掃描測試與內建自我測試(BIST)的差異:測試向量、測試機、對象、追加電路比較

掃描測試將晶片內的正反器串接成移位暫存器(掃描鏈),由外部的測試機送入測試向量,再取出電路的響應與期望值比較。測試向量由 ATPG 工具依據網表產生。BIST 則將產生測試向量的電路與判定結果的電路內建在晶片中,由晶片自己進行測試。量產測試中,一般的組合是邏輯使用掃描測試、內建記憶體使用記憶體 BIST,而 BIST 也可用於出貨後的自我診斷。

項目掃描測試BIST(內建自我測試)
基本概念將正反器串接成掃描鏈,以移位送入測試向量,讓電路運作 1 次,再以移位取出結果進行比較將產生測試向量的電路與判定響應的電路內建在晶片中,由晶片自己測試並輸出合格與否
測試向量的產生方式由 ATPG 依據網表,產生鎖定固定型故障或轉態延遲故障的確定性測試向量邏輯 BIST 以 LFSR 產生虛擬隨機測試向量。記憶體 BIST 以 March 測試等固定程序產生位址與資料
響應的判定由測試機與期望值比較(使用測試壓縮時,比較在晶片內壓縮後的響應)邏輯 BIST 以 MISR 將響應壓縮成特徵值,再與期望值比較。記憶體 BIST 以比較器直接確認讀出的值
對測試機的依賴測試向量與期望值存放在測試機的記憶體中。需要掃描用接腳,以及測試機的性能與記憶體容量只需下達開始指令與讀出結果(透過 JTAG 等),使用簡單的測試機即可
主要對象邏輯電路(組合電路與正反器)記憶體 BIST 為內建的 SRAM 等記憶體。邏輯 BIST 為邏輯電路
故障涵蓋率針對鎖定的故障產生測試向量,因此容易提高邏輯 BIST 以虛擬隨機向量難以偵測的故障容易殘留,需以插入測試點來彌補。記憶體 BIST 以配合記憶體故障模型的程序,可得到高涵蓋率
追加的電路將正反器換成掃描正反器(附切換用多工器),並加上掃描鏈的配線需要測試向量產生器、響應壓縮器與控制電路。邏輯 BIST 還需要整理電路,使其不會輸出不定值(X)
測試時間掃描鏈長時移位需要時間,也受測試機速度限制。以測試壓縮縮短能以晶片內的時脈快速執行大量測試向量。邏輯 BIST 的測試向量數量較多
使用時機以量產的晶圓測試與最終測試為主。也用於不良品的故障診斷除了量產測試之外,也可用於電路板組裝後的檢查,以及出貨後開機時等的自我診斷

數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。

適用於什麼情況

掃描測試
想在量產測試中以高涵蓋率找出邏輯的結構性故障時。想縮小不良晶片故障位置的範圍時。
BIST
難以從外部直接存取的內建記憶體測試。想減少測試機的接腳或記憶體時。如車用等需要在出貨後於開機時或行駛前進行自我診斷時。
搭配使用
實際的晶片一般在邏輯使用掃描測試(附測試壓縮),在記憶體使用記憶體 BIST。邏輯 BIST 也是以掃描鏈為基礎運作。

常見問題

有了 BIST,就不需要掃描測試嗎?

多數晶片兩者都會使用。邏輯 BIST 使用虛擬隨機測試向量,難以偵測的故障容易殘留,因此量產測試一般以 ATPG 產生的測試向量進行掃描測試,確保高故障涵蓋率。記憶體具有規則的結構,因此以記憶體 BIST 測試。

邏輯 BIST 與掃描測試有什麼關係?

邏輯 BIST 也使用掃描鏈。將 LFSR 產生的測試向量送入掃描鏈,讓電路運作後,以 MISR 壓縮輸出的響應,最後將得到的特徵值與期望值比較。它是以掃描設計為基礎的。

為什麼內建記憶體的測試常使用 BIST?

因為嵌入晶片中的記憶體難以從外部接腳直接讀寫,而且結構規則,能以小型電路產生 March 測試這類固定程序的位址與資料。也常與將找到的不良位元替換成備用列或行的修復搭配使用。

為什麼車用晶片要在開機時執行 BIST?

為了找出出貨後才產生的故障,以及在平常運作中不會顯現的潛在故障。BIST 不需要測試機,晶片自己就能執行,因此可用於車內的自我診斷。

理解度檢測

關於可測試性設計(DFT)之一的掃描設計,下列說明何者正確?

  1. A以光學顯微鏡掃描晶片表面來尋找缺陷
  2. B測試時逐漸提高電源電壓,以調查運作極限
  3. C將電路內的正反器連接成位移暫存器的形式,使內部狀態的設定與觀測變得容易
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正確答案:C. 將電路內的正反器連接成位移暫存器的形式,使內部狀態的設定與觀測變得容易

在掃描設計中,會在各正反器的輸入加上切換用的選擇器,測試時將它們串接起來(掃描鏈),能從外部以位移方式設定任意值,並以位移方式讀出內部的值。由於循序電路的測試被轉換為組合電路的測試,因此可用ATPG自動產生高故障涵蓋率的測試圖樣。這與以顯微鏡掃描或電壓掃描是不同的事。

關於BIST(內建自我測試)的說明,下列何者正確?

  1. A僅以外部的測試機進行所有測試
  2. B將測試用的電路內建於晶片中,由晶片自行進行測試
  3. C以人眼檢查外觀
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正確答案:B. 將測試用的電路內建於晶片中,由晶片自行進行測試

BIST是在晶片中內建測試圖樣產生電路與結果判定電路,由晶片自行執行測試的機制。記憶體用的MBIST能高速產生March測試等圖樣,邏輯電路用的LBIST則使用偽隨機圖樣。除了能減少對昂貴測試機的依賴與測試時間之外,車用產品還有每次上電時,出貨後也能進行自我診斷的優點。

從電路的網表(netlist)自動產生用來偵測故障的測試圖樣,稱為什麼?

  1. ADRC
  2. BATPG(自動測試圖樣產生)
  3. CCTS
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正確答案:B. ATPG(自動測試圖樣產生)

ATPG是依據固定型故障等故障模型,從網表自動產生能將各故障傳遞到輸出而加以偵測的輸入圖樣的技術。與掃描設計搭配,即使是數億閘的電路,也能有效率地建立高故障涵蓋率的圖樣。DRC是佈局設計規則的檢查,CTS是時脈樹的合成,兩者都是設計階段的作業。

  1. 下列何者是測試圖樣的故障涵蓋率(fault coverage)的正確定義?
  2. 為了減少掃描測試的資料量與測試時間,在晶片內展開測試圖樣並壓縮回應的技術稱為什麼?
  3. 在車用微控制器中,於電源開啟時或行駛前等時機執行邏輯BIST或記憶體BIST,功能安全上的主要目的是下列何者?

前往測試與檢查的練習題

相關名詞的解說

掃描測試
利用將電路中的正反器串成鏈狀所形成的掃描鏈,設定並觀測內部狀態以進行測試的方法。
BIST(內建自我測試)
將測試用電路內建於晶片中,由晶片自行產生測試向量並判定結果的機制。廣泛用於記憶體測試等。
ATPG(自動測試向量產生)
從電路的網表自動產生用以偵測故障的測試向量。與掃描設計搭配使用。
故障涵蓋率
在所假設的故障中,該測試向量能偵測到的故障所佔比例。越高,越不易漏掉不良品。
DFT(可測試性設計)
預先在電路中內建掃描鏈與BIST等有助於測試之機制的設計方法。

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