anschluß (P) steuerbar ist, – bei dem durch den Mikrocontroller (3) in einem Testbetrieb des Bausteins die Durchführung einer Testsequenz (A – D) zur Funktionsprüfung des Speichers (2) steuerbar ist, – mit einem Befehlsspeicher (5) zur Speicherung einer von extern zugeführten Befehlssequenz, anhand deren der Mikrocontroller die Durchführung der Testsequenz steuert, – mit einem Fehlerdatenspeicher (6) zur Speicherung von Adressen jeder aufgrund der Funktionsüberprüfung als fehlerhaft festgestellten Speicherzelle des Speichers (2), – bei dem der Fehlerdatenspeicher (6) und der Befehlsspeicher (5) ein Bestandteil des Microcontrollers (3) sind.
2. Integrierter Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlerdatenspeicher (6) und der Befehlsspeicher (5) als Dual-Port-RAM ausgebildet sind.
3. Integrierter Baustein nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrocontroller (3) als Festplattencontroller ausgebildet ist.
4. Verfahren zur Funktionsüberprüfung des Speichers (2) des integrierten Bausteins (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Befehlssequenz, anhand deren der Mikrocontroller (3) die Durchführung der Testsequenz steuert, vor Beginn des Testbetriebs von extern in den Baustein (1) eingelesen wird, die Befehlssequenz zur Durchführung der Testsequenz auf dem Mikrocontroller (3) ausgeführt wird und Fehlerdaten und Adressen jeder aufgrund der Funktionsüberprüfung als fehlerhaft festgestellten Speicherzelle des Speichers (2) im Fehlerdatenspeicher (6) abgelegt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß – nach dem Einlesen der Befehlssequenz zu Beginn des Testbetriebs eine Startadresse in einem internen Befehlsspeicher (5) angesprungen wird, – die Befehlssequenz unter Steuerung des Mikroconrollers (3) ausgehend von der Startadresse ausgeführt wird und erzeugte Fehlerdaten und Adressen jeder aufgrund der Funktionsüberprüfung als fehlerhaft festgestellten Speicherzelle des Speichers (2) in dem Fehlerdatenspeicher (6) abgelegt werden, – die im Fehlerdatenspeicher (6) abgelegten Fehlerdaten und Adressen jeder aufgrund der Funktionsüberprüfung als fehlerhaft festgestellten Speicherzelle des Speichers (2) unter Steuerung des Mikrocontrollers nach außerhalb des Bausteins zur Auswertung der Funktionsprüfung ausgelesen werden.