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 伪随机数输出测试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50LFSR0_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 input54EN_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）输出随机数是否正常。（2）随机数输出是否受使能信号EN控制。（3
4、）随机数输出是否在复位前后产生变化。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。MOD_SEL管脚置高。（2）在每个时钟周期上升沿，查看LFSR0管脚是否正常输出伪随机数码流。（3）关闭EN使能信号，观察LFSR0管脚输出情况。（4）再次开启EN使能信号，观察LFSR0管脚输出情况。（5）RST管脚提供有效复位信号，观察LFSR0管脚输出情况。5. 测试结果LFSR0伪随机数码流测试结果分析：（1） 在EN管脚置高电平, MOD_SEL管脚置高，CLK管脚为10K时钟时，LFSR0管脚正常输出伪随机数码流，如上图所示。 （2） 关闭EN使能信号，L
5、FSR0停止产生随机数码流。（3） 开启EN使能信号，LFSR0继续产生随机数码流。（4） RST管脚提供有效复位信号后，LFSR0重新产生随机数码流。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49ALARM_SEL0digital input/outputMOD_SEL=1:输出报警信号 outputMOD_SEL=0:布线选择0 input51ALARM0_SEL4digital input
6、/outputMOD_SEL=1:通道0比对电路输出测试端 outputMOD_SEL=0: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 output62CLK1digital 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。（
7、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
8、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，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
9、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 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 )
10、(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
11、，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
12、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
13、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（Hexadecimal）COMP2（Hexadecimal）ALARM1（case0）00000000000002（case1）00000011111113（case2）00000008100204（case2）00000040201005（ca
14、se2）00000002100406（case2）00000010084007（case3）0000002C000008（case3）000000002A0009（case3）000000000094010（case3）000000660000011（case4）000000233800012（case4）00000000332C013（case4）000000320092014（case4）0000005100A4015（case5）000000236138116（case5）00000033662C117（case5）000000555555118（case5）0000005192A41
15、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
16、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_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48AS_INdigital input屏蔽层布线输入49ALARM_SEL0digital input/outputMOD_SEL=1:输出报
17、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: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
18、_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_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）
19、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18：10010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29：1110
20、1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
21、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
22、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
23、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/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。
24、（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
25、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. 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
26、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
27、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6ALARMDIGITAL 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
28、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-0323-021.0231E-051.0231E-0323-031.1023E-051.1023E-0325-012.1475E-052.1475E-0325-022.1972E-052.1972E-0325-032.2282E-05
29、2.2282E-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。21
