Built In Self Test (BIST)

1. Definition: What is Built In Self Test (BIST)?

Built In Self Test (BIST) es una técnica de prueba que permite que un sistema o circuito realice diagnósticos y verificación de su propio funcionamiento sin la necesidad de un equipo externo de prueba. Esta metodología es particularmente importante en el diseño de circuitos digitales, ya que proporciona una forma eficiente de detectar fallos en el hardware, mejorar la fiabilidad y reducir los costos de prueba. La implementación de BIST se ha vuelto esencial en el contexto de VLSI (Very Large Scale Integration), donde la complejidad de los circuitos y la densidad de integración han aumentado significativamente.

La importancia de BIST radica en su capacidad para realizar pruebas de manera autónoma, permitiendo a los diseñadores y fabricantes identificar y corregir problemas antes de que el circuito se ponga en funcionamiento. Esto es especialmente crítico en aplicaciones donde la disponibilidad y la confiabilidad son fundamentales, como en sistemas de comunicación, dispositivos médicos y tecnología aeroespacial. BIST no solo mejora la calidad del producto final, sino que también optimiza el proceso de fabricación al reducir la dependencia de pruebas externas y manuales.

Desde un punto de vista técnico, BIST incluye varios componentes esenciales, como generadores de patrones de prueba y comparadores de resultados. Estos elementos trabajan juntos para ejecutar pruebas en diferentes niveles, desde pruebas de funcionalidad hasta pruebas de rendimiento y estrés. Al integrar BIST en el diseño del circuito, se pueden realizar pruebas en el campo, lo que permite un diagnóstico y mantenimiento más eficiente durante toda la vida útil del producto.

2. Components and Operating Principles

Los componentes y principios operativos de Built In Self Test (BIST) son fundamentales para su funcionamiento efectivo. En general, un sistema BIST se compone de tres componentes principales: el generador de patrones de prueba, el circuito bajo prueba (DUT, por sus siglas en inglés), y el comparador de resultados. Cada uno de estos componentes desempeña un papel crucial en el proceso de prueba.

El generador de patrones de prueba es responsable de crear secuencias de señales que simulan diferentes condiciones de operación del circuito. Estos patrones pueden ser predefinidos o generados dinámicamente, dependiendo de la complejidad del circuito y de los requisitos de prueba. La calidad de los patrones de prueba es esencial, ya que deben ser lo suficientemente variados para cubrir una amplia gama de comportamientos del circuito, incluyendo condiciones de borde y estados de error.

El DUT es el circuito que se está probando. Durante el proceso de BIST, el DUT recibe los patrones de prueba generados y responde a ellos. Es crucial que el DUT esté diseñado para soportar el proceso de prueba, lo que a menudo implica la inclusión de elementos adicionales para facilitar la medición y el monitoreo de su comportamiento interno.

Finalmente, el comparador de resultados evalúa la respuesta del DUT a los patrones de prueba. Este componente determina si el circuito ha pasado o fallado la prueba, comparando las salidas esperadas con las salidas reales. La efectividad del comparador es vital, ya que cualquier error en esta etapa puede llevar a falsos positivos o negativos, afectando la fiabilidad del sistema de prueba.

2.1 Implementation Methods

La implementación de BIST puede llevarse a cabo de varias maneras, dependiendo de los requisitos específicos del circuito y del entorno en el que se utilizará. Algunas de las metodologías más comunes incluyen:

Test Pattern Generation (TPG): Los métodos de generación de patrones de prueba pueden ser deterministas o aleatorios. Los métodos deterministas utilizan algoritmos específicos para generar patrones que cubren casos de prueba conocidos, mientras que los métodos aleatorios generan patrones de manera estocástica, lo que puede ser útil para detectar fallos no anticipados.
Signature Analysis: Este método implica la recopilación de firmas de salida del DUT durante la prueba. Estas firmas se comparan con firmas de referencia conocidas para determinar si el DUT está funcionando correctamente. Este enfoque es particularmente eficiente para circuitos complejos, donde la comparación directa de salidas puede ser impráctica.
Built In Self Repair (BISR): En algunos sistemas avanzados, BIST se combina con técnicas de autocomprobación y reparación. BISR permite que el sistema no solo identifique fallos, sino que también implemente soluciones de reparación, como la reconfiguración de componentes defectuosos.

Al comparar Built In Self Test (BIST) con tecnologías y metodologías relacionadas, es importante considerar tanto las similitudes como las diferencias en sus características, ventajas y desventajas.

Una de las tecnologías más cercanas a BIST es Automatic Test Equipment (ATE). ATE utiliza equipos externos para realizar pruebas en dispositivos, lo que puede ofrecer una mayor flexibilidad y capacidad de prueba en comparación con BIST. Sin embargo, ATE suele ser más costoso y requiere tiempo para configurar y ejecutar pruebas, lo que puede ser un inconveniente en entornos de producción de alta velocidad. En contraste, BIST permite pruebas rápidas y eficientes, ya que el sistema es capaz de realizar diagnósticos por sí mismo.

Otra metodología relacionada es Design for Testability (DFT), que se centra en diseñar circuitos que sean más fáciles de probar. Mientras que DFT puede incluir la implementación de BIST como una de sus estrategias, también abarca otras técnicas, como la inserción de puntos de prueba y la simplificación de la arquitectura del circuito. BIST, por otro lado, se centra específicamente en la capacidad del sistema para realizar pruebas internas sin intervención externa.

En términos de aplicaciones, BIST se utiliza comúnmente en dispositivos donde la fiabilidad es crítica, como en sistemas de comunicaciones y dispositivos médicos. Por ejemplo, en un dispositivo médico implantable, BIST puede garantizar que el dispositivo funcione correctamente antes de ser utilizado en un paciente, mientras que ATE podría no ser práctico en este contexto debido a las limitaciones de acceso físico.

4. References

IEEE Computer Society
International Test Conference (ITC)
Electronic Design Automation (EDA) companies
Semiconductor Research Corporation (SRC)

5. One-line Summary

Built In Self Test (BIST) es una técnica que permite a los circuitos realizar pruebas autónomas para detectar fallos, mejorando la fiabilidad y reduciendo costos en el diseño y fabricación de sistemas digitales.