Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Автоматическое испытательное оборудование или автоматизированное испытательное оборудование ( ATE ) - это любое устройство, которое выполняет испытания устройства, известного как тестируемое устройство (DUT), тестируемое оборудование (EUT) или тестируемое устройство (UUT), используя автоматизацию для быстрого выполнения измерений. и оцените результаты теста. ATE может быть простым цифровым мультиметром с компьютерным управлением или сложной системой, содержащей десятки сложных испытательных приборов (реальное или смоделированное электронное испытательное оборудование ), способных автоматически проверять и диагностировать неисправности в сложных электронных компонентах или при испытании пластин , включая систему на чипсыи интегральные схемы .

Keithley Instruments серии 4200
Keithley Instruments Series 4200 CVU

Где это используется [ править ]

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

В полупроводниковой промышленности [ править ]

Полупроводниковая 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 (IC), печатных плат (PCB) и сложных, полностью собранных электронные системы. Для этого используются пробные карты . 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. Для снижения производственных затрат и повышения доходности, полупроводниковые устройства должны быть проверены после изготовления, чтобы предотвратить попадание дефектных устройств к потребителю.

Компоненты [ править ]

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

Промышленный ПК [ править ]

Промышленный ПК не что иное , как обычный настольный компьютер упакован в 19-дюймовых стойках стандартов с достаточным количеством слотов PCI / PCIe для размещения стимулятора сигнала / считывания карт. Он берет на себя 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]блоки параметрических измерений (PMU), генераторы сигналов произвольной формы (AWG), дигитайзеры, цифровые входы-выходы и вспомогательные источники питания. Приборы выполняют различные измерения на тестируемом устройстве, и приборы 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 [ править ]

Масса межсоединения представляют собой интерфейс разъема между измерительными инструментами (PXI, VXI, LXI, GPIB, SCXI, & PCI) и устройствами / блоками под испытанием (D / UUT). Эта секция действует как узловая точка для сигналов, входящих / исходящих между ATE и D / UUT.

Пример: простое измерение напряжения [ править ]

Например, для измерения напряжения 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, могут 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 [ править ]

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 из его параметров должны быть проверены, а некоторые параметры должны быть гарантированы. Но выбор параметров для тестирования - сложное решение, основанное на соотношении затрат и урожайности . Если устройство представляет собой сложное цифровое устройство с тысячами вентилей, 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 [ править ]

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

Упакованная часть ATE с обработчиками [ править ]

Системы ATE обычно взаимодействуют с автоматизированным инструментом размещения, называемым «обработчиком», который физически помещает тестируемое устройство (DUT) на интерфейсный тестовый адаптер (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, для соединения ITA и DUT используется сокет . Розетки должны выдерживать строгие требования производственного цеха, поэтому их обычно часто меняют.

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

Кремниевая пластина ATE с пробниками [ править ]

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

Схема простого электрического интерфейса: ATE → Prober → Wafer (DUT)

Многосайтовый [ править ]

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 [ править ]

Компьютер ATE использует современные компьютерные языки (например, C , C ++ , Java , Python , LabVIEW или Smalltalk ) с дополнительными операторами для управления оборудованием ATE через стандартные и проприетарные интерфейсы прикладного программирования (API). Также существует несколько специализированных компьютерных языков, например, сокращенный тестовый язык для всех систем (ATLAS). Автоматическое тестовое оборудование также может быть автоматизировано с помощью выполнения испытаний двигателя , таких как NI TestStand «s. [3]

Иногда для разработки серии тестов используется автоматическое создание тестовой таблицы .

Данные испытаний (STDF) [ править ]

Многие платформы ATE, используемые в полупроводниковой промышленности, выводят данные с использованием стандартного формата тестовых данных (STDF).

Диагностика [ править ]

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 некорректно, чтобы диагностировать причину. Диагностическая часть может быть самой сложной и дорогостоящей частью теста. Для ATE типично сводить отказ к кластеру или неоднозначной группе компонентов. Одним из методов, помогающих уменьшить эти группы неоднозначности, является добавление тестирования анализа аналоговой сигнатуры к системе ATE. В диагностике часто используется испытание летающим зондом .

Переключение тестового оборудования [ править ]

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

Платформы испытательного оборудования [ править ]

Несколько модульных платформ электронного оборудования в настоящее время широко используются для конфигурирования автоматизированных электронных испытательных и измерительных систем. Эти системы широко используются для входного контроля, контроля качества и производственных испытаний электронных устройств и узлов. Стандартные в отрасли коммуникационные интерфейсы связывают источники сигналов с измерительными приборами в системах типа « стойка и стек » или шасси / мэйнфрейм, часто под управлением специального программного приложения, работающего на внешнем ПК.

GPIB / IEEE-488 [ править ]

Интерфейсная шина общего назначения ( GPIB ) - это IEEE-488 (стандарт, созданный Институтом 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 подключать до 14 приборов к системному контроллеру с помощью 24-контактного разъема. Это один из наиболее распространенных интерфейсов ввода / вывода, присутствующих 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 приборами.

Первоначальный стандарт GPIB был разработан в конце 1960-х годов компанией 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 большой выбор 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 зависимости от того, что меньше. Это создает проблемы с передачей 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 это ограничивает размер системы 30 устройствами. [4]

Расширения LAN для измерительных приборов (LXI) [ править ]

LXIСтандарт определяет протоколы связи для систем КИПиА и сбора данных, использующих 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 