Автоматическое испытательное оборудование

Keithley Instruments серии 4200 — Keithley Instruments Series 4200 CVU

Автоматическое испытательное оборудование или автоматизированное испытательное оборудование ( ATE ) — это любое устройство, выполняющее испытания устройства, известного как испытуемое устройство (DUT), тестируемое оборудование (EUT) или тестируемое устройство (UUT), с использованием автоматизации для быстрого выполнения измерений. и оценить результаты теста. ATE может представлять собой простой цифровой мультиметр с компьютерным управлением или сложную систему, содержащую десятки сложных испытательных приборов (реальных или смоделированных электронных испытательных устройств ), способных автоматически тестировать и диагностировать неисправности в сложных электронных компонентах или при тестировании пластин , включая систему на чипы и интегральные схемы .

ATE широко используется в электронной промышленности для тестирования электронных компонентов и систем после их изготовления. ATE также используется для тестирования авионики и электронных модулей автомобилей. Он используется в военных приложениях, таких как радар и беспроводная связь.

В полупроводниковой промышленности

Компания Semiconductor ATE, названная в честь тестирования полупроводниковых устройств , может тестировать широкий спектр электронных устройств и систем, от простых компонентов ( резисторов , конденсаторов и катушек индуктивности ) до интегральных схем (ИС), печатных плат (PCB) и сложных, полностью собранных электронные системы. Для этого пробные карты используются . Системы ATE предназначены для сокращения времени испытаний, необходимых для проверки работоспособности конкретного устройства или быстрого обнаружения его неисправностей, прежде чем деталь сможет быть использована в конечном потребительском продукте. Чтобы снизить производственные затраты и повысить производительность, полупроводниковые устройства следует тестировать после изготовления, чтобы предотвратить попадание дефектных устройств к потребителю.

Компоненты

Полупроводниковая архитектура ATE состоит из главного контроллера (обычно компьютера ), который синхронизирует один или несколько источников и устройств захвата (перечисленных ниже). специально разработанные контроллеры или реле Исторически сложилось так, что в системах ATE использовались . Тестируемое устройство (DUT) физически подключается к ATE с помощью другой роботизированной машины, называемой обработчиком или зондом , и через специальный адаптер тестирования интерфейса (ITA) или «приспособление», которое адаптирует ресурсы ATE к DUT.

Промышленный ПК

Промышленный ПК представляет собой обычный настольный компьютер, установленный в стандартную 19-дюймовую стойку с достаточным количеством слотов PCI/PCIe для размещения карт стимулирования/сенсорирования сигнала. Он выполняет роль контроллера в ATE. На этом ПК осуществляется разработка тестовых приложений и хранение результатов. Большинство современных полупроводниковых ATE включают в себя несколько приборов с компьютерным управлением для получения или измерения широкого диапазона параметров. Приборы могут включать в себя источники питания устройств (DPS), ^[1]^[2] блоки параметрических измерений (PMU), генераторы сигналов произвольной формы (AWG), цифровые преобразователи, цифровые устройства ввода-вывода и источники питания. Приборы выполняют различные измерения на тестируемом устройстве и синхронизируются, чтобы генерировать и измерять сигналы в нужное время. Учитывая требования ко времени отклика, также рассматриваются системы реального времени для стимуляции и захвата сигналов.

Массовое межсоединение

Массовое межсоединение представляет собой соединительный интерфейс между испытательными приборами (PXI, VXI, LXI, GPIB, SCXI и PCI) и тестируемыми устройствами/модулями (D/UUT). Этот раздел действует как узловая точка для сигналов, входящих и исходящих между ATE и D/UUT.

Пример: Простое измерение напряжения

Например, чтобы измерить напряжение конкретного полупроводникового устройства, инструменты цифровой обработки сигналов (DSP) в ATE непосредственно измеряют напряжение и отправляют результаты на компьютер для обработки сигнала, где вычисляется желаемое значение. Этот пример показывает, что традиционные приборы, такие как амперметр , не могут использоваться во многих АТС из-за ограниченного количества измерений, которые может выполнить прибор, и времени, которое потребуется для использования приборов для выполнения измерений. Одним из ключевых преимуществ использования DSP для измерения параметров является время. Если нам нужно рассчитать пиковое напряжение электрического сигнала и другие параметры сигнала, то нам нужно использовать пиковый детектор, а также другие инструменты для проверки других параметров. Однако если используются инструменты на основе DSP, тогда делается выборка сигнала, а другие параметры могут быть вычислены на основе одного измерения.

