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国网AS防护层可重构流片测试报告.docx

1、ActiveShield防护层流片测试报告编 制:蔡里昂审 核:叶 茂批 准:赵毅强天津大学微电子学院2018年 1 月 26 日目 录一、测试依据1二、测试环境1三、测试芯片及仪器1四、测试数据14.1 功能测试14.1.1 伪随机数输出测试14.1.2 比对模块测试24.1.3 布线层各通道测试54.1.4 布线层断路测试164.1.5 布线层短路测试174.2 性能测试184.2.1 响应时间测试184.2.2 功耗测试19五、测试结论20一、 测试依据测试内容完全依照ActiveShield防护层流片测试方案内编写的测试步骤进行。二、 测试环境温度: 16 ;三、 测试芯片及仪器芯片序

2、号测试芯片编号芯片描述127正常芯片223正常芯片325正常芯片426正常芯片52经FIB切断布线通道1的芯片63经FIB短路布线通道1与布线通道2的芯片仪器序号测试仪器型号1示波器DPO2022B2电源DP1308A3任意波发生器DG50724逻辑分析仪TLA64015FPGA开发板DE2-1156差分电流探头TCP0030A四、 测试数据4.1 功能测试功能性测试主要是对随机数发生器、比对电路两个模块进行的测试。随机数发生器模块测试其生成的随机数性能。比对电路测试正常、断路、短路三种情况下的报警信号输出。4.1.1 测试端口输出测试1. 测试样片正常芯片,编号27。2. 涉及管脚序号名称类

3、型作用12RSTdigital input复位信号输入ENDigital input使能信号输入40TEST_ENdigital input测试模式选择:1:芯片测试模式开启0:芯片测试模式关闭50TESTINdigital inputMOD_SEL=1:通道0伪随机数输出测试端 outputMOD_SEL=0:布线选择1 input54TESTOUTdigital outputMOD_SEL=1:使能信号 inputMOD_SEL=0:屏蔽层布线输出 outputALARMDigital output总报警信号,报警时为162CLKdigital input时钟3. 测试目的(1)测试芯片正

4、常工作时是否报警。(2)测试模式是否受使能信号控制。(3)测试测试模式是否正常开启。4. 测试步骤(1)提供EN管脚高电平使能信号与CLK管脚10K时钟,并提供有效复位信号。(2)在每个时钟周期上升沿,查看报警信号ALARM是否置低。(3)提供TEST_EN管脚高电平,观察报警信号ALARM是否输出为高。(4)提供TEST_EN管脚低电平,观察报警信号ALARM输出情况。5. 测试结果 测试结果分析:4.1.2 比对模块测试1. 测试样片正常芯片,编号27。2. 涉及管脚序号名称类型作用12RSTdigital input复位信号输入40ENdigital input测试模式选择:1:内部产生

5、随机数测试模式0:外部输入测试激励模式49TEST_ENdigital inputMOD_SEL=1:输出报警信号 outputMOD_SEL=0:布线选择0 input51TESTINdigital inputMOD_SEL=1:通道0比对电路输出测试端 outputMOD_SEL=0:布线选择4 input52TESTOUTdigital outputMOD_SEL=1:通道0比对电路输入测试端2MOD_SEL=0:布线选择353INCTRLdigital inputMOD_SEL=1:通道0比对电路输入测试端1MOD_SEL=0:布线选择254OUTCTRLdigital inputMO

6、D_SEL=1:使能信号 inputMOD_SEL=0:屏蔽层布线输出 output62ALARMDigital output时钟CLKDigital input时钟3. 测试目的(1)比对电路输入正常时输出ALARM是否正常。(2)比对电路输入异常时是否输出ALARM报警信号。(3)比对电路是否受使能EN控制。(4)比对电路受复位RST控制情况。4. 测试步骤l 正常工作(1)提供EN管脚高电平使能信号与CLK管脚10K时钟,并提供有效复位信号。MOD_SEL管脚置高。(2)在每个时钟周期上升沿,提供COMP1和COMP2管脚随机码流。输入码流完全相同(case0),提供至少10组8*3个周

