Автоматическое испытательное оборудование - Automatic test equipment

Автоматическое испытательное оборудование или же автоматизированное испытательное оборудование (СЪЕЛ) - это любой аппарат, который выполняет тесты на устройстве, известный как тестируемое устройство (DUT), тестируемое оборудование (EUT) или тестируемое устройство (UUT), используя автоматизация для быстрого проведения измерений и оценки результатов испытаний. ATE может быть простым компьютерным управлением. цифровой мультиметр, или сложная система, содержащая десятки сложных тестовых инструментов (реальных или смоделированных электронное испытательное оборудование ) с возможностью автоматического тестирования и диагностики неисправностей в сложной электронной упакованные детали или на тестирование пластин, включая система на чипах и интегральные схемы.

Keithley Instruments серии 4200
Keithley Instruments Серия 4200 CVU

Где это используется

ATE широко используется в электронной промышленности для тестирования электронных компонентов и систем после изготовления. ATE также используется для тестирования авионика и электронные модули в автомобилях. Он используется в военных приложениях, таких как радары и беспроводная связь.

В полупроводниковой промышленности

Полупроводниковая ATE, названная в честь тестирования полупроводниковые приборы, может тестировать широкий спектр электронных устройств и систем, от простых компонентов (резисторы, конденсаторы, и индукторы ) к интегральные схемы (ИС), печатные платы (Печатные платы) и сложные, полностью собранные электронные системы. Для этого карты датчиков используются. Системы ATE предназначены для сокращения времени тестирования, необходимого для проверки того, что конкретное устройство работает, или для быстрого обнаружения его неисправностей до того, как часть сможет быть использована в конечном потребительском продукте. Снизить производственные затраты и улучшить урожай, полупроводниковые устройства должны быть испытаны после изготовления, чтобы предотвратить попадание дефектных устройств к потребителю.

Составные части

Полупроводниковая архитектура ATE состоит из главного контроллера (обычно компьютер ), который синхронизирует один или несколько источников и инструментов захвата (перечисленных ниже). Исторически сложилось так, что контроллеры или реле использовались системами ATE. Тестируемое устройство (DUT) физически подключено к ATE другой роботизированной машиной, называемой обработчиком или зонд и через настраиваемый интерфейсный тестовый адаптер (ITA) или «приспособление», которое адаптирует ресурсы ATE к DUT.

Промышленный ПК

В промышленный ПК это не что иное, как обычный настольный компьютер, упакованный в стандартную 19-дюймовую стойку с достаточным количеством слотов PCI / PCIe для размещения карт стимуляторов / датчиков сигнала. Он играет роль контроллера в ATE. На этом ПК осуществляется разработка тестовых приложений и хранение результатов. Большинство современных полупроводниковых автоматических преобразователей частоты включают в себя несколько приборов с компьютерным управлением для получения или измерения широкого диапазона параметров. Инструменты могут включать блоки питания устройств (DPS),[1][2] параметрические единицы измерения (PMU), генераторы сигналов произвольной формы (AWG), дигитайзеры, цифровые входы-выходы и вспомогательные источники питания. Инструменты выполняют различные измерения на тестируемом устройстве, и инструменты синхронизируются таким образом, что они генерируют и измеряют формы сигналов в нужное время. Основываясь на требовании времени отклика, системы реального времени также рассматриваются для стимуляции и захвата сигнала.

Массовое соединение

В массовое соединение представляет собой соединительный интерфейс между тестовыми приборами (PXI, VXI, LXI, GPIB, SCXI и PCI) и тестируемыми устройствами / блоками (D / UUT). Эта секция действует как узловая точка для входящих / исходящих сигналов между ATE и D / UUT.