Требования к параметрам тестирования в зависимости от времени тестирования

Не все устройства тестируются одинаково. Тестирование увеличивает затраты, поэтому недорогие компоненты редко тестируются полностью, тогда как медицинские или дорогостоящие компоненты (где важна надежность) тестируются часто.

Но тестирование устройства по всем параметрам может потребоваться или не потребоваться в зависимости от функциональности устройства и конечного пользователя. Например, если устройство находит применение в медицинских или спасательных изделиях, то многие его параметры должны быть проверены, а некоторые параметры должны быть гарантированы. Но выбор параметров для тестирования — это сложное решение, основанное на соотношении затрат и доходности. Если устройство представляет собой сложное цифровое устройство с тысячами вентилей, необходимо рассчитать покрытие ошибок при тестировании. И здесь решение является сложным, основанным на экономике тестирования, частоте, количестве и типе операций ввода-вывода в устройстве и приложении конечного использования...

Обработчик или пробник и адаптер для тестирования устройства

ATE можно использовать на корпусных деталях (типичный «чип») или непосредственно на кремниевой пластине . Упакованные детали используют манипулятор для размещения устройства на специальной интерфейсной плате, тогда как кремниевые пластины проверяются непосредственно с помощью высокоточных датчиков. Системы ATE взаимодействуют с обработчиком или датчиком для проверки тестируемого устройства.

Комплектная часть ATE с обработчиками

Системы ATE обычно взаимодействуют с инструментом автоматического размещения, называемым «обработчиком», который физически размещает тестируемое устройство (DUT) на адаптере тестирования интерфейса (ITA), чтобы его можно было измерить оборудованием. Также может существовать адаптер тестирования интерфейса (ITA), устройство, просто выполняющее электронные соединения между ATE и тестируемым устройством (также называемое тестируемым устройством или UUT), но оно также может содержать дополнительную схему для адаптации сигналов между ATE. и ТУ и имеет физические возможности для установки ТУ. Наконец, сокет используется для соединения ITA и DUT. Розетка должна выдерживать строгие требования производственного цеха, поэтому ее обычно часто заменяют.

Простая электрическая схема интерфейса: ATE → ITA → DUT (пакет) ← Handler

Кремниевая пластина ATE с зондами

В устройствах ATE на основе пластин обычно используется устройство, называемое зондом , которое перемещается по кремниевой пластине для проверки устройства.

Простая схема электрического интерфейса: ATE → Prober → Wafer (DUT)

Мультисайт

Один из способов сократить время тестирования — протестировать несколько устройств одновременно. Системы ATE теперь могут поддерживать наличие нескольких «сайтов», где ресурсы ATE используются совместно каждым сайтом. Некоторые ресурсы можно использовать параллельно, другие необходимо сериализовать для каждого тестируемого устройства.

Программирование АТЕ

Компьютер ATE использует современные компьютерные языки (такие как C , C++ , Java , VEE , Python , LabVIEW или Smalltalk ) с дополнительными операторами для управления оборудованием ATE через стандартные и собственные интерфейсы прикладного программирования (API). Также существуют некоторые специализированные компьютерные языки, такие как сокращенный язык тестирования для всех систем (ATLAS). Автоматическое испытательное оборудование также можно автоматизировать с помощью механизма выполнения тестов, такого как TestStand компании NI . ^[3]

Иногда автоматическое создание тестовых шаблонов для разработки серии тестов используется .

Данные испытаний (STDF)

Многие платформы ATE, используемые в полупроводниковой промышленности, выводят данные в стандартном формате тестовых данных (STDF).

Диагностика

Автоматическая диагностика испытательного оборудования является частью теста ATE, определяющего неисправные компоненты. Тесты ATE выполняют две основные функции. Первый — проверить, правильно ли работает тестируемое устройство. Второй — когда ТУ работает неправильно, для диагностики причины. Диагностическая часть может быть самой сложной и дорогостоящей частью исследования. Для ATE типично сводить отказ к кластеру или группе неоднозначных компонентов. Одним из методов, помогающих уменьшить эти группы неоднозначности, является добавление тестирования анализа аналоговых сигнатур в систему ATE. Диагностике часто помогает использование летающих зондов .

