LABORATORIO N° 6 MICRO-NANO SISTEMAS ELECTRÓNICOS

 Autor: Alexis                                       Contacto: alexis_100499_aries@hotmail.com

DISEÑO PARA TESTABILIDAD: MODELO STUCK ON- STUCK OPEN

Facultad de Ingeniería Electrónica y Eléctrica – UNMSM 

PREGUNTAS:

1) De las siguientes preguntas del Laboratorio N° 4: 1, 2, 3, 5.

Resolver como mínimo 02 (DOS) preguntas usando con las indicaciones dadas. Para lógicas dinámicas

considerar la señal φ = 1Ghz.

Para cada circuito se pide:

a) Determinar el número de transistores del circuito que pueden tener los fallo S-OPEN y fallo S-ON.

b) Elegir y hallar el vector/vectores de test para detectar 02 fallos S-OPEN y 02 fallos S-ON.

c) De forma conveniente, en el programa DSCH (esquemático) y Microwind (layout) inyectar manualmente y simular los fallos anteriores. Considerar los transistores de dimensiones mínimas (L=0.25 micras)

d) Verificar si hay algún transistor del circuito que no se testable.

Pregunta del Laboratorio N° 4 ejercicio 5: Dado su diagrama de STICK simplificado CMOS estático, interprete dicho diagrama, dibuje el circuito esquemático de transistores y obtenga la función lógica de salida.

Figura 1: Máxima frecuencia.

En la figura 1 se muestra en Diagrama de Stick de una función booleana a base de transistores nmos y pmos. A continuación, se redibujará a partir de este layout a su diagrama esquemático de la función.

Figura 2: Diagrama del tercer circuito.

A partir de la red pull-up con transistores pmos podemos obtener nuestra función booleana.

Según la figura 2 obtenemos :

a) Determinar el número de transistores del circuito que pueden tener los fallo S-OPEN y fallo S-ON.

En nuestro circuito, utilizamos 4 transistores pmos y 4 transistores nmos. En total podemos obtener 8 transistores con fallas S-OPEN y 8 transistores con fallas S-ON.

b) Elegir y hallar el vector/vectores de test para detectar 02 fallos S-OPEN y 02 fallos S-ON.

Para el modelo Stuck-Open, hallar los vectores de inicialización y los vectores de test, en caso de falla del TRANSISTOR TIPO N DE LA ENTRADA A.

Analizando el Modelo Stuck-Open para EL TRANSISTOR TIPO N de la entrada a. Se muestra una tabla con todos los valores de la función cuando el dicho transistor se encuentra abierto. Como el transistor nmos de entrada A se encuentra abierto, usamos las combinaciones de dicho transistor en conducción para hallar los vectores, esto se resume en la tabla.

 A continuación, mostramos la simulación del circuito con el transistor A tipo nmos en estado abierto.

Figura 4: Simulación en DSCH2 del Modelo Stuck-Open para el transistor tipo N de la entrada A.

Como podemos observar en la figura 4, las primeras 8 combinaciones no presentan problema en el resultado de la salida F, pero como ya se vio anteriormente en la tabla, se identificaron 5 vectores de test, como vemos en la simulación se identifican esos 5 vectores ya que aparecen de forma sombreada (color gris), las salidas a estas combinaciones pueden ser 0 o 1 dependiendo del estado del transistor, si el resultado es 0 no presenta fallo, pero si es 1 si presenta fallo y es detectable.

A continuación, se muestra el layout de nuestro circuito, simulando una falla Stuck-Open en el transistor A tipo nmos, en este caso se hizo una abertura en el layout para simular este fallo.

Figura 5: Layout del Modelo Stuck-Open para el transistor tipo N de la entrada A.

A continuación, se muestra la simulación con esta falla stuck-open en el transistor tipo N de la entrada A.

Figura 6: Simulación del Modelo Stuck-Open para el transistor tipo N de la entrada A en Microwind.

Para el modelo Stuck-Open, hallar los vectores de inicialización y los vectores de test, en caso de falla del TRANSISTOR TIPO N DE LA ENTRADA B.

Figura 7: Modelo Stuck-Open para el transistor tipo N de la entrada B.

Analizando el Modelo Stuck-Open para EL TRANSISTOR TIPO N de la entrada b. Se muestra una tabla con todos los valores de la función cuando el dicho transistor se encuentra abierto. Como el transistor nmos de entrada B se encuentra abierto, usamos las combinaciones de dicho transistor en conducción para hallar los vectores, esto se resume en la tabla.

