实用模拟BIST的基本原则

引言

大多数IC设计工程师都了解数字BIST的工作原理。它用一个LFSR（线性反馈移位寄存器）生成伪随机的位模式，并通过临时配置成串行移位寄存器的触发器，将这个位模式加到待测电路上。数字BIST亦用相同的触发器捕获响应，将移出的结果压缩成一个数字标志，再将其与一个正确的标志作逐位对比。尽管工业逻辑BIST的细节要更复杂，但基本原理仍适用于多时钟域、多周期延迟路径，以及电源
电源

电源是向电子设备提供功率的装置，也称电源供应器，它提供计算机中所有部件所需要的电能。[全文]

轨噪声等。

1 "模拟"的定义

"模拟"电路对不同的人有不同的含义。一个PLL或SERDES（串行器/解串器）可以看作是数字的，模拟的，或混合信号的。对这些单元的BIST测试可以是纯数字的，因为这些功能只有数字输入和输出。例如，有些IC会用片上的频率计数器
计数器

计数器是一种具有多种测量功能、多种用途的电子计数器。它可以测量频率、周期、时间间隔、频率比、累加计数、 计时等；配上相应的插件，还可以测量相位、电压等。一般我们把凡具有测频和测周两种以上功能的计数器都归类为通用计数器。

来测量PLL的输出频率，它是用一个基准频率的已知周期数，统计振荡的周期数，如果计数中的任何位不同于期望值，则测试就失败。很多用于测试IC SERDES收发器性能的方法是采用环回的伪随机数据，如检测到一个误码就认为失败。然而，测试ADC或DAC这类模拟电路时，显然要求BIST电路可以生成或捕获模拟信号，即瞬时电压总是相关的信号。传统的模拟电路（如滤波器
滤波器

凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。在近代电信装备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最复杂要算滤波器了。滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。

和线性稳压器

稳压器

稳压器就是用来提供负载电流，能使稳定电压的设备。稳压器通过误差放大器的连接和对反向输入端的分压电阻进行采样，最终使同相输入端连接到一个参考电压上。都有模拟输入与输出，不过很多都有数字控制的信号或时钟。最纯粹的模拟电路（如RF电路）可能根本没有数字信号。

在测试时，模拟电路至少要有一个非确定性瞬态电压的信号。测试包括对信号的检查，是在两个电压之间，是数字值，还是时间阈值；还要检查信号统计值是否在极限内；或检查一个有关信号的算术运算值是否在极限之间。对所有具备任何模拟信号的电路，都应采用模拟测试原理。

纯数字电路的响应是确定性的，因此，一个可接受的输出信号只需要采样一次。不过，如果能看到数字电路信号足够多的细节，如毫伏或皮秒量级，则所有电路都是模拟的。在纳米级CMOS工艺时，这种考虑尤其不能忽视，因为对于1V电源轨以及亚纳秒级时钟周期，电源轨噪声、抖动、温度以及参量变动都有显着的影响。测试模拟电路的BIST电路容易受这些效应影响，哪怕BIST几乎是全数字的，因此，很多模拟设计者都想了解模拟BIST如何比相同芯片上的模拟电路更精确。

2 设计模拟BIST的挑战

设计用于模拟电路的BIST要比精确提供和捕捉模拟信号更加复杂。信号变动与需要测量的参数都要比数字BIST处理的逻辑0和逻辑1要多得多。模拟激励与响应可以从直流电压、线性斜坡以及脉冲，直到正弦波与频率调制。激励与响应可能还属于不同的域，从而使挑战更加复杂化。例如，一个DC电压输入可能产生一个频率输出。挑战中还增加了需要分析的各种参数，它们可能包括幅度、相位延迟，以及SNR（信噪比），还有DC电压、峰峰抖动，以及占空比。

测试设备一般必须比待测电路精度高一个数量级。于是，最令人生畏的模拟BIST挑战就是：如何经济地实现比待测电路更高的精度，而后者很可能已经实现了在其硅片面积与技术下的最佳精度。信号幅度的范围可能非常巨大。ADC与DAC可以处理动态范围高达224的片上模拟信号，相当于8个数量级。

数字BIST可以比作一个正在给自己的多项选择测试打分的学生。他将一个模板放在答题纸上，统计正确答案数。另一方面，模拟BIST则可以比做一个正在做作文考试的学生。这不是一个简单而客观的过程。现在，考虑到实用模拟BIST所必须应用的基础电路原理，应可以了解挑战的量级了。

3 基础电路原则

3.1 原则一

通过施加时序不敏感的数字测试模式、时钟以及DC电压，测试机制本身必须是可测的，而无需片外的线性AC信号或测量。ATE（自动测试设备）在离开工厂前，要做大量的校准与测试。要让BIST成为混合信号ATE的