Пример: простое измерение напряжения

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

Требования к параметрам тестирования и время тестирования

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

Но тестирование устройства по всем параметрам может потребоваться, а может и не потребоваться, в зависимости от функциональности устройства и конечного пользователя. Например, если устройство находит применение в медицинских или спасательных продуктах, многие его параметры должны быть проверены, а некоторые параметры должны быть гарантированы. Но выбор параметров для тестирования - сложное решение, основанное на соотношении стоимости и стоимости. урожай. Если устройство представляет собой сложное цифровое устройство с тысячами вентилей, то необходимо рассчитать покрытие тестовых ошибок. Здесь снова решение является сложным, основанным на экономических показателях тестирования, основанных на частоте, количестве и типе входов / выходов в устройстве и приложении конечного использования ...

Обработчик или пробник и адаптер для тестирования устройства

ATE может использоваться на комплектных деталях (типичная микросхема) или непосредственно на Кремниевая пластина. Упакованные детали используют манипулятор для размещения устройства на настраиваемой интерфейсной плате, тогда как кремниевые пластины тестируются непосредственно с помощью высокоточных датчиков. Системы ATE взаимодействуют с обработчиком или зондом для тестирования DUT.

Комплектная деталь ATE с манипуляторами

Системы ATE обычно взаимодействуют с автоматическим средством размещения, называемым «обработчиком», который физически помещает тестируемое устройство (DUT) на адаптер для тестирования интерфейса (ITA), чтобы оборудование могло его измерить. Также может быть интерфейсный тестовый адаптер (ITA), устройство, которое просто устанавливает электронные соединения между ATE и тестируемым устройством (также называемым тестируемым устройством или UUT), но также оно может содержать дополнительную схему для адаптации сигналов между ATE. и DUT и имеет физические возможности для установки DUT. Наконец, разъем используется для соединения между ITA и DUT. Розетки должны выдерживать строгие требования производственного цеха, поэтому их обычно часто меняют.

Схема простого электрического интерфейса: ATE → ITA → DUT (упаковка) ← Handler

Кремниевая пластина ATE с зондами

ATE на основе пластин обычно используют устройство, называемое Prober который перемещается по кремниевой пластине для тестирования устройства.

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

Мульти-сайт

Один из способов сократить время тестирования - протестировать сразу несколько устройств. Системы ATE теперь могут поддерживать наличие нескольких «сайтов», где ресурсы ATE совместно используются каждым сайтом. Некоторые ресурсы могут использоваться параллельно, другие должны быть сериализованы для каждого DUT.

Программирование ATE

Компьютер ATE использует современные компьютерные языки (например, C, C ++, Ява, Python, LabVIEW или же Болтовня ) с дополнительными инструкциями для управления оборудованием ATE через стандартные и проприетарные интерфейсы прикладного программирования (API). Также существуют специальные компьютерные языки, например Сокращенный тестовый язык для всех систем (АТЛАС). Автоматическое испытательное оборудование также можно автоматизировать с помощью механизм выполнения теста Такие как Национальные инструменты 'TestStand.[3]

Иногда автоматическая генерация тестовой таблицы используется для помощи в разработке серии тестов.

Данные испытаний (STDF)

Многие платформы ATE, используемые в полупроводниковой промышленности, выводят данные с использованием Стандартный формат тестовых данных (STDF)

Диагностика

Автоматическая диагностика тестового оборудования является частью теста ATE, который определяет неисправные компоненты. Тесты ATE выполняют две основные функции. Первый - проверить, правильно ли работает тестируемое устройство. Второй - когда тестируемое устройство работает неправильно, чтобы диагностировать причину. Диагностическая часть может быть самой сложной и дорогостоящей частью теста. Для ATE типично сводить отказ к кластеру или неоднозначной группе компонентов. Один из способов уменьшить эти группы неоднозначности - это добавление анализ аналоговой сигнатуры тестирование системы ATE. В диагностике часто помогает использование летающий зонд тестирование.

Переключение испытательного оборудования

Добавление высокоскоростного система коммутации к конфигурации тестовой системы позволяет проводить более быстрое и рентабельное тестирование нескольких устройств, а также снижает как ошибки тестирования, так и затраты. Проектирование коммутационной конфигурации тестовой системы требует понимания коммутируемых сигналов и выполняемых тестов, а также доступных форм-факторов коммутационного оборудования.

