在芯片设计和测试中，扫描测试（Scan）和内置自测试（BIST）是互补的重要策略，用于确保硅片的质量和可靠性。这两种策略的主要区别在于：扫描测试依赖于外部测试设备来应用测试模式和捕获响应，而内置自测试则由芯片内部的逻辑生成测试模式并分析结果。具体而言，扫描测试允许测试者对芯片内部的扫描链中的逻辑进行控制和观察，灵活地识别出故障。而BIST不需要复杂的外部测试设备，通过内置的测试逻辑可以自动生成测试模式，显著地减少了测试成本和时间，非常适用于大批量生产环节。
其中，扫描测试的核心利益在于其高度的灵活性和广泛的应用范围。扫描测试通过将设计中的触发器连接成一个或多个扫描链，使得测试人员可以通过外部测试设备直接设置和读取触发器的状态，这极大地简化了复杂逻辑电路的测试过程。通过这种方法，几乎所有的逻辑故障都可以被检测到，包括一些简单的BIST方法难以覆盖的故障类型。
一、扫描测试（SCAN）
扫描测试技术是一种基于扫描链的设计测试方法，主要用于逻辑电路的故障检测。通过改变芯片内标准触发器的设计，将它们连成一个或多个串行链路，测试者可以轻易地将测试模式"扫描"进入芯片，同时收集测试响应。
首先，扫描测试的设计过程需要在晶片设计初期就将测试需求考虑进去，也称为设计可测试性（DFT）。这要求在设计阶段就为触发器增加额外的逻辑，以便将它们连接成扫描链。实现这一点，可以使得每个触发器的输入和输出都能通过外部访问，极大地增加了对逻辑故障的检测能力。
其次，扫描测试的执行过程依赖于外部测试设备来应用测试向量（模式）和捕获测试响应。这个过程分为两个主要阶段：加载测试模式和捕获测试响应。在加载阶段，测试模式通过扫描链输入到芯片内部，然后晶片按正常工作模式运作一段时间，最后测试响应被通过扫描链输出到外部设备进行分析。
二、内置自测试（BIST）
内置自测试（BIST）是另一种测试策略，它通过在芯片内部集成测试逻辑，允许芯片自我产生测试模式并对执行结果进行评估。与扫描测试依赖外部测试设备不同，BIST提供了一种高效、自主的测试方法，尤其适合于生产线测试和现场可维修。
在BIST中，最常见的形式是内置的测试模式生成器（TPG）和输出响应分析器（ORA）。测试模式生成器负责生成一系列的测试模式，自动应用于芯片内部的待测逻辑电路；而输出响应分析器则用于收集和分析这些测试模式下的输出响应，进而判断芯片是否存在故障。
BIST的设计要求在芯片设计阶段就嵌入专门的测试逻辑，这意味着需要牺牲一部分晶片面积来容纳这些额外的测试逻辑。不过，BIST的高度自动化和对外部测试设备依赖性的降低，使其在很多情况下都是优先考虑的测试方法，特别是在测试成本和效率方面。
三、性能和应用领域比较
虽然扫描测试和BIST在实现细节上有所不同，但它们都是提高芯片可靠性和测试覆盖率的有效手段。扫描测试以其高度的灵活性和广泛的适用性获得了广泛应用，尤其是在复杂逻辑电路的测试中显示出其优越性。而BIST则以其内置的特性和高效率显著降低了测试时间和成本，特别适合于大批量生产和现场维护。
四、结论
综上所述，扫描测试和BIST是芯片设计和测试中两种互补的策略。扫描测试通过外部测试设备和灵活的扫描链设计实现高复杂度的逻辑电路测试，而BIST则依赖芯片内部生成的测试模式和自动化的测试流程，实现高效率和低成本的测试。在实际应用中，两种技术往往结合使用，以达到更高的测试覆盖率和更佳的测试经济性。
相关问答FAQs：
1. 什么是芯片设计中的scan技术？
在芯片设计中，scan技术是一种用于测试和诊断集成电路的方法。它通过在芯片中插入一条称为"扫描链"的额外电路，来实现对芯片内部信号的可观察和控制。通过激活扫描模式，我们可以对芯片的多个寄存器进行串行读写，以便快速进行测试和故障排除。
相较于传统的功能测试方法，scan技术具有更高的可观性和可定位性。它可以通过对芯片的状态进行扫描，精确地检测和诊断芯片内部的故障。因此，scan技术在芯片设计和制造过程中起着重要的作用。
2. 什么是芯片设计中的BIST技术？
在芯片设计中，BIST（Built-In Self-Test）技术是一种自测试方法，可以在芯片内部集成测试电路，用于自动进行芯片的测试和故障诊断。BIST技术通过在芯片中添加自测试模块，使其能够独立地进行测试操作，无需外部测试设备的支持。
BIST技术可以在芯片制造过程中进行故障检测，并在芯片部署后进行在线自检。它能够对芯片内部的逻辑电路、存储器和其他功能单元进行全面的自动测试，以确保芯片在运行时的可靠性和稳定性。
3. Scan和BIST在芯片设计和测试中的区别是什么？
Scan技术和BIST技术都是用于芯片设计和测试的重要方法，它们之间有一些明显的区别：
- 测试方式不同： Scan技术通过在芯片中插入扫描链来实现测试操作，而BIST技术则通过集成自测试电路来实现自动化测试。
- 测试范围不同： Scan技术主要用于逻辑和时序电路的测试，可以检测和定位芯片内部的故障。BIST技术则可以进行全面的芯片自测试，包括逻辑电路、存储器和其他功能单元的测试。
- 测试环境不同： Scan技术通常需要外部测试设备的支持，例如测试模式发生器和测试仪器。而BIST技术是在芯片内部集成的，可以独立地进行测试操作，无需外部设备。
- 应用场景不同： Scan技术常用于制造过程中的故障检测和故障排除，而BIST技术更适用于在芯片部署后的在线自测和故障诊断。
尽管Scan和BIST在芯片设计和测试上有不同的应用和特点，但它们都是为了确保芯片的质量和可靠性而不可或缺的工具和方法。