7、期的码流。Case0: ( ) ( ) ( )其中,代表COMP1和COMP2输入相同bit码值。()内8bit数据流代表一个比对周期,内3*8 bit数据流代表一个检测周期。(3)查看ALARM管脚是否出现错误报警信号,无有效报警信号输出则正常。(4)使能EN管脚置为低电平,使能无效。(5)在每个时钟周期上升沿,提供COMP1和COMP2管脚随机码流。输入码流采用以下case:Case1: ( xxxx xxxx ) (xxxx xxxx ) (xxxx xxxx)(6)case1中,连续三个比对周期出现多于2 bit错误码值,则认为受到攻击,检测周期结束输出报警信号。但是由于使能信号关闭,

8、此时并不对COMP1和COMP2管脚随机码流进行比对,故不会输出报警信号。提供至少10组8*3个周期的码流,查看ALARM管脚是否出现错误报警信号,无有效报警信号输出则正常。(7)使能EN管脚置为高电平,使能有效。(8)在每个时钟周期上升沿,提供COMP1和COMP2管脚随机码流。输入码流采用case0,提供至少10组8*3个周期的码流,查看ALARM管脚是否出现错误报警信号,无有效报警信号输出则正常。(9)在每个时钟周期上升沿,提供COMP1和COMP2管脚随机码流。输入码流采用case1,提供至少2组8*3个周期的码流,查看ALARM管脚是否输出正常报警信号,出现有效报警信号输出则正常。l

9、 报警输出(1)提供EN管脚高电平使能信号与CLK管脚10K时钟,并提供有效复位信号。MOD_SEL管脚置高。(2)在每个时钟周期上升沿,提供COMP1和COMP2管脚随机码流。输入码流采用以下case:Case2: ( x ) (x ) ( x) 其中,x代表COMP1和COMP2输入不同bit码值。()内一个比对周期, x和位置可以交换,比对电路只对其出现次数敏感。(3)case2中,一个比对周期出现1 bit错误码值,认为受到干扰,不输出报警信号。提供至少10组3*8个周期的码流,查看ALARM管脚是否出现错误报警信号,无有效报警信号输出则正常。(4)在每个时钟周期上升沿,提供COMP1

10、和COMP2管脚随机码流。输入码流采用以下case:Case3: (x xx ) ( ) ( )(5)case3中,一个比对周期出现超过2bit错误码值,认为该比对周期可能受到攻击,但是后续两个比对周期未出现错误,则认为受到强干扰,检测周期结束不输出报警信号。提供至少10组8*3个周期的码流,查看ALARM管脚是否出现错误报警信号,无有效报警信号输出则正常。(6)在每个时钟周期上升沿,提供COMP1和COMP2管脚随机码流。输入码流采用以下case:Case4: (x xx ) (x xx ) ( )(7)case4中,一个比对周期出现多于2 bit错误码值,认为该比对周期可能受到攻击,但是最

11、后一个比对周期未出现错误,则认为受到强干扰,检测周期结束不输出报警信号。提供至少10组8*3个周期的码流,查看ALARM管脚是否出现错误报警信号,无有效报警信号输出则正常。(8)在每个时钟周期上升沿,提供COMP1和COMP2管脚随机码流。输入码流采用以下case:Case5: (x xx ) (x xx ) (x xxx)(9)case5中,一个比对周期出现多于2 bit错误码值,认为该比对周期可能受到攻击,连续三个比对周期出现错误,则认为受到攻击,检测周期结束输出报警信号。提供至少10组8*3个周期的码流,查看ALARM管脚是否出现正常报警信号,出现有效报警信号则正常。(10)在每个时钟周