A continuación, mostramos la simulación del circuito con el transistor B tipo nmos en estado abierto.

Figura 8: Simulación en DSCH2 del Modelo Stuck-Open para el transistor tipo N de la entrada B.

 Como podemos observar en la figura 8, las primeras 5 combinaciones no presentan problema en el resultado de la salida F, pero como ya se vio anteriormente en la tabla, se identificaron 3 vectores de test, como vemos en la simulación se identifican esos 3 vectores ya que aparecen de forma sombreada (color gris), las salidas a estas combinaciones pueden ser 0 o 1 dependiendo del estado del transistor, si el resultado es 0 no presenta fallo, pero si es 1 si presenta fallo y es detectable.

A continuación, se muestra el layout de nuestro circuito, simulando una falla Stuck-Open en el transistor B tipo nmos, en este caso se hizo una abertura en el layout para simular este fallo.

Figura 9: Layout del Modelo Stuck-Open para el transistor tipo N de la entrada B.

A continuación, se muestra la simulación con esta falla stuck-open en el transistor tipo N de la entrada B.

Tal como se analizó anteriormente (ver la tabla) el resultado correcto de la función seria obtener 5 salidas a “1” y 11 salidas a “0” cuando el trasistor no presenta fallas, en el análisis teórico del fallo Stuck-Open se obtuvo 8 salidas a “1” y 8 salidas a “0”, esto coincide con la simulación mostrada en la figura 10, donde se marca la zona donde se evidencia el fallo del transistor, que para un transistor en buen estado se obtendría un valor de 0, pero como sea a simulado un circuito abierto obtuvimos un valor de “1”.

Figura 10: Simulación del Modelo Stuck-Open para el transistor tipo N de la entrada B en Microwind.

Para el modelo Stuck-Open, hallar los vectores de inicialización y los vectores de test, en caso de falla del TRANSISTOR TIPO N DE LA ENTRADA C.

Figura 11: Modelo Stuck-Open para el transistor tipo N de la entrada C.

Analizando el Modelo Stuck-Open para EL TRANSISTOR TIPO N de la entrada C. Se muestra una tabla con todos los valores de la función cuando el dicho transistor se encuentra abierto. Como el transistor nmos de entrada C se encuentra abierto, usamos la combinación de dicho transistor en conducción con el transistor B tipo nmos para hallar el vector de test , esto se resume en la tabla.

A continuación, mostramos la simulación del circuito con el transistor C tipo nmos en estado abierto.

Figura 12: Simulación en DSCH2 del Modelo Stuck-Open para el transistor tipo N de la entrada C.

Como podemos observar en la figura 12, las primeras 6 combinaciones no presentan problema en el resultado de la salida F, pero como ya se vio anteriormente en la tabla, se identificó 1 vector de test, como vemos en la simulación se identifican este vector aparece de forma sombreada (color gris), las salidas a estas combinaciones pueden ser 0 o 1 dependiendo del estado del transistor, si el resultado es 0 no presenta fallo, pero si es 1 si presenta fallo y es detectable.

A continuación, se muestra el layout de nuestro circuito, simulando una falla Stuck-Open en el transistor C tipo nmos, en este caso se hizo una abertura en el layout para simular este fallo.

Figura 13: Layout del Modelo Stuck-Open para el transistor tipo N de la entrada C.

 Para analizar este caso es necesario hacer uso del vector de inicialización <0,0,0,0> para poner la señal de salida en “1”, ya que analizando teóricamente se llegó a que con la combinación <0,1,1,0> se detectaría la falla del transistor, si se encuentra en buen estado la salifa F=0, pero si está abierto la salida seria F=1, razón por la cual es necesario inicializar con un vector que de salida 1, para que cuando se presente la falla el circuito no estaría en “1” ni en “0” pero por acción de la capacitancia parasita quedaría cargado en “1” lógico, detectándose el error.

Figura 14: Simulación del Modelo Stuck-Open para el transistor tipo N de la entrada C en Microwind.

Para el modelo Stuck-Open, hallar los vectores de inicialización y los vectores de test, en caso de falla del TRANSISTOR TIPO N DE LA ENTRADA D.

Figura 15: Modelo Stuck-Open para el transistor tipo N de la entrada D.

Analizando el Modelo Stuck-Open para EL TRANSISTOR TIPO N de la entrada D. Se muestra una tabla con todos los valores de la función cuando el dicho transistor se encuentra abierto. Como el transistor nmos de entrada D se encuentra abierto, usamos las combinaciones de dicho transistor en conducción con el transistor B tipo nmos para hallar el vector de test, esto se resume en la tabla.

