内建自测试（Built-in Self-Test，简称BIST）详解

内建自测试（Built-in Self-Test，简称BIST）是可测试性设计（Design for Testability，简称DFT）的一种实现技术。以下是对内建自测试（BIST）的详细介绍：

一、定义与原理

BIST是在设计时在电路中植入相关功能电路，用于提供自我测试功能的技术，以此降低器件测试对自动测试设备（ATE）的依赖程度。通过在电路中嵌入测试图形发生电路、时序电路、模式选择电路和调试测试电路等，BIST能够实现对电路的自我测试。

二、分类

BIST技术大致可以分为以下两类：

 

Logic BIST（LBIST）：通常用于测试随机逻辑电路，一般采用一个伪随机测试图形生成器来产生输入测试图形，应用于器件内部机制；而采用多输入寄存器（MISR）作为获得输出信号产生器。

Memory BIST（MBIST）：只用于存储器测试，典型的MBIST包含测试电路用于加载、读取和比较测试图形。目前存在几种业界通用的MBIST算法，比如“March”算法、Checkerboard算法等。

 

此外，还有一种比较少见的BIST称为Array BIST，它是MBIST的一种，专门用于嵌入式存储器的自我测试。Analog BIST则用于模拟电路的自我测试。

三、优点

采用BIST技术的优点主要包括：

 

降低测试成本：通过实现自我测试，BIST能够减少对ATE的需求，从而降低测试成本。

提高错误覆盖率：BIST能够测试电路的多个方面，提高错误覆盖率。

缩短测试所需时间：由于BIST能够在电路内部完成测试，因此可以缩短测试所需时间。

方便客户服务：BIST技术使得客户能够在没有ATE的情况下对电路进行测试，提高了客户服务的便利性。

独立测试的能力：BIST具有在电路内部独立进行测试的能力，不依赖于外部测试设备。

 

四、缺点与存在的问题

尽管BIST技术具有诸多优点，但也存在一些缺点和需要解决的问题：

 

额外的电路占用宝贵面积：BIST需要在电路中植入额外的测试电路，这会占用芯片的硅面积。

额外的引脚：BIST可能需要额外的引脚来支持测试功能。

可能存在的测试盲点：由于BIST的测试范围和测试模式有限，可能存在一些测试盲点，无法完全覆盖所有可能的故障。

对设计的影响：BIST技术的引入可能会增加设计的复杂性，导致布线和布局的挑战。

 

此外，采用BIST还需要考虑以下问题：

 

哪些测试需要BIST完成？

最多允许多少额外的面积？

需要什么样的外部激励？

测试所需时间和效率？

BIST是固定的还是可编程的？

采用BIST将对现有工序产生什么影响？

 

五、应用与前景

BIST技术可以应用于几乎所有电路，因此在半导体工业中被广泛应用。特别是在DRAM、SRAM等存储器中，BIST技术得到了广泛的应用。随着电路复杂度的不断增加和ATE成本的居高不下，BIST技术将成为高价ATE的替代方案之一。然而，BIST技术目前还无法完全取代ATE，它们将在未来很长一段时间内共存。

总的来说，内建自测试（BIST）技术是一种重要的可测试性设计技术，它通过降低对ATE的依赖程度、提高错误覆盖率和缩短测试时间等优点，在半导体工业中得到了广泛的应用和发展。然而，随着电路技术的不断进步和测试需求的不断变化，BIST技术也需要不断创新和完善，以适应新的挑战和需求。