12、期上升沿,提供COMP1和COMP2管脚随机码流。输入码流采用case4、case0交替出现。(11)case4检测周期结束输出报警信号,但由于有效报警信号输出后,将保持输出该报警信号,故case0情况下,不会影响输出报警信号。提供至少10组8*3*2个周期的码流,查看ALARM管脚是否出现正常报警信号,且该报警信号是否能够保持,若能保持则正常。(12)使能EN管脚置为低电平,使能无效。查看ALARM管脚输出报警信号是否保持,若能保持则正常。(13)复位RST管脚提供有效复位信号。查看ALARM管脚输出报警信号是否撤除,若无有效报警信号输出则正常。5. 测试结果序号COMP1(Hexadeci

13、mal)COMP2(Hexadecimal)ALARM1(case0)00000000000002(case1)00000011111113(case2)00000008100204(case2)00000040201005(case2)00000002100406(case2)00000010084007(case3)0000002C000008(case3)000000002A0009(case3)000000000094010(case3)000000660000011(case4)000000233800012(case4)00000000332C013(case4)000000320

14、092014(case4)0000005100A4015(case5)000000236138116(case5)00000033662C117(case5)000000555555118(case5)0000005192A41 测试结果说明:(1) 根据芯片功能以及测试方案,首先验证芯片比对模块是否正常工作。MOD_SEL置高电平,EN管脚置为高电平,CLK通过任意波发生器输入10K时钟。COMP1输入全0信号,COMP2也输入全0信号,满足case0,此时ALARM信号输出为0,即不报警;COMP1输入全0信号,COMP2输入全1信号,满足case1,此时ALARM信号输出为1,即报警。芯

15、片对比模块正常工作。(2) 其次验证芯片报警输出。MOD_SEL置高电平,EN管脚置为高电平,CLK通过FPGA板输入1M时钟。COMP1输入全0信号,COPM2按照表中数据进行数据输入,分别输入序号3-序号18共16种信号,分别满足case2-case5。其中序号2-序号14均不报警,ALARM输出为0,序号15-序号18均报警,ALARM输出为1,EN管脚置为低电平后,ALARM信号依然保持;RST管脚提供有效复位信号后,ALARM信号输出为0。芯片报警输出功能正确。4.1.3 布线层各通道测试1. 测试样片正常芯片,编号27,编号23。2. 涉及管脚序号名称类型作用40MOD_SELdi

16、gital input测试模式选择:1:内部产生随机数测试模式0:外部输入测试激励模式48AS_INdigital input屏蔽层布线输入49ALARM_SEL0digital input/outputMOD_SEL=1:输出报警信号 outputMOD_SEL=0:布线选择0 input50LFSR0_SEL1digital input/outputMOD_SEL=1:通道0伪随机数输出测试端 outputMOD_SEL=0:布线选择1 input51ALARM0_SEL4digital input/outputMOD_SEL=1:通道0比对电路输出测试端 outputMOD_SEL=0:

17、布线选择4 input52COMP2digital inputMOD_SEL=1:通道0比对电路输入测试端2MOD_SEL=0:布线选择353COMP1digital inputMOD_SEL=1:通道0比对电路输入测试端1MOD_SEL=0:布线选择254EN_ASOUTdigital input/outputMOD_SEL=1:使能信号 inputMOD_SEL=0:屏蔽层布线输出 output3. 测试目的(1)测试各布线通路完整性。4. 测试步骤(1)MOD_SEL管脚置低,使得复用管脚中布线选择功能有效。(2)根据布线选择管脚(布线选择4、3、2、1、0, 4为高位),选通接入AS_

18、IN和EN_ASOUT的通道。例如布线选择为00001时,通道1输入端为AS_IN,输出端为EN_ASOUT。(4)在AS_IN处通入周期为10KHz方波信号,观察EN_ASOUT输出处信号,记录两信号延迟时间,并存储波形。(5)切换通道,重复步骤4。5. 测试结果通道1:00001通道2:00010通道3:00011通道4:00100通道5:11001通道6:00110通道7:00111通道8:01000通道9:01001通道10:01010通道11:01011通道12:01100通道13:01101通道14:01110通道15:01111通道16:10000通道17:10001通道18:1

