了解内存故障模型

内存块与逻辑需要一组不同的故障模型和测试技术。用于检测内存内部故障的 MBIST 算法基于这些故障模型。本文讨论了不同类型的内存故障模型。

内存故障模型——单电池故障

Stuck at (SAFs)：内存中的卡住故障是指单元（或读出放大器或驱动器中的线路）的逻辑值始终为 0 或 1 的故障。

左图：良好存储单元的写操作状态图；右图：sa-0 和 sa-1 存储单元的状态图 

转换错误 (TF)：在转换错误中，单元在写入时无法进行（0 到 1）转换或（1 到 0）转换；向上转换故障表示为<0w1/0/->，向下转换故障表示为<1w0/1/->

转换故障的状态图 

写破坏性故障 (WDF)：存储单元中的非转换写入操作会导致单元翻转。有两种类型的写破坏性故障：

1）状态0的存储单元，在上面写0。单元格变为 1。表示为 <0w0/1/->

2）状态1的存储单元，在上面写1。单元格变为 0。表示为 <1w1/0/->

写入破坏性故障的状态图 

读取破坏性错误（RDF）：对单元格执行读取操作导致单元格中的值反转并返回不正确的值。读破坏性故障分为两类：

1）状态0的存储单元，读0就可以了。Cell变为1。表示为<0r0/1/1>

2）状态1的存储单元，读1就可以了。Cell变为0.记为<1r1/0/0>

 
良好存储单元读操作状态图

不正确的读取故障（IRF）：对单元执行读取操作返回不正确的值，而存储单元的状态没有改变。有两种类型的错误读取错误：

1）状态0的存储单元，读0就可以了。Cell 保持为 0 但读取操作返回 1。表示为 <0r0/0/ 1>

2）状态1的存储单元，读1就可以了。单元格保持为 1 但读取操作返回 0。表示为 <1r1/1/0 >

不正确读取故障的状态图 

Deceptive read destructive Faults (DRDFs)：对单元格进行读操作导致单元格中的值反转并返回正确的值。欺骗读破坏性故障分为两类：

1）状态0的存储单元，读0就可以了。Cell变为1但读操作返回0。表示为<0r0/1/0>

2）状态1的存储单元，读1就可以了。Cell变为0但读操作返回1。表示为<1r1/0/1>

欺骗性读取破坏性故障的状态图

Stuck open Faults (SOF)：在此故障存储器中无法访问字。当读出放大器包含锁存器时，则在读取操作期间可以产生先前读取的值。如果差分放大器充当缓冲器，则可以将其建模为卡在故障中。

地址解码器故障（ADF）：行和列解码器包括存储器的地址解码器。从内存测试的上下文来看，地址解码器考虑了四种类型的故障。

AF1：使用特定地址无法访问任何字

AF2：没有可以访问特定字的地址。

AF3：对于特定地址，可以同时访问多个字。

AF4：某个字可以用多个地址访问。

内存故障模型——两个单元故障

Coupling Faults (CF)：耦合故障是由于与其他单元耦合而在单元中发生故障的故障。

– 可以有指数数量的组合，其中一个单元可以与其他单元耦合。

– 在广泛使用的耦合故障模型中，假设任何“两个”单元可以耦合在一起，导致这两个单元出现不规则行为；称为2-cell耦合故障模型。

因此，如果存储器中 有 n 个单元，则可能有n C 2  个 2 单元耦合故障。

左图：两个良好存储单元之间的写操作状态图；右图：两个良好存储单元之间的读取操作状态图 

反转耦合故障 (CFin)：攻击字中的高位（0 到 1）或低位（1 到 0）转换写入操作会导致受害字单元中的反转。这些故障永远不会在有故障的存储单元中观察到，而只是由于历史原因而被定义 [1]。因此，它们不包括在链接的故障列表中。

1) 上升：< ↑ | >（暗示单元格a中的 0 到 1 变化补充了单元格v 的内容）

2) 坠落 : < ↓ | >（暗示单元格a中的 1 到 0 变化补充了单元格v 的内容）

逆变耦合故障状态图 

幂等耦合故障 (CFid)：攻击字单元格中的高位（0 到 1）或低位（1 到 0）转换写操作强制受害字单元格中的特定值（0 或 1）。这些故障是 CFds 故障（稍后解释）的子集，因为写入操作会导致 v 单元格的内容从其先前状态翻转。

