圖形測(cè)試:多工位模擬和混合信號(hào)器件并行測(cè)試效率的關(guān)鍵(第二部件)

工廠應(yīng)用經(jīng)理及首席技術(shù)專家，泰瑞達(dá),Eagle 事業(yè)部：Jack Weimer

Pattern-Based 測(cè)試

高效多工位測(cè)試最重要的方面是沒(méi)有軟件介入硬件完成測(cè)試設(shè)置和測(cè)量的能力。一種方法是采用任意波形發(fā)生器(AWGs)和數(shù)字化儀(Digitizers)通過(guò)主時(shí)鐘控制系統(tǒng)同步進(jìn)行。這種架構(gòu)可以使所有工位的測(cè)試資源同時(shí)工作(并行方式)。

正如第一部分所討論的，模擬測(cè)試結(jié)果需要作質(zhì)量上的評(píng)定，這要求更多的響應(yīng)數(shù)據(jù)而不只是簡(jiǎn)單的pass/fail。這些測(cè)試結(jié)果常常是通過(guò)對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的運(yùn)算得到。例如，采樣點(diǎn)平均是一種常用的減少特定測(cè)試結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差的方法，而內(nèi)插法常用于有關(guān)閾值查找的測(cè)量。

評(píng)定模擬測(cè)試結(jié)果仍然是復(fù)雜的；因此效率高的測(cè)試系統(tǒng)必須具有靈活應(yīng)用廣泛的數(shù)學(xué)函數(shù)處理測(cè)試響應(yīng)數(shù)據(jù)的能力。在多工位執(zhí)行中，高水平的測(cè)試效率是通過(guò)在每個(gè)測(cè)量源嵌入處理器進(jìn)行本地并行運(yùn)算來(lái)獲得的。

圖1 Pattern-Based 多工位測(cè)試方案

圖1 描述了pattern-based 多工位測(cè)試方案的一般結(jié)構(gòu)框圖，每一工位有一套獨(dú)立的資源，如V/I，AWGs，digitizers和數(shù)字管腳電子。這些資源通過(guò)共同的主時(shí)鐘系統(tǒng)同步，使得每一工位可并行執(zhí)行測(cè)試流程中相同的測(cè)試項(xiàng)，并且支持?jǐn)?shù)字圖形中的條件跳轉(zhuǎn)，每工位獨(dú)立。

圖2 SmartPinRPattern-Based V/I

回顧一些模擬源的基本設(shè)計(jì)會(huì)有更多了解。圖2 表示SmartPinRpattern-based 可編程電壓/ 電流源(V/I)的功能結(jié)構(gòu)框圖。該圖中，V/I 源是一個(gè)四象限源，能在很多個(gè)電壓和電流量程內(nèi)加兩種極性的電壓和/或電流，這擴(kuò)大了V/I 源的靈活性和測(cè)試覆蓋范圍。

真正的pattern-based 測(cè)試要求沒(méi)有軟件介入，測(cè)試電壓/電流的量程和模式可以on-the-fly 動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)切換。使用基于AWG的方法，可以把一組變動(dòng)的施加值存入測(cè)試源AWG的內(nèi)存中。編寫任意組合的波形，如一系列靜態(tài)值，斜波，正弦波或其他復(fù)雜的波形，都是很簡(jiǎn)單的；由于AWG patterns 都是在時(shí)鐘控制下運(yùn)行,同樣的波形就可以并行加到每一個(gè)測(cè)試工位。

另外一個(gè)提高測(cè)試效率的關(guān)鍵是能在圖形中控制測(cè)量采樣的開(kāi)和關(guān)。在波形測(cè)量中，我們的源上有2個(gè)數(shù)字化儀，一個(gè)用來(lái)采集電壓波形，一個(gè)用來(lái)采集電流波行。這樣有助于測(cè)試工程師了解當(dāng)前源的所有狀態(tài)。單獨(dú)的測(cè)試項(xiàng)目可能不需要兩種波形，但對(duì)一組測(cè)試項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，電壓和電流可能都要求測(cè)，這時(shí)兩種波形就是必需的了。

在測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試數(shù)據(jù)的移動(dòng)往往花費(fèi)寶貴的測(cè)試時(shí)間，因此將DSP 放到本地測(cè)量存儲(chǔ)器是很重要的，將避免測(cè)試效率的重大損失。如果運(yùn)算復(fù)雜的波形，使用本地DSP 將幫助更大。過(guò)去，閾值查找測(cè)試經(jīng)常使用基于軟件的逐次逼近法 (SAR)。這種方法對(duì)少工位測(cè)試節(jié)省時(shí)間可能是有效的。但是在如今越來(lái)越多工位測(cè)試的環(huán)境下，使用快速變化的斜波來(lái)完成查找測(cè)試常常會(huì)更加有效。每個(gè)測(cè)試工位都可使用各自本地DSP 同時(shí)查找測(cè)量數(shù)據(jù)，尋找特定的跳變點(diǎn)。

量程和施加模式On-the-Fly 動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)切換

pattern-based 測(cè)試的奧妙之一是需要充分利用每個(gè)源所有范圍的特點(diǎn)。對(duì)于沒(méi)有基于硬件控制的測(cè)試系統(tǒng)，在測(cè)試過(guò)程中還需要軟件介入來(lái)改變測(cè)量量程和測(cè)試模式。測(cè)試效率尤其在多工位測(cè)試系統(tǒng)中自然就很低。對(duì)于高效的pattern-based 測(cè)試，能夠在硬件的控制下改變測(cè)試源的設(shè)定是必需的。