Переключение испытательного оборудования

Добавление высокоскоростной системы переключения в конфигурацию тестовой системы позволяет проводить более быстрое и экономически эффективное тестирование нескольких устройств и предназначено для уменьшения как ошибок тестирования, так и затрат. Проектирование коммутационной конфигурации тестовой системы требует понимания коммутируемых сигналов и выполняемых тестов, а также доступных форм-факторов коммутационного оборудования.

Платформы испытательного оборудования

В настоящее время для настройки автоматизированных электронных контрольно-измерительных систем широко используются несколько модульных электронных измерительных платформ. Эти системы широко используются для входного контроля, обеспечения качества и производственных испытаний электронных устройств и узлов. Стандартные коммуникационные интерфейсы связывают источники сигналов с измерительными приборами в стоечных системах или системах на базе шасси/мэйнфреймов, часто под управлением специального программного приложения, работающего на внешнем ПК.

ГПИБ/IEEE-488

Интерфейсная шина общего назначения ( GPIB ) — это стандартный параллельный интерфейс IEEE-488 (стандарт, созданный Институтом инженеров по электротехнике и электронике ), используемый для подключения датчиков и программируемых инструментов к компьютеру. GPIB — это цифровой 8-битный параллельный интерфейс связи, способный обеспечить скорость передачи данных более 8 МБ/с. Он позволяет последовательно подключать до 14 приборов к системному контроллеру с помощью 24-контактного разъема. Это один из наиболее распространенных интерфейсов ввода-вывода, присутствующих в приборах, который разработан специально для приложений управления приборами. Спецификации IEEE-488 стандартизировали эту шину и определили ее электрические, механические и функциональные характеристики, а также определили ее основные правила связи программного обеспечения. GPIB лучше всего подходит для промышленных применений, где требуется надежное соединение для управления прибором.

Оригинальный стандарт GPIB был разработан в конце 1960-х годов компанией Hewlett-Packard для подключения и управления программируемыми приборами, производимыми компанией. Внедрение цифровых контроллеров и программируемого испытательного оборудования создало потребность в стандартном высокоскоростном интерфейсе для связи между приборами и контроллерами различных производителей. В 1975 году IEEE опубликовал стандарт ANSI/IEEE 488-1975 «Стандартный цифровой интерфейс IEEE для программируемых приборов», который содержал электрические, механические и функциональные характеристики интерфейсной системы. Впоследствии этот стандарт был пересмотрен в 1978 г. (IEEE-488.1) и 1990 г. (IEEE-488.2). Спецификация IEEE 488.2 включает Стандартные команды для программируемых приборов (SCPI), которые определяют конкретные команды, которым должен подчиняться каждый класс приборов. SCPI обеспечивает совместимость и возможность настройки этих инструментов.

Шина IEEE-488 уже давно пользуется популярностью, поскольку она проста в использовании и использует преимущества большого выбора программируемых инструментов и стимулов. Однако большие системы имеют следующие ограничения:

Емкость разветвления драйвера ограничивает систему до 14 устройств плюс контроллер.
Длина кабеля ограничивает расстояние между контроллером и устройством до двух метров на устройство или до 20 метров в целом, в зависимости от того, что меньше. Это создает проблемы передачи данных в системах, расположенных в помещении, или в системах, требующих удаленных измерений.
Первичные адреса ограничивают систему до 30 устройств с первичными адресами. Современные инструменты редко используют вторичные адреса, поэтому размер системы ограничен 30 устройствами. ^[4]

Расширения локальной сети для приборов (LXI)

Стандарт LXI определяет протоколы связи для приборов и систем сбора данных, использующих Ethernet. Эти системы основаны на небольших модульных приборах, использующих недорогую локальную сеть открытого стандарта (Ethernet). Приборы, совместимые с LXI, обладают преимуществами размера и интеграции модульных приборов без ограничений по стоимости и форм-фактору, присущих архитектурам карточных каркасов. Благодаря использованию связи Ethernet стандарт LXI обеспечивает гибкую компоновку, высокоскоростной ввод-вывод и стандартизированное использование подключения к локальной сети в широком спектре коммерческих, промышленных, аэрокосмических и военных приложений. Каждый LXI-совместимый прибор включает в себя драйвер сменного виртуального прибора (IVI) для упрощения связи с приборами, не поддерживающими LXI, поэтому LXI-совместимые устройства могут взаимодействовать с устройствами, которые сами не являются LXI-совместимыми (т. е. с приборами, использующими GPIB, VXI, PXI, и т. д.). Это упрощает создание и эксплуатацию гибридных конфигураций приборов.