19、0010通道19:10011通道20:10100 通道21:10101通道22:10110通道23:10111通道24:11000 通道25:11001通道26:11010通道27:11011通道28:11100通道29:11101测试结果说明:MOD_SEL置0切换为布线选择模式。CLK通过任意波发生器输入10K时钟,AS_IN输入10K的方波信号,在示波器上显示为黄色的trace,AS_OUT在示波器上显示为蓝色的trace,AS_OUT的延时约为10.4ns。通道1-通道29均有信号输出说明通道完好,输出正确。在相同条件下对芯片编号23进行测试,测试延时约为6.8ns。4.1.4 布线层

20、断路测试1. 测试样片经FIB切断布线通道1的芯片,编号2。2. 涉及管脚序号名称类型作用12RSTdigital input复位信号输入40MOD_SELdigital input测试模式选择:1:内部产生随机数测试模式0:外部输入测试激励模式54EN_ASOUTdigital input/outputMOD_SEL=1:使能信号 inputMOD_SEL=0:屏蔽层布线输出 output62CLK1digital input时钟3. 测试目的(1)布线层断路,比对电路是否输出ALARM报警信号。(3)比对电路是否受使能EN控制。(4)比对电路受复位RST控制情况。4. 测试步骤(1)芯片2

21、需先经伪随机数输出测试和比对电路测试证明功能正常。(2)芯片2经FIB将布线通道1切断。(3)提供EN管脚高电平使能信号与CLK管脚10K时钟,并提供有效复位信号。COMP1和COMP2管脚接地。MOD_SEL管脚置高。(4)观察ALARM端口是否输出有效报警信号,若输出有效报警信号则正常。(5)使能EN管脚置为低电平,使能无效。查看ALARM管脚输出报警信号是否保持,若能保持则正常。(6)复位RST管脚提供一端时间的有效复位信号。查看ALARM管脚输出报警信号是否撤除,若无有效报警信号输出则正常。有效复位信号撤除后,经过8*3个时钟周期,查看ALARM端口是否输出有效报警信号,若输出有效报警

22、信号则正常。5. 测试结果(1)ALARM端口持续输出报警信号。(2)使能EN管脚置为低电平,使能无效,ALARM管脚保持输出报警信号。(3)复位RST管脚提供一端时间的有效复位信号,ALARM管脚不输出报警信号。有效复位信号撤除后,ALARM端口输出报警信号。4.1.5 布线层短路测试1. 测试样片经FIB短路布线通道1与布线通道2的芯片,编号3。2. 涉及管脚序号名称类型作用12RSTdigital input复位信号输入40MOD_SELdigital input测试模式选择:1:内部产生随机数测试模式0:外部输入测试激励模式54EN_ASOUTdigital input/outputM

23、OD_SEL=1:使能信号 inputMOD_SEL=0:屏蔽层布线输出 output62CLK1digital input时钟3. 测试目的(1)布线层短路,比对电路是否输出ALARM报警信号。(3)比对电路是否受使能EN控制。(4)比对电路受复位RST控制情况。4. 测试步骤(1)芯片3需先经伪随机数输出测试和比对电路测试证明功能正常。(2)芯片3经FIB将布线通道1切断。(3)提供EN管脚高电平使能信号与CLK管脚10K时钟,并提供有效复位信号。COMP1和COMP2管脚接地。MOD_SEL管脚置高。(4)观察ALARM端口是否输出有效报警信号,若输出有效报警信号则正常。(5)使能EN管

24、脚置为低电平,使能无效。查看ALARM管脚输出报警信号是否保持,若能保持则正常。(6)复位RST管脚提供一端时间的有效复位信号。查看ALARM管脚输出报警信号是否撤除,若无有效报警信号输出则正常。有效复位信号撤除后,经过8*3个时钟周期,查看ALARM端口是否输出有效报警信号,若输出有效报警信号则正常。5. 测试结果(1)ALARM端口持续输出报警信号。(2)使能EN管脚置为低电平,使能无效,ALARM管脚保持输出报警信号。(3)复位RST管脚提供一端时间的有效复位信号,ALARM管脚不输出报警信号。有效复位信号撤除后,ALARM端口输出报警信号。4.2 性能测试4.2.1 响应时间测试1.