Figura 16: Simulación en DSCH2 del Modelo Stuck-Open para el transistor tipo N de la entrada D.

Como podemos observar en la figura 16, las primeras 5 combinaciones no presentan problema en el resultado de la salida F, pero como ya se vio anteriormente en la tabla, se identificó 1 vector de test, como vemos en la simulación se identifican este vector aparece de forma sombreada (color gris), las salidas a estas combinaciones pueden ser 0 o 1 dependiendo del estado del transistor, si el resultado es 0 no presenta fallo, pero si es 1 si presenta fallo y es detectable.

A continuación, se muestra el layout de nuestro circuito, simulando una falla Stuck-Open en el transistor D tipo nmos, en este caso se hizo una abertura en el layout para simular este fallo.

Figura 17: Layout del Modelo Stuck-Open para el transistor tipo N de la entrada D.

A continuación, se muestra la simulación con esta falla stuck-open en el transistor tipo N de la entrada D.

Tal como se analizó anteriormente (ver la tabla) el resultado correcto de la función seria obtener 5 salidas a “1” y 11 salidas a “0” cuando el transistor no presenta fallas, en el análisis teórico del fallo Stuck-Open para el transistorD tipo nmos se obtuvo 6 salidas a “1” y 8 salidas a “0”, esto coincide con la simulación mostrada en la figura 18, donde se marca la zona donde se evidencia el fallo del transistor, que para un transistor en buen estado se obtendría un valor de 0, pero como sea a simulado un circuito abierto obtuvimos un valor de “1”.

Figura 18: Simulación del Modelo Stuck-Open para el transistor tipo N de la entrada D en Microwind.

Para el modelo Stuck-On, hallar los vectores de test y monitoreo de corriente, en caso de falla del TRANSISTOR TIPO P DE LA ENTRADA A.

Figura 19: Modelo Stuck-On para el transistor tipo N de la entrada A.

Analizando el Modelo Stuck-On para EL TRANSISTOR TIPO P de la entrada A Se muestra una tabla con todos los valores de la función cuando el dicho transistor se encuentra en cortocircuito. Como el transistor A del tipo pmos se encuentra en corto se conectará en complemento (transistor A nmos) y se harán las combinaciones con los transistores b, c y d (ver tabla) para hacer llegar vcc a gnd y provocar el cortocircuito.

Figura 20: Simulación en DSCH2 del Modelo Stuck-On para el transistor tipo P de la entrada A.

Como se puede apreciar en la figura lo valores obtenidos en la salida son iguales son o sin el fallo del transistor, razón por la cual no es posible medir o testear el fallo Stuck-On para el transistor A tipo pnos, razón por la cual se hará su layout en Microwind con la condición de establecer el cortocircuito en dicho transistor y medir la corriente que consume el circuito para poder detectar el fallo.

A continuación, se muestra el layout de nuestro circuito, simulando una falla Stuck-On en el transistor A tipo pmos, en este caso se hizo un cortocircuito en el layout para simular este fallo.

Figura 21: Layout del Modelo Stuck-On para el transistor tipo P de la entrada A. 

A continuación, se muestra el voltaje de la salida F para las distintas combinaciones, con el testeo para el fallo Stuck-on. Como se puede apreciar en los 5 vectores de test señalados en la figura 22, se puede apreciar que se presentar un voltaje distinto a 0 o 2.5 voltios (muy cercano a 0v), que no nos da indicio a un fallo en el transistor, ya que a este valor de voltaje es muy posible que en circuito lo tome como un “0” lógico, lo que hace no posible la detección de este fallo, por cual se medirá la corriente consumida por el circuito, ya que cuando ocurre el fallo Stuck-on existe un cortocircuito entre vcc y gnd, presentando una baja resistencia y por ende una alta corriente , que será testeada para poder hallar este fallo. 

Figura 22: Simulación del Modelo Stuck-On para el transistor tipo P de la entrada A en Microwind.

En la figura 23 se presenta la gráfica de la corriente cuando no existe falla en el transistor A tipo pomos, se muestra que se consume muy poca corriente en el circuito.

Figura 23: Medición de la corriente para el Modelo Stuck-On para el transistor tipo P de la entrada A en Microwind.

Ahora se presenta la gráfica de la corriente que consume el circuito cuando presenta la falla Stick-on en el transistor A tipo pmos, en la figura 24 se señala los puntos donde se consume una mayor corriente, esto nos indica que existe falla en el transistor justamente en los vectores de test que hallamos teóricamente.

