集成电路测试技术：扫描设计与内建自测

"集成电路开发与验证，使用扫描设计和内建自测技术提升测试效率和质量" 集成电路（IC）的设计和验证是现代电子工程的核心部分，其中扫描设计和内建自测（BIST）技术扮演着至关重要的角色。扫描设计技术主要用于简化时序电路的测试，而内建自测技术则旨在提高测试覆盖率和降低生产成本。 扫描设计技术是针对时序电路测试的一种有效方法。在传统的测试中，时序电路的测试往往非常复杂，因为需要精确控制电路的状态并确保正确的状态转换。通过扫描设计，电路内部的触发器状态可以通过移位寄存器进行控制和观察，这大大简化了测试过程。具体操作时，内部触发器的状态被送入一个移位寄存器链，然后可以将新的状态送回触发器，这样就能在不增加太多额外输入和输出端的情况下，实现对电路状态的控制和监测。 实现扫描设计通常采用数据选择器，它将时序电路转化为组合逻辑电路，从而降低了测试的复杂度。扫描测试结构的基础是扫描触发器，如带多路选择器的D触发器或带扫描端的锁存器。在这些结构中，scan_in用于输入扫描数据，scan_out则用于输出，scan_enable作为控制信号，切换电路在正常工作模式和扫描模式之间。 例如，带多路选择器的D触发器在正常工作模式下，数据从D端输入，Q端输出；而在扫描模式下，数据从scan_in输入，通过scan_out输出。带扫描端的锁存器则在正常模式下由d端输入数据到mq端，在扫描模式下，数据从scan_in输入，通过扫描链传输。 扫描测试不仅适用于全扫描设计，即所有电路中的触发器都用扫描触发器替代，还适用于部分扫描设计，仅部分电路采用扫描结构。这种灵活性使得设计师可以根据实际需求平衡测试效果和成本。 内建自测技术（BIST）进一步增强了测试能力，它允许集成电路在内部执行自我诊断。通过内建的测试逻辑，BIST可以生成测试矢量并自动检测可能的故障。例如，针对固定型故障，如G3输入端点SA1固定为1的故障，可以通过扫描插入，将故障路径上的触发器替换为扫描触发器，然后利用测试矢量生成工具来生成和应用测试序列，以识别并定位故障。 在实际应用中，扫描设计和BIST技术结合使用，可以显著提高测试效率，减少外部测试设备的需求，同时提高测试覆盖率，确保集成电路在出厂前的质量。这种技术的广泛应用使得现代集成电路能够满足严格的质量标准，保证了产品的可靠性。因此，掌握扫描设计和BIST技术是集成电路开发与验证工程师必备的技能。