Платформы испытательного оборудования

Несколько модульных платформ электронного оборудования в настоящее время широко используются для конфигурирования автоматизированных электронных систем тестирования и измерения. Эти системы широко используются для входного контроля, обеспечения качества и производственных испытаний электронных устройств и узлов. Стандартные в отрасли коммуникационные интерфейсы связывают источники сигналов с измерительными приборами в "стеллаж »или системы на базе шасси / мэйнфрейма, часто под управлением специального программного приложения, работающего на внешнем ПК.

GPIB / IEEE-488

Шина интерфейса общего назначения (GPIB ) - это IEEE-488 (стандарт, созданный Институт инженеров по электротехнике и электронике ) стандартный параллельный интерфейс, используемый для подключения датчиков и программируемых приборов к компьютеру. GPIB - это цифровой 8-битный параллельный интерфейс связи, способный обеспечивать скорость передачи данных более 8 Мбайт / с. Он позволяет последовательно подключать до 14 приборов к системному контроллеру с помощью 24-контактного разъема. Это один из наиболее распространенных интерфейсов ввода / вывода, имеющихся в приборах, и он 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 приложений в промышленных условиях, где требуется надежное соединение для управления прибором.

Первоначальный стандарт GPIB был разработан в конце 1960-х годов Hewlett-Packard для подключения и управления программируемыми приборами, производимыми компанией. С появлением цифровых контроллеров и программируемого испытательного оборудования возникла 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 системы сопряжения. 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 программируемого инструментария (SCPI), которые определяют конкретные команды, которым должен подчиняться каждый класс инструментов. SCPI обеспечивает совместимость и настраиваемость этих инструментов.

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

  • Разветвление драйвера емкость ограничивает систему до 14 устройств плюс контроллер.
  • Длина кабеля ограничивает расстояние между контроллером и устройством двумя метрами на устройство или 20 метрами, в зависимости от того, что меньше. Это создает проблемы с передачей в системах, расположенных в помещении, или в системах, требующих удаленных измерений.
  • Первичные адреса ограничьте систему до 30 устройств с первичными адресами. Современные приборы редко используют вторичные адреса, поэтому размер системы ограничен 30 устройствами.[4]

Расширения LAN для КИП (LXI)

В LXI Стандарт определяет протоколы связи для систем КИПиА и сбора данных с использованием Ethernet. Эти системы основаны на небольших модульных приборах, использующих недорогую локальную сеть открытого стандарта (Ethernet). LXI-совместимые инструменты предлагают размер и преимущества модульной интеграции без ограничений по стоимости и форм-фактору, характерным для архитектур каркасных плат. 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 инструмент включает драйвер взаимозаменяемого виртуального инструмента (IVI) для упрощения связи с инструментами, отличными от LXI, поэтому LXI-совместимые устройства могут связываться с устройствами, которые сами не совместимы с LXI (т. Е. С инструментами, которые используют GPIB, VXI, PXI, так далее.). Это упрощает создание и эксплуатацию гибридных конфигураций приборов.

В инструментах LXI иногда используются сценарии с использованием встроенных процессоров сценариев тестирования для настройки приложений тестирования и измерения. Инструменты на основе сценариев обеспечивают архитектурную гибкость, улучшенную производительность и меньшую стоимость для многих приложений. Создание сценариев расширяет возможности инструментов LXI, а LXI предлагает функции, которые позволяют создавать сценарии и улучшать их. Хотя текущие стандарты LXI для инструментовки не требуют, чтобы инструменты были программируемыми или реализовывали сценарии, некоторые функции в спецификации LXI предполагают программируемые инструменты и предоставляют полезные функции, которые расширяют возможности создания сценариев на LXI-совместимых инструментах.[5]

Расширения VME для КИП (VXI)

В VXI Архитектура шины - это открытая стандартная платформа для автоматизированного тестирования на основе 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 мэйнфрейме или шасси с 13 слотами, в которые могут быть установлены различные инструментальные модули VXI.[6] Шасси также обеспечивает все требования к источнику питания и охлаждению для шасси и инструментов, которые оно содержит. Модули шины VXI обычно 6U в высоту.