25、测试样片芯片编号2、3。2. 涉及管脚序号名称类型作用3CLKDIGITAL CLK INPUT输入时钟6ALARMDIGITAL OUTPUT输出报警信号3. 测试目的(1)测试断路情况下,输出报警信号的响应时间。(2)测试短路情况下,输出报警信号的响应时间。4. 测试步骤(1)对测试芯片2,提供EN管脚高电平使能信号与CLK管脚10K时钟,COMP1和COMP2管脚接地。提供有效复位信号。(2)记录复位结束时刻,到ALARM端口输出有效报警信号所需的时间,该时间即为断路情况下响应时间。(3)对测试芯片3,提供EN管脚高电平使能信号与CLK管脚10K时钟,COMP1和COMP2管脚接地。提供

26、有效复位信号。(4)记录复位结束时刻,到ALARM端口输出有效报警信号所需的时间,该时间即为短路情况下响应时间。5. 测试结果断路情况下,输出报警信号的响应时间:t=3.096ms断路情况下,输出报警信号的响应时间短路情况下,输出报警信号的响应时间:t=3.180ms 短路情况下,输出报警信号的响应时间4.2.2 功耗测试1. 测试样片正常芯片编号23,25,26;经FIB切断布线通道1的芯片,编号2;经FIB短路布线通道1与布线通道2的芯片,编号3。2. 涉及管脚序号名称类型作用1VDDDIGITAL SUPPLY数字电源3CLKDIGITAL CLK INPUT输入时钟6ALARMDIGI

27、TAL OUTPUT输出报警信号3. 测试目的测试正常情况下,检测结构的平均功耗。4. 测试步骤(1)对测试芯片27,提供EN管脚高电平使能信号与CLK管脚10K时钟,COMP1和COMP2管脚接地。提供有效复位信号。(2)在测试芯片27电源端VDD接入差分电流探头, 通过示波器测量并记录一段时间内的电流值I。(3)对电流I积分并乘上电压即可得总的电能,而平均功耗P=(Idt*VDD)/t。5. 测试结果电流曲线数据处理:对三枚芯片分别进行功耗测试并将将数据导入MATLAB进行处理,得到数据如下表。芯片功耗统计表编号W(10ms功耗J)P(W)23-010.9785E-050.9785E-03

28、23-021.0231E-051.0231E-0323-031.1023E-051.1023E-0325-012.1475E-052.1475E-0325-022.1972E-052.1972E-0325-032.2282E-052.2282E-0326-011.8321E-051.8321E-0326-021.8839E-051.8839E-0326-031.9003E-051.9003E-0302-012.2299 E-052.2299 E-0302-022.2113 E-052.2113 E-0302-032.2118 E-052.2118 E-0303-012.4689 E-052.4689 E-0303-022.5091 E-052.5091 E-0303-032.5179 E-052.5179 E-03数据说明:数据处理的方法为在10ms内对电流积分得到10ms的功耗W,平均功耗为P=W/0.01。五、 测试结论本次测试针对芯片各方面功能进行测试,主要为:1.伪随机数输出测试;2.比对模块测试;3.布线层各通道测试;4.布线层断路和短路测试;5.芯片工作时功耗测试,包括3块正常芯片,编号23,25,26;两块经FIB切断布线通道1的芯片,编号1,2;1块经FIB短路布线通道1与布线通道2的芯片,编号3。经验证功能全部正确。20

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