芯片設(shè)計(jì)測(cè)試中scan和bist的區(qū)別

Scan和BIST屬于DFT范疇的兩種技術(shù)，本質(zhì)還是設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@兩種技術(shù)是會(huì)實(shí)實(shí)在在的在芯片中生成硬件電路的，但不是任何的function，專門為測(cè)試服務(wù)的。

Scan Design -- 掃描路徑設(shè)計(jì)

Scan 技術(shù)最初由Kobayashi等人提出來(lái)的，它的優(yōu)點(diǎn)是基本原理是時(shí)序電路可以模型化為一個(gè)組合電路網(wǎng)絡(luò)。

Scan design的設(shè)計(jì)目標(biāo)是能夠提高可控性和可觀測(cè)性。

通過(guò)在邏輯A和邏輯B之間插入一些額外的硬件電路，便可觀測(cè)&控制邏輯A傳遞到邏輯B的值。[1]

scan 分為兩步：

1. Scan replacement

把普通的DFF，替換成帶Scan DFF，下圖是一個(gè)mux-D的DFF，可以看到多了一個(gè)SI，SE，和一個(gè)mux。

其SE端值為0時(shí)，電路工作在正常功能狀態(tài)并能把D端的值鎖存下來(lái)；當(dāng)SE為1時(shí)，電路工作在所謂scan mode并鎖存SI的值。

常見(jiàn)的scan cell有三種：

2. Scan stitching

Scan stitching 是把上一步中得到的Scan DFF的Q和SI連接在一起形成scan chain。在芯片的頂層有全局的SE信號(hào)，以及scan chain的輸入輸出信號(hào)：SI 和 SO。通過(guò)scan chain的連續(xù)動(dòng)作，就可以把問(wèn)題從對(duì)復(fù)雜時(shí)序電路的測(cè)試轉(zhuǎn)化成測(cè)試組合電路。

實(shí)際在設(shè)計(jì)中，這兩步都是由EDA工具完成的。

上面的兩幅圖都只有時(shí)序單元，我們?cè)侔呀M合邏輯放進(jìn)來(lái)。

Before scan

After scan insertion

Scan test 的步驟：

1.把Scan-En設(shè)成0，此時(shí)電路工作在正常狀態(tài)（function mode)下, scan insertion對(duì)電路的正常功能沒(méi)有影響。

2.把Scan-En設(shè)成1，然后把enable clock來(lái)驅(qū)動(dòng)寄存器，在Scan-In端輸入測(cè)試數(shù)據(jù)，然后在輸出端Scan-Out觀測(cè)，用此種方法便可以測(cè)試Flip-Flop.

3.測(cè)試組合邏輯的時(shí)候，把Scan-En設(shè)成1，然后enable clock來(lái)驅(qū)動(dòng)寄存器，在Scan-In端輸入測(cè)試數(shù)據(jù)，兩個(gè)時(shí)鐘周期后，數(shù)據(jù)便會(huì)送到組合邏輯的輸入端。

4.然后把Scan-En設(shè)成0，時(shí)鐘打一拍，經(jīng)過(guò)組合邏輯的輸出值便會(huì)送到右側(cè)的寄存器中。

5.再把Scan-En設(shè)成1，此時(shí)scan chain 工作在shift mode，此時(shí)便可以把組合邏輯的輸出值shift出來(lái)，和期望值進(jìn)行比較。

經(jīng)過(guò)這樣一個(gè)周期，圖中的組合邏輯和時(shí)序邏輯便都被測(cè)試到了。

BIST -- 內(nèi)建自測(cè)試

內(nèi)建自測(cè)試(BIST)設(shè)計(jì)技術(shù)通過(guò)在芯片的設(shè)計(jì)中加入一些額外的自測(cè)試電路，測(cè)試時(shí)只需要從外部施加必要的控制信號(hào)，通過(guò)運(yùn)行內(nèi)建的自測(cè)試硬件和軟件，檢查被測(cè)電路的缺陷或故障。和掃描設(shè)計(jì)不同的是，內(nèi)建自測(cè)試的測(cè)試向量一般是內(nèi)部生成的，而不是外部輸入的。內(nèi)建自測(cè)試可以簡(jiǎn)化測(cè)試步驟，而且無(wú)需昂貴的測(cè)試儀器和設(shè)備(如ATE設(shè)備)，但它增加了芯片設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。

BIST大致可分為兩類：Logic?BIST(LBIST)?和?Memory?BIST?(MBIST)

LBIST通常用于測(cè)試隨機(jī)邏輯電路，一般采用一個(gè)偽隨機(jī)測(cè)試圖形生成器來(lái)產(chǎn)生輸入測(cè)試圖形，應(yīng)用于器件內(nèi)部機(jī)制；而采用多輸入寄存器（MISR）作為獲得輸出信號(hào)產(chǎn)生器。MBIST只用于存儲(chǔ)器測(cè)試，典型的MBIST包含測(cè)試電路用于加載，讀取和比較測(cè)試圖形。目前存在幾種業(yè)界通用的MBIST算法，比如“March”，March-C，MATS+算法。

另一種比較少見(jiàn)的BIST稱為Array?BIST，它是MBIST的一種，專門用于嵌入式存儲(chǔ)器的自我測(cè)試。Analog?BIST,則用于模擬電路的自我測(cè)試。???BIST技術(shù)正成為高價(jià)ATE的替代方案，但是BIST技術(shù)目前還無(wú)法完全取代ATE，他們將在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)共存。

Scan和BIST是芯片可測(cè)性設(shè)計(jì)中兩種非常重要的技術(shù)，也是一個(gè)DFT工程師必備的技能。

編輯：黃飛

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