模拟BIST的四项基本原则

　　图1，PLLBIST使用PLL的输入基准时钟沿，采样PLL的输出 (a)。一个基准通过一根可调延迟线，为一个锁存器提供时钟，锁存器完成采样工作。锁存器的输出计数1000个时钟周期，然后延迟递增。这个动作不断重复，直到锁存器获得了累积分布函数 (b)。

　　这两种技术表示了时间测量的一个重要原则：控制一个信号被采样的时间时，要么是一个来自可调延迟的恒定时间偏移，要么是来自一个可调振荡器的恒定频率偏移，如PLL。在实现纳米CMOS时，低抖动延迟越来越困难，但低抖动频率偏移却越来越容易实现。

3.3 原则三

　　模拟BIST的另一个原则通过减去系统误差来提高精度。例如，当测量电压时，必须消除任何比较器或运算放大器的偏移电压。如果这些电路有可忽略的偏移，则必须测量该偏移，以验证它确实是可忽略的;否则，就必须减去它的值。比较简单的方法是假设该偏移较大，将其减掉。当测量延迟时，必须从输出的延迟中，减去待测电路输入端的测试接入路径延迟，以确保消除了接入路径的延迟。ATE通常采用乘法和减法，做模拟自校准，但这种运算需要太多电路，对BIST并不经济。当系统误差上下起伏时，可能会出现低频效应，如由于电力线噪声而使偏移以50 Hz或60 Hz变化。

　　通过增加采样来计算均值，可以提高精度。一个信号或测量电路中的随机噪声限制了对任何信号特性测量的可重复性。当在一次测量中包含了更多的采样时，就改善了测量的变动与可重复性。模拟测量电路实现均化的方法一般是用低通滤波，或用一个电容做电荷积分。

　　可以在模拟BIST的数字电路中使用全加法器，但很多情况下，用二进制计数器可以更高效地实现均化。用简单的均化或减法都无法抑制掉非随机的噪声，例如来自邻近同步逻辑或60 Hz电力线的干扰。不过，可以通过与干扰的同步采样，或对干扰频率作整数周期的积分，从而降低其影响。

　　为获得成本效益，BIST电路必须有高于待测电路的成品率。对于数字BIST的情况，这种要求只是意味着其面积必须小于待测电路面积。然而对于模拟BIST，这一原则还意味着BIST必须在不影响成品率情况下，实现所需要的线性度、噪声以及带宽。在一项研究中，一个测试芯片上只有70%的小型模拟BIST电路可以实现所需要的测量精度。该BIST的成品率对SoC(系统单芯片)的影响等同于电路占整个SoC的30%情况。

　　使BIST的成品率高于待测模拟电路的最佳方式是尽可能减少BIST中的模拟电路数量，即使其数字化。通过在多个功能之间共享一个BIST电路，可以减少与BIST电路有关的面积。数字BIST可以很容易实现这一任务，但模拟BIST则相反，因为需要测试的功能之间存在差异性。这就是MadBIST建立的原因，这种方法由MF Ton er和Gordon W Roberts共同开发。采用MadBIST时，一只DSP首先测试一只ADC然后才是DAC。MadBIST、ADC和DAC，然后再测试其它模拟电路。

　　采用共享分析块有一个问题，即将感兴趣的模拟信号传送给分析块。完成这个工作一般采用模拟总线，但它们会带来负载、噪声和非线性，并且会减小带宽。一种替代方法是在本地将信号转换为某种数字表述，然后采用一个数字总线。

　　模拟BIST必须能够采用基于规范的结构化测试。换句话说，所做激励与响应分析的结果，必须能与模拟电路的功能规范作校对，但它们也必须面向制造缺陷，帮助做诊断，并尽可能减少测试时间。面向缺陷的测试有助于完成这个任务，但一般不会尝试使用仿功能测试。飞利浦(现在的恩智浦公司)在1995年首先在基于规范的传统模拟测试与面向缺陷的测试之间做了一个公开的行业对比。结论是：当设计规范有更大的裕度，并且过程得到良好的控制时，面向缺陷的测试能对相近的缺陷覆盖实现更快的测试。另一方面，基于规范的测试对保持测试覆盖和成品率都是必要的。

　　数字BIST天然地就采用一种仿功能的激励，因为几乎任何1和0的模式都能表示功能模式下的输入信号，包括伪随机数据。而为模拟电路提供一种仿功能激励则可能复杂得多。伪随机噪声是一个诱人的模拟激励，它能处理很多潜在的缺陷，并且易于生成。一只电阻和一只电容就可以对数字BIST中的LFSR输出做滤波，产生一个模拟波形。乘法器和加法器可以将待测模拟电路的响应与其伪随机输入做交叉关联。

　　另外一种更容易实现的方案是，将电路输出端连接到输入端，必要时增加增益或反相，从而将电路重新配置为一个振荡器，并测量其振荡频率。这种技术具有面积效率。不幸的是，这两种方案都被证明难以使用，因为测量对于噪声和非线性都太不敏感，而诊断也不实用。

　　ATE广泛采用一种线性斜坡与单音正弦波作为测试激励，从而有效地测试ADC和DAC的线性度，并作诊断辅助。在片上产生一个纯斜坡或正弦波的最强大方式是在一个循环移位寄存器中存储一个周期性的sigma-delta码流，不过这种方案可能需要数千个逻辑门，外加模拟滤波。所幸的是，一个激励块可能就足以应付一片SoC中的所有模拟功能，并且可以有效地将串行数字码流送给芯片的各个区域。

　　激励生成的最简单而有用的信号是一个数字方波，可以用它去测量一个步长，或一个脉冲响应。令人惊讶的是，对于一个用于生成波形的采样比较器来说，精确DC电压是一种困难的激励或基准，除非求助于需要更多自测的模拟技术。对一个占空比可编程的数字波形做低通滤波，可以产生一个基本上是DC的波形，其平均电压取决于占空比，并且在高开关降低开关频率，就降低了DC电压对这种不匹配的敏感度，但增加了DC电压的峰峰变动。在模拟功能中(如稳压器)，增加有源低通滤波就可以减少这种噪声。但采用这种方案的模拟BIST必须对滤波做测试。更适合于BIST的是在“高速模拟电路测试与验证研讨会”上刚刚演示的一种技术。