В приборах LXI иногда используются сценарии с использованием встроенных процессоров тестовых сценариев для настройки приложений тестирования и измерений. Инструменты на основе сценариев обеспечивают архитектурную гибкость, повышенную производительность и снижение затрат для многих приложений. Сценарии расширяют преимущества инструментов LXI, а LXI предлагает функции, которые одновременно активируют и улучшают сценарии. Хотя текущие стандарты LXI для приборов не требуют, чтобы инструменты были программируемыми или реализовывали сценарии, некоторые функции спецификации LXI предусматривают программируемые инструменты и обеспечивают полезную функциональность, которая расширяет возможности написания сценариев на инструментах, совместимых с LXI. ^[5]

Расширения VME для приборов (VXI)

Архитектура шины VXI представляет собой открытую стандартную платформу для автоматизированного тестирования на базе VMEbus . Представленный в 1987 году, VXI использует все форм-факторы Eurocard и добавляет линии запуска, локальную шину и другие функции, подходящие для измерительных приложений. Системы VXI основаны на базовом блоке или шасси, имеющем до 13 слотов, в которые можно устанавливать различные инструментальные модули VXI. ^[6] Шасси также обеспечивает все требования к электропитанию и охлаждению шасси и содержащихся в нем инструментов. Шинные модули VXI обычно имеют 6U высоту .

Расширения PCI для приборов (PXI)

PXI — это периферийная шина, специализированная для систем сбора данных и управления в реальном времени. Представленный в 1997 году, PXI использует форм-факторы CompactPCI 3U и 6U и добавляет линии запуска, локальную шину и другие функции, подходящие для измерительных приложений. Спецификации аппаратного и программного обеспечения PXI разрабатываются и поддерживаются PXI Systems Alliance. ^[7] Более 50 производителей по всему миру производят оборудование PXI. ^[8]

Универсальная последовательная шина (USB)

USB подключает периферийные устройства, такие как клавиатуры и мыши, к ПК. USB — это шина Plug and Play , которая может обслуживать до 127 устройств на одном порту и имеет теоретическую максимальную пропускную способность 480 Мбит/с (высокоскоростной USB, определенный спецификацией USB 2.0). Поскольку порты USB являются стандартными функциями ПК, они являются естественным развитием традиционной технологии последовательного порта. Однако он не получил широкого распространения при создании промышленных испытательных и измерительных систем по ряду причин; например, USB-кабели не относятся к промышленному классу, чувствительны к шуму, могут случайно отсоединиться, а максимальное расстояние между контроллером и устройством составляет 30 м. Как и RS-232 , USB полезен для приложений в лабораторных условиях, которые не требуют надежного подключения к шине.

РС-232

RS-232 — это спецификация последовательной связи, популярная в аналитических и научных приборах, а также для управления периферийными устройствами, такими как принтеры. В отличие от GPIB, с интерфейсом RS-232 возможно подключение и управление одновременно только одним устройством. RS-232 также является относительно медленным интерфейсом с типичной скоростью передачи данных менее 20 КБ/с. RS-232 лучше всего подходит для лабораторных приложений, поскольку предполагает более медленное и менее надежное соединение. Работает от источника питания ±24 В.

Граничное сканирование

Граничное сканирование может быть реализовано как интерфейсная шина уровня печатной платы или системы с целью управления выводами микросхемы и облегчения тестов непрерывности (взаимосвязи) на тестовой цели (UUT), а также функциональных кластерных тестов на логических устройствах или группах. устройств. Его также можно использовать в качестве интерфейса управления для других приборов, которые могут быть встроены в сами микросхемы (см. IEEE 1687), или приборов, являющихся частью внешней управляемой испытательной системы.

Тестовые процессоры сценариев и шина расширения каналов

Одна из последних разработанных платформ тестовых систем использует приборы, оснащенные встроенными процессорами тестовых сценариев в сочетании с высокоскоростной шиной. При таком подходе один «главный» прибор запускает тестовый сценарий (небольшую программу), который управляет работой различных «ведомых» приборов в испытательной системе, с которыми он связан через высокоскоростную синхронизацию запуска по локальной сети и шина межблочной связи. Сценарии — это написание программ на языке сценариев для координации последовательности действий.