Figura 24: Medición de la corriente para el Modelo Stuck-On para el transistor tipo P de la entrada A en Microwind.

 Para el modelo Stuck-On, hallar los vectores de test y monitoreo de corriente, en caso de falla del TRANSISTOR TIPO P DE LA ENTRADA B.

Figura 25: Modelo Stuck-On para el transistor tipo N de la entrada B.

Analizando el Modelo Stuck-On para EL TRANSISTOR TIPO P de la entrada B Se muestra una tabla con todos los valores de la función cuando el dicho transistor se encuentra en cortocircuito. Como el transistor B del tipo pmos se encuentra en corto se conectará en complemento (transistor B nmos) y se harán las combinaciones con los transistores a, c y d (ver tabla) para hacer llegar vcc a gnd y provocar el cortocircuito.

A continuación, mostramos la simulación del circuito con el transistor B tipo pmos en estado abierto.

Figura 26: Simulación en DSCH2 del Modelo Stuck-On para el transistor tipo P de la entrada B.

Como se puede apreciar en la figura lo valores obtenidos en la salida son iguales son o sin el fallo del transistor, razón por la cual no es posible medir o testear el fallo Stuck-On para el transistor B tipo pnos, razón por la cual se hará su layout en Microwind con la condición de establecer el cortocircuito en dicho transistor y medir la corriente que consume el circuito para poder detectar el fallo.

A continuación, se muestra el layout de nuestro circuito, simulando una falla Stuck-On en el transistor B tipo pmos, en este caso se hizo un cortocircuito en el layout para simular este fallo.

Figura 27: Layout del Modelo Stuck-On para el transistor tipo P de la entrada A. 

A continuación, se muestra el voltaje de la salida F para las distintas combinaciones, con el testeo para el fallo Stuck-on. Como se puede apreciar en los 3 vectores de test señalados en la figura 28, se puede apreciar que se presentar un voltaje distinto a 0 o 2.5 voltios (muy cercano a 0v), que no nos da indicio a un fallo en el transistor, ya que a este valor de voltaje es muy posible que en circuito lo tome como un “0” lógico, lo que hace no posible la detección de este fallo, por cual se medirá la corriente consumida por el circuito, ya que cuando ocurre el fallo Stuck-on existe un cortocircuito entre vcc y gnd, presentando una baja resistencia y por ende una alta corriente , que será testeada para poder hallar este fallo. 

Figura 28: Simulación del Modelo Stuck-On para el transistor tipo P de la entrada B en Microwind.

En la figura 29 se presenta la gráfica de la corriente cuando no existe falla en el transistor B tipo pomos, se muestra que se consume muy poca corriente en el circuito.

Figura 29: Medición de la corriente para el Modelo Stuck-On para el transistor tipo P de la entrada B en Microwind. 

Ahora se presenta la gráfica de la corriente que consume el circuito cuando presenta la falla Stick-on en el transistor B tipo pmos, en la figura 30 se señala los puntos donde se consume una mayor corriente, esto nos indica que existe falla en el transistor justamente en los vectores de test que hallamos teóricamente.

Figura 30: Medición de la corriente para el Modelo Stuck-On para el transistor tipo P de la entrada B en Microwind.

 De forma adicional hallamos los vectores para los transistores de C y D tipo pmos para modelo Stuck-On.

Para el modelo Stuck-On, hallar los vectores de test y monitoreo de corriente, en caso de falla del TRANSISTOR TIPO P de la entrada C.

Figura 31: Modelo Stuck-On para el transistor tipo N de la entrada C.

Analizando el Modelo Stuck-On para EL TRANSISTOR TIPO P de la entrada C Se muestra una tabla con todos los valores de la función cuando el dicho transistor se encuentra en cortocircuito.

Para el modelo Stuck-On, hallar los vectores de test y monitoreo de corriente, en caso de falla del TRANSISTOR TIPO P de la entrada D.

Figura 32: Modelo Stuck-On para el transistor tipo N de la entrada D.

Analizando el Modelo Stuck-On para EL TRANSISTOR TIPO P de la entrada D Se muestra una tabla con todos los valores de la función cuando el dicho transistor se encuentra en cortocircuito.

d) Verificar si hay algún transistor del circuito que no se testable.

Se ha logrado analizar todos los casos del modelo Stuck-Open y Stuck-On para todos los transistores nmos y pmos, llegando a la conclusión de que al menos existe un vector de test para poder hallar la falla.