图形测试:多工位模拟和混合信号器件并行测试效率的关键(第二部件)

工厂应用经理及首席技术专家，泰瑞达,Eagle 事业部：Jack Weimer

Pattern-Based 测试

高效多工位测试最重要的方面是没有软件介入硬件完成测试设置和测量的能力。一种方法是采用任意波形发生器(AWGs)和数字化仪(Digitizers)通过主时钟控制系统同步进行。这种架构可以使所有工位的测试资源同时工作(并行方式)。

正如第一部分所讨论的，模拟测试结果需要作质量上的评定，这要求更多的响应数据而不只是简单的pass/fail。这些测试结果常常是通过对多个数据点的运算得到。例如，采样点平均是一种常用的减少特定测试结果标准偏差的方法，而内插法常用于有关阈值查找的测量。

评定模拟测试结果仍然是复杂的；因此效率高的测试系统必须具有灵活应用广泛的数学函数处理测试响应数据的能力。在多工位执行中，高水平的测试效率是通过在每个测量源嵌入处理器进行本地并行运算来获得的。

图1 Pattern-Based 多工位测试方案

图1 描述了pattern-based 多工位测试方案的一般结构框图，每一工位有一套独立的资源，如V/I，AWGs，digitizers和数字管脚电子。这些资源通过共同的主时钟系统同步，使得每一工位可并行执行测试流程中相同的测试项，并且支持数字图形中的条件跳转，每工位独立。

图2 SmartPinRPattern-Based V/I

回顾一些模拟源的基本设计会有更多了解。图2 表示SmartPinRpattern-based 可编程电压/ 电流源(V/I)的功能结构框图。该图中，V/I 源是一个四象限源，能在很多个电压和电流量程内加两种极性的电压和/或电流，这扩大了V/I 源的灵活性和测试覆盖范围。

真正的pattern-based 测试要求没有软件介入，测试电压/电流的量程和模式可以on-the-fly 动态实时切换。使用基于AWG的方法，可以把一组变动的施加值存入测试源AWG的内存中。编写任意组合的波形，如一系列静态值，斜波，正弦波或其他复杂的波形，都是很简单的；由于AWG patterns 都是在时钟控制下运行,同样的波形就可以并行加到每一个测试工位。

另外一个提高测试效率的关键是能在图形中控制测量采样的开和关。在波形测量中，我们的源上有2个数字化仪，一个用来采集电压波形，一个用来采集电流波行。这样有助于测试工程师了解当前源的所有状态。单独的测试项目可能不需要两种波形，但对一组测试项目来说，电压和电流可能都要求测，这时两种波形就是必需的了。

在测试过程中，测试数据的移动往往花费宝贵的测试时间，因此将DSP 放到本地测量存储器是很重要的，将避免测试效率的重大损失。如果运算复杂的波形，使用本地DSP 将帮助更大。过去，阈值查找测试经常使用基于软件的逐次逼近法 (SAR)。这种方法对少工位测试节省时间可能是有效的。但是在如今越来越多工位测试的环境下，使用快速变化的斜波来完成查找测试常常会更加有效。每个测试工位都可使用各自本地DSP 同时查找测量数据，寻找特定的跳变点。

量程和施加模式On-the-Fly 动态实时切换

pattern-based 测试的奥妙之一是需要充分利用每个源所有范围的特点。对于没有基于硬件控制的测试系统，在测试过程中还需要软件介入来改变测量量程和测试模式。测试效率尤其在多工位测试系统中自然就很低。对于高效的pattern-based 测试，能够在硬件的控制下改变测试源的设定是必需的。

在模拟和混合信号器件测试中，有很多情况下需要在一个管脚上进行多个测试，量程会在很大范围内动态切换。例如，器件的电源脚(Vcc)在没有负载时消耗静态小电流，在有大负载时消耗大电流，而在待命模式下电流消耗几乎为零。这类测试往往跨越4个或更多量程。为了在同一个图形测试中测试这些电流，测试源必须能支持没有软件介入的电流量程切换。

图2 说明了在没有软件介入的情况下如何改变量程。在这个例子中，同一个任意波形发生器(AWG)的内存中，存储了要施加的波形数据，用来控制这个V/I 源的电压/电流模式还有其他硬件设定。这个SmartPin?的专利架构，作为V/I 源的使用，已被证实可以提高pattern-based 测试效率。它创新使用图形来控制测试源的施加模式(电压/电流)，电流量程，ADC 采样，ADC 测量增益设定，ADC 滤波器设定。硬件激励控制使V/I 源可以调整其设定和测量条件从而完成在一个连续测试图形中的多个测试项目的测试。

测试结果评定

当一个特定的Pattern-based 测试运行完成时，本地DSP 可以被用来并行地计算每个工位的每个子测试项目结果。然后这些测试结果被硬件收集用于界限检查和数据记录。这些需要软件介入，但是非常高效地提供了一个宽范围的编程灵活性，同时保持了高效率和极好的易用性。

软件支持

诚然，Pattern-based 测试在编程上与传统“设置-等待-测量”代码相比有点复杂。为此，专门的软件工具使编程尽可能的简单是很重要的。对于波形发生器，整合了量程和模式切换的编辑工具是必不可少的。显示工具需要表示模拟和数字激励以及捕获的波形之间的关系，允许测试工程师来查看每个测量区域的稳定性能。

图3 AWG Editor for Waveform Programming

图3 举例说明了简化Pattern-based 程序生成的软件工具类型。这个例子中，一个任意波形发生器(AWG)编辑器工具被用来产生一个LDO(低压差稳压器)V(in)引脚上的一系列测试条件。任意波形发生器被定制化来支持每类信号源的硬件特性，如量程切换，采样选通，及输出模式切换。测试序列(Sequence)被看作是激励波形分解到多个不同的区域。每个区域可以支持直流电平、斜坡、正弦波形，和/或者用户提供的波形。这个测试序列例举量程切换和选通测量采样。在该例子中，电源以10 mA 量程开始，变到100 mA 量程，然后以1A 量程完成Pattern。那些选通的采样区域用红色显示。示波器插图显示了出现在器件引脚上的实际信号。

任意波形发生器产生的数据组被自动地存储在用户的测试程序中。每个Pattern 有一个用户定义的名称，用于调入和选择。独立的Pattern 可以在整个测试程序重复使用和组合产生合成的混合信号测试序列，以图4为例。

图4 Mixed-Signal Viewer

一个完整的混合信号测试包含供给所有数字和模拟引脚类型的波形数据。混合波形查看器是一个操作起来更象多通道示波器的显示工具。该工具显示在适当时间背景下的设置和测量数据。在这个例子中，模拟、数字和主时钟信号都被显示出来。这类型的工具允许用户很容易地观察编程错误，并用来优化器件的稳定问题。该工具被设计用来记住每个Pattern-based 测试的设置条件，优化复用。混合信号查看器的附加性能还包括保存绘图到文件的能力，打印绘图到屏幕和存档绘图以便进一步参考，任何时候你想比较当前的性能相对原来的性能，它都是一个垂手可得的好资源。

在这三部分系列的最后，我们将介绍一个Pattern-based 多工位测试应用，含有一个简单LDO(低压差稳压器)的全部波形和测试时间，以阐述Pattern-based 测试在生产环境的能力。