Этот подход оптимизирован для передачи небольших сообщений, характерных для приложений тестирования и измерений. Благодаря очень небольшим сетевым нагрузкам и скорости передачи данных 100 Мбит/с, в реальных приложениях он значительно быстрее, чем GPIB и 100BaseT Ethernet.

Преимущество этой платформы заключается в том, что все подключенные приборы ведут себя как одна тесно интегрированная многоканальная система, поэтому пользователи могут с минимальными затратами масштабировать свою испытательную систему в соответствии с требуемым количеством каналов. Система, сконфигурированная на платформе этого типа, может выступать автономно в качестве комплексного решения для измерений и автоматизации, при этом главный блок контролирует источники, измерения, решения о пройденном/неудачном тестировании, управление потоком последовательности испытаний, группирование, а также обработчик компонентов или щуп. Поддержка выделенных линий запуска означает, что синхронные операции между несколькими приборами, оснащенными встроенными процессорами тестовых сценариев, которые связаны этой высокоскоростной шиной, могут быть достигнуты без необходимости дополнительных соединений запуска. ^[9]

См. также

Электронное испытательное оборудование
ГПИБ / IEEE-488
Расширения локальной сети для приборов
М-модуль
PXI
Автоматизация тестирования (тестирование программного обеспечения)
Механизм выполнения тестов (программное обеспечение для тестирования)
VMEbus
VXI

Ссылки

^ Хосе Морейра, Хуберт Веркманн (2010). Руководство инженера по автоматизированному тестированию высокоскоростных интерфейсов . Артех Хаус . ISBN 9781607839842 . Проверено 12 октября 2015 г.
^ Марк Бейкер (3 июня 2003 г.). Демистификация методов тестирования смешанных сигналов . Эльзевир . ISBN 9780080491066 . Проверено 12 октября 2015 г.
^ «Что такое ТестСтенд?» . Национальные инструменты .
^ ИКС Электроника. Расширение шины GPIB . Дата обращения 29 декабря 2009 г.
^ Франклин, Пол и Тодд А. Хейс. LXI-соединение. Преимущества LXI и сценариев. Июль 2008 г. Проверено 5 января 2010 г.
^ Аппаратное обеспечение Механические компоненты Производители корпусов и корпусов VXI . Проверено 30 декабря 2009 г.
^ Альянс систем PXI. Технические характеристики . Проверено 30 декабря 2009 г.
^ Альянс систем PXI. Список участников. Архивировано 5 сентября 2010 г. на Wayback Machine. Проверено 30 декабря 2009 г.
^ Сигой, Дейл. Журнал НИОКР. Smart Instruments идет в ногу с меняющимися потребностями в области исследований и исследований ( по состоянию на 4 января 2009 г.).

Внешние ссылки

[1] Хосе Морейра, Хуберт Веркманн (2010). Руководство инженера по автоматизированному тестированию высокоскоростных интерфейсов . Артех Хаус . ISBN 9781607839842 . Проверено 12 октября 2015 г.

[2] Марк Бейкер (3 июня 2003 г.). Демистификация методов тестирования смешанных сигналов . Эльзевир . ISBN 9780080491066 . Проверено 12 октября 2015 г.

[3] «Что такое ТестСтенд?» . Национальные инструменты .

[4] ИКС Электроника. Расширение шины GPIB . Дата обращения 29 декабря 2009 г.

[5] Франклин, Пол и Тодд А. Хейс. LXI-соединение. Преимущества LXI и сценариев. Июль 2008 г. Проверено 5 января 2010 г.

[6] Аппаратное обеспечение Механические компоненты Производители корпусов и корпусов VXI . Проверено 30 декабря 2009 г.

[7] Альянс систем PXI. Технические характеристики . Проверено 30 декабря 2009 г.

[8] Альянс систем PXI. Список участников. Архивировано 5 сентября 2010 г. на Wayback Machine. Проверено 30 декабря 2009 г.

[9] Сигой, Дейл. Журнал НИОКР. Smart Instruments идет в ногу с меняющимися потребностями в области исследований и исследований ( по состоянию на 4 января 2009 г.).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]