1) 上升 0: < ↑ | 单元格a中的 0 > 0 到 1 更改会将单元格v 的内容设置 为 0。

2) 上升 1: < ↑ | 单元格a中的 1 > 0 到 1 更改会将单元格v 的内容设置 为 1。

3) 下降 0: < ↓ | 单元格a中的 0 > 1 到 0 更改会将单元格v 的内容设置 为 0。

4) 下降 1: < ↓ | 单元格a中的 1 > 1 到 0 更改将单元格v 的内容设置 为 1。

幂等耦合故障状态图 

静态耦合故障 (CFst)：攻击词中单元格的给定值 0 或 1 会强制受害词单元格中的特定值 0 或 1。          

1）（a单元格中的0设置单元格v 的内容 为0）

2）（a单元格中的0将单元格v 的内容设置 为1）

3）（a单元格中的1将v 单元格的内容设置 为0）

4）（a单元格中的1设置单元格v 中的内容 为1）

静耦合故障状态图 

干扰单元耦合故障 (CFds)：受害字中的单元由于对攻击字的写入或读取操作而受到干扰（即，进行高电平或低电平转换）。

1) < 0r0, ↑ >, 0 对单元格a 的读取操作导致单元格v 中的上层（0 到 1）转换。

2) < 0r0, ↓ >, 0 单元格 a 上的读取操作导致单元格v中的较低 （1 到 0）转换。

3) < 1r1, ↑ >, 1 单元格 a 上的读取操作导致单元格v 中的上层（0 到 1）转换。

4) < 1r1, ↓ >, 单元格 a 上的 1 次读取操作导致单元格v中的较低 （1 到 0）转换。

5) < 0w1, ↑ >, (0 to 1) 对单元格a 的写操作导致单元格v 中的上层（0 到 1）转换。

6) < 0w1, ↓ >, (0 到 1) 对单元格 a 的写操作导致单元格v 中的较低（1 到 0）转换。

7) < 0w0, ↑ >, (0 to 0) 对单元格a的写操作导致单元格v 中的上层（0 到 1）转换。

8) < 0w0, ↓ >, (0 到 0) 对单元格 a 的写操作导致单元格v 中的较低（1 到 0）转换。

9) < 1w0, ↑ >, (1 to 0) 对单元格a的写操作导致单元格v 中的上层（0 到 1）转换。

10) < 1w0, ↓ >, (1 到 0) 对单元格a的写操作导致单元格v 中的较低（1 到 0）转换。

11) < 1w1, ↑ >, (1 to 1) 对单元格a的写操作导致单元格v 中的上层（0 到 1）转换。

12) < 1w1, ↓ >, (1 to 1) 对单元格 a 的写操作导致单元格v 中的较低（1 到 0）转换。

扰动单元耦合故障状态图

转换耦合故障 (CFtr)：如果攻击字处于给定状态，则应用于受害字单元的写转换操作不会导致转换。

 1) (0w1/0/-; 0) 当单元格a的内容  为0时，单元格v中的0到1转换写操作 不会引起转换

2) (0w1/0/-; 1) 当单元格a的内容为1时，单元格v中的0到1转换写操作 不会引起转换 

3) (1w0/1/-; 0) 当单元格a的内容为0时，单元格v中的1到0转换写操作 不会引起转换 

4) (1w0/1/-; 1) 当单元格a的内容为1时，单元格v中的1到0转换写操作 不会引起转换 

过渡耦合故障状态图 

写入破坏性耦合故障 (CFwd)：如果攻击者字处于给定状态，则应用于受害字单元格的非转换写操作会翻转该单元格。

1) (0w0/1/-; 0) 单元格v中的0到0非转换写操作在 单元格 a的内容 为0时导致转换

2) (0w0/1/-; 1)当单元格 a的内容为1时单元格v中的0到0非转换写操作 导致转换

3) (1w1/0/-; 0)当单元格 a的内容为0时，单元格v中的1到1非转换写入操作 导致转换

4) ( 1w1/0/-; 1) cell v中的1 to 1 non-transition write operation  causes transition when cell a content  of 1

写破坏性故障状态图 

读取破坏性耦合故障 (CFrd)：如果攻击者字处于给定状态，则应用于受害字单元格的读取操作会导致转换并返回不正确的值。

1) (0r0/1/1; 0) 单元格 v中的0读操作导致单元格中的转换并在单元格 a的内容  为0时返回不正确的值

2) (0r0/1/1; 1) 单元格 v中的0读操作导致单元格中的转换并在单元格 a的内容  为1时返回不正确的值

3) (1r1/0/0; 0) 单元格 v中的1个读取操作导致单元格中的转换并在单元格 a的内容  为0时返回不正确的值

 4) (1r1/0/0; 1) 当单元格a的内容  为1时，单元格v中的1个读取操作 导致单元格中的转换并返回不正确的值

read destructive coupling Faults状态图 

不正确的读取耦合故障 (CFir)：如果攻击者字处于给定状态，则应用于受害字的单元格的读取操作会返回不正确的值。受害者词的状态没有改变。

 1) (0r0/0/1; 0) 0 当单元格a的内容  为 0时，单元格v中的读取操作 返回不正确的值

 2) (0r0/0/1; 1) 当单元格a的内容  为 1时，单元格v中的 0 读操作 返回不正确的值

 3) (1r1/1/0; 0) 当单元格a的内容  为 0时，单元格v中的 1 次读取操作 返回不正确的值

 4) (1r1/1/0; 1) 当单元格a的内容  为 1时，单元格v中的 1 次读取操作 返回不正确的值

Incorrect read 故障状态图