圖形測試:多工位模擬和混合信號器件并行測試效率的關鍵(第二部件)

工廠應用經理及首席技術專家，泰瑞達,Eagle 事業部：Jack Weimer

Pattern-Based 測試

高效多工位測試最重要的方面是沒有軟件介入硬件完成測試設置和測量的能力。一種方法是采用任意波形發生器(AWGs)和數字化儀(Digitizers)通過主時鐘控制系統同步進行。這種架構可以使所有工位的測試資源同時工作(并行方式)。

正如第一部分所討論的，模擬測試結果需要作質量上的評定，這要求更多的響應數據而不只是簡單的pass/fail。這些測試結果常常是通過對多個數據點的運算得到。例如，采樣點平均是一種常用的減少特定測試結果標準偏差的方法，而內插法常用于有關閾值查找的測量。

評定模擬測試結果仍然是復雜的；因此效率高的測試系統必須具有靈活應用廣泛的數學函數處理測試響應數據的能力。在多工位執行中，高水平的測試效率是通過在每個測量源嵌入處理器進行本地并行運算來獲得的。

圖1 Pattern-Based 多工位測試方案

圖1 描述了pattern-based 多工位測試方案的一般結構框圖，每一工位有一套獨立的資源，如V/I，AWGs，digitizers和數字管腳電子。這些資源通過共同的主時鐘系統同步，使得每一工位可并行執行測試流程中相同的測試項，并且支持數字圖形中的條件跳轉，每工位獨立。

圖2 SmartPinRPattern-Based V/I

回顧一些模擬源的基本設計會有更多了解。圖2 表示SmartPinRpattern-based 可編程電壓/ 電流源(V/I)的功能結構框圖。該圖中，V/I 源是一個四象限源，能在很多個電壓和電流量程內加兩種極性的電壓和/或電流，這擴大了V/I 源的靈活性和測試覆蓋范圍。

真正的pattern-based 測試要求沒有軟件介入，測試電壓/電流的量程和模式可以on-the-fly 動態實時切換。使用基于AWG的方法，可以把一組變動的施加值存入測試源AWG的內存中。編寫任意組合的波形，如一系列靜態值，斜波，正弦波或其他復雜的波形，都是很簡單的；由于AWG patterns 都是在時鐘控制下運行,同樣的波形就可以并行加到每一個測試工位。

另外一個提高測試效率的關鍵是能在圖形中控制測量采樣的開和關。在波形測量中，我們的源上有2個數字化儀，一個用來采集電壓波形，一個用來采集電流波行。這樣有助于測試工程師了解當前源的所有狀態。單獨的測試項目可能不需要兩種波形，但對一組測試項目來說，電壓和電流可能都要求測，這時兩種波形就是必需的了。

在測試過程中，測試數據的移動往往花費寶貴的測試時間，因此將DSP 放到本地測量存儲器是很重要的，將避免測試效率的重大損失。如果運算復雜的波形，使用本地DSP 將幫助更大。過去，閾值查找測試經常使用基于軟件的逐次逼近法 (SAR)。這種方法對少工位測試節省時間可能是有效的。但是在如今越來越多工位測試的環境下，使用快速變化的斜波來完成查找測試常常會更加有效。每個測試工位都可使用各自本地DSP 同時查找測量數據，尋找特定的跳變點。

量程和施加模式On-the-Fly 動態實時切換

pattern-based 測試的奧妙之一是需要充分利用每個源所有范圍的特點。對于沒有基于硬件控制的測試系統，在測試過程中還需要軟件介入來改變測量量程和測試模式。測試效率尤其在多工位測試系統中自然就很低。對于高效的pattern-based 測試，能夠在硬件的控制下改變測試源的設定是必需的。

在模擬和混合信號器件測試中，有很多情況下需要在一個管腳上進行多個測試，量程會在很大范圍內動態切換。例如，器件的電源腳(Vcc)在沒有負載時消耗靜態小電流，在有大負載時消耗大電流，而在待命模式下電流消耗幾乎為零。這類測試往往跨越4個或更多量程。為了在同一個圖形測試中測試這些電流，測試源必須能支持沒有軟件介入的電流量程切換。

圖2 說明了在沒有軟件介入的情況下如何改變量程。在這個例子中，同一個任意波形發生器(AWG)的內存中，存儲了要施加的波形數據，用來控制這個V/I 源的電壓/電流模式還有其他硬件設定。這個SmartPin?的專利架構，作為V/I 源的使用，已被證實可以提高pattern-based 測試效率。它創新使用圖形來控制測試源的施加模式(電壓/電流)，電流量程，ADC 采樣，ADC 測量增益設定，ADC 濾波器設定。硬件激勵控制使V/I 源可以調整其設定和測量條件從而完成在一個連續測試圖形中的多個測試項目的測試。

測試結果評定

當一個特定的Pattern-based 測試運行完成時，本地DSP 可以被用來并行地計算每個工位的每個子測試項目結果。然后這些測試結果被硬件收集用于界限檢查和數據記錄。這些需要軟件介入，但是非常高效地提供了一個寬范圍的編程靈活性，同時保持了高效率和極好的易用性。

軟件支持

誠然，Pattern-based 測試在編程上與傳統“設置-等待-測量”代碼相比有點復雜。為此，專門的軟件工具使編程盡可能的簡單是很重要的。對于波形發生器，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字激勵以及捕獲的波形之間的關系，允許測試工程師來查看每個測量區域的穩定性能。

圖3 AWG Editor for Waveform Programming

圖3 舉例說明了簡化Pattern-based 程序生成的軟件工具類型。這個例子中，一個任意波形發生器(AWG)編輯器工具被用來產生一個LDO(低壓差穩壓器)V(in)引腳上的一系列測試條件。任意波形發生器被定制化來支持每類信號源的硬件特性，如量程切換，采樣選通，及輸出模式切換。測試序列(Sequence)被看作是激勵波形分解到多個不同的區域。每個區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。這個測試序列例舉量程切換和選通測量采樣。在該例子中，電源以10 mA 量程開始，變到100 mA 量程，然后以1A 量程完成Pattern。那些選通的采樣區域用紅色顯示。示波器插圖顯示了出現在器件引腳上的實際信號。

任意波形發生器產生的數據組被自動地存儲在用戶的測試程序中。每個Pattern 有一個用戶定義的名稱，用于調入和選擇。獨立的Pattern 可以在整個測試程序重復使用和組合產生合成的混合信號測試序列，以圖4為例。

圖4 Mixed-Signal Viewer

一個完整的混合信號測試包含供給所有數字和模擬引腳類型的波形數據。混合波形查看器是一個操作起來更象多通道示波器的顯示工具。該工具顯示在適當時間背景下的設置和測量數據。在這個例子中，模擬、數字和主時鐘信號都被顯示出來。這類型的工具允許用戶很容易地觀察編程錯誤，并用來優化器件的穩定問題。該工具被設計用來記住每個Pattern-based 測試的設置條件，優化復用。混合信號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一步參考，任何時候你想比較當前的性能相對原來的性能，它都是一個垂手可得的好資源。

在這三部分系列的最后，我們將介紹一個Pattern-based 多工位測試應用，含有一個簡單LDO(低壓差穩壓器)的全部波形和測試時間，以闡述Pattern-based 測試在生產環境的能力。