在模擬和混合信號(hào)器件測(cè)試中，有很多情況下需要在一個(gè)管腳上進(jìn)行多個(gè)測(cè)試，量程會(huì)在很大范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)切換。例如，器件的電源腳(Vcc)在沒(méi)有負(fù)載時(shí)消耗靜態(tài)小電流，在有大負(fù)載時(shí)消耗大電流，而在待命模式下電流消耗幾乎為零。這類測(cè)試往往跨越4個(gè)或更多量程。為了在同一個(gè)圖形測(cè)試中測(cè)試這些電流，測(cè)試源必須能支持沒(méi)有軟件介入的電流量程切換。

圖2 說(shuō)明了在沒(méi)有軟件介入的情況下如何改變量程。在這個(gè)例子中，同一個(gè)任意波形發(fā)生器(AWG)的內(nèi)存中，存儲(chǔ)了要施加的波形數(shù)據(jù)，用來(lái)控制這個(gè)V/I 源的電壓/電流模式還有其他硬件設(shè)定。這個(gè)SmartPin?的專利架構(gòu)，作為V/I 源的使用，已被證實(shí)可以提高pattern-based 測(cè)試效率。它創(chuàng)新使用圖形來(lái)控制測(cè)試源的施加模式(電壓/電流)，電流量程，ADC 采樣，ADC 測(cè)量增益設(shè)定，ADC 濾波器設(shè)定。硬件激勵(lì)控制使V/I 源可以調(diào)整其設(shè)定和測(cè)量條件從而完成在一個(gè)連續(xù)測(cè)試圖形中的多個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的測(cè)試。

測(cè)試結(jié)果評(píng)定

當(dāng)一個(gè)特定的Pattern-based 測(cè)試運(yùn)行完成時(shí)，本地DSP 可以被用來(lái)并行地計(jì)算每個(gè)工位的每個(gè)子測(cè)試項(xiàng)目結(jié)果。然后這些測(cè)試結(jié)果被硬件收集用于界限檢查和數(shù)據(jù)記錄。這些需要軟件介入，但是非常高效地提供了一個(gè)寬范圍的編程靈活性，同時(shí)保持了高效率和極好的易用性。

軟件支持

誠(chéng)然，Pattern-based 測(cè)試在編程上與傳統(tǒng)“設(shè)置-等待-測(cè)量”代碼相比有點(diǎn)復(fù)雜。為此，專門的軟件工具使編程盡可能的簡(jiǎn)單是很重要的。對(duì)于波形發(fā)生器，整合了量程和模式切換的編輯工具是必不可少的。顯示工具需要表示模擬和數(shù)字激勵(lì)以及捕獲的波形之間的關(guān)系，允許測(cè)試工程師來(lái)查看每個(gè)測(cè)量區(qū)域的穩(wěn)定性能。

圖3 AWG Editor for Waveform Programming

圖3 舉例說(shuō)明了簡(jiǎn)化Pattern-based 程序生成的軟件工具類型。這個(gè)例子中，一個(gè)任意波形發(fā)生器(AWG)編輯器工具被用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)LDO(低壓差穩(wěn)壓器)V(in)引腳上的一系列測(cè)試條件。任意波形發(fā)生器被定制化來(lái)支持每類信號(hào)源的硬件特性，如量程切換，采樣選通，及輸出模式切換。測(cè)試序列(Sequence)被看作是激勵(lì)波形分解到多個(gè)不同的區(qū)域。每個(gè)區(qū)域可以支持直流電平、斜坡、正弦波形，和/或者用戶提供的波形。這個(gè)測(cè)試序列例舉量程切換和選通測(cè)量采樣。在該例子中，電源以10 mA 量程開(kāi)始，變到100 mA 量程，然后以1A 量程完成Pattern。那些選通的采樣區(qū)域用紅色顯示。示波器插圖顯示了出現(xiàn)在器件引腳上的實(shí)際信號(hào)。

任意波形發(fā)生器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)組被自動(dòng)地存儲(chǔ)在用戶的測(cè)試程序中。每個(gè)Pattern 有一個(gè)用戶定義的名稱，用于調(diào)入和選擇。獨(dú)立的Pattern 可以在整個(gè)測(cè)試程序重復(fù)使用和組合產(chǎn)生合成的混合信號(hào)測(cè)試序列，以圖4為例。

圖4 Mixed-Signal Viewer

一個(gè)完整的混合信號(hào)測(cè)試包含供給所有數(shù)字和模擬引腳類型的波形數(shù)據(jù)?；旌喜ㄐ尾榭雌魇且粋€(gè)操作起來(lái)更象多通道示波器的顯示工具。該工具顯示在適當(dāng)時(shí)間背景下的設(shè)置和測(cè)量數(shù)據(jù)。在這個(gè)例子中，模擬、數(shù)字和主時(shí)鐘信號(hào)都被顯示出來(lái)。這類型的工具允許用戶很容易地觀察編程錯(cuò)誤，并用來(lái)優(yōu)化器件的穩(wěn)定問(wèn)題。該工具被設(shè)計(jì)用來(lái)記住每個(gè)Pattern-based 測(cè)試的設(shè)置條件，優(yōu)化復(fù)用?；旌闲盘?hào)查看器的附加性能還包括保存繪圖到文件的能力，打印繪圖到屏幕和存檔繪圖以便進(jìn)一步參考，任何時(shí)候你想比較當(dāng)前的性能相對(duì)原來(lái)的性能，它都是一個(gè)垂手可得的好資源。

在這三部分系列的最后，我們將介紹一個(gè)Pattern-based 多工位測(cè)試應(yīng)用，含有一個(gè)簡(jiǎn)單LDO(低壓差穩(wěn)壓器)的全部波形和測(cè)試時(shí)間，以闡述Pattern-based 測(cè)試在生產(chǎn)環(huán)境的能力。