Расширения PCI для инструментовки (PXI)

PXI периферийная шина, специализированная для систем сбора данных и управления в реальном времени. Представленный в 1997 году, PXI использует CompactPCI 3U и 6U форм-факторов и добавляет линии запуска, локальную шину и другие функции, подходящие для измерительных приложений. Спецификации оборудования 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)

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

RS-232

RS-232 - это спецификация для последовательной связи, которая популярна в аналитических и научных приборах, а также для управления периферийными устройствами, такими как принтеры. В отличие от GPIB, с интерфейсом RS-232 можно одновременно подключать и управлять только одним устройством. RS-232 также является относительно медленным интерфейсом с типичной скоростью передачи данных менее 20 кбайт / с. RS-232 лучше всего подходит для лабораторных приложений, совместимых с более медленным и менее надежным соединением. Работает от источника питания ± 24 Вольт.

JTAG / граничное сканирование IEEE Std 1149.1

JTAG / Boundary-scan может быть реализован как интерфейсная шина на уровне печатной платы или на уровне системы с целью управления выводами ИС и облегчения испытаний целостности (взаимосвязи) на тестовой цели (UUT), а также функциональных кластерных тестов на логике устройства или группы устройств. Его также можно использовать в качестве управляющего интерфейса для других приборов, которые могут быть встроены в сами ИС (см. IEEE 1687), или приборов, которые являются частью внешней управляемой тестовой системы.

Процессоры тестовых скриптов и шина расширения каналов

Одна из самых последних разработанных платформ тестовых систем использует контрольно-измерительные приборы, оснащенные встроенными процессорами сценариев тестирования, объединенными с высокоскоростной шиной. В этом подходе один «главный» инструмент запускает тестовый сценарий (небольшую программу), который управляет работой различных «подчиненных» инструментов в тестовой системе, с которой он связан через высокоскоростную синхронизацию запуска по локальной сети и межблочная коммуникационная шина. Сценарии - это написание программ на языке сценариев для координации последовательности действий.

Этот подход оптимизирован для передачи небольших сообщений, характерных для приложений тестирования и измерения. Благодаря очень небольшим накладным расходам сети 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 работают как одна тесно интегрированная многоканальная система, поэтому пользователи могут масштабировать свою испытательную систему в соответствии с требуемым количеством каналов с минимальными затратами. Система, сконфигурированная на платформе этого типа, может выступать автономно как законченное решение для измерения и автоматизации, при этом главный блок управляет поиском источников, измерениями, принятием решений о прохождении / отказе, управлением потоком последовательности испытаний, биннингом, а также обработчиком или испытателем компонентов. Поддержка выделенных линий запуска означает, что синхронные операции между несколькими приборами, оснащенными встроенными процессорами сценариев тестирования, которые связаны этой высокоскоростной шиной, могут быть достигнуты без необходимости дополнительных подключений запуска.[9]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Хосе Морейра, Хуберт Веркманн (2010). Руководство инженера по автоматизированному тестированию высокоскоростных интерфейсов. Артек Хаус. ISBN  9781607839842. Получено 2015-10-12.
  2. ^ Марк Бейкер (3 июня 2003 г.). Демистификация методов тестирования смешанных сигналов. Эльзевир. ISBN  9780080491066. Получено 2015-10-12.
  3. ^ "Что такое TestStand?". Национальные инструменты.
  4. ^ ICS Electronics. Расширение шины GPIB Проверено 29 декабря 2009 года.
  5. ^ Франклин, Пол и Тодд А. Хейз. 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 года.
  7. ^ Альянс PXI Systems. Характеристики. Проверено 30 декабря 2009 года.
  8. ^ Альянс PXI Systems. Состав участников В архиве 2010-09-05 на Wayback Machine Проверено 30 декабря 2009 года.
  9. ^ Цигой, Дейл. Журнал R&D.Умные инструменты идут в ногу с изменяющимися потребностями RD Проверено 4 января 2009 года.

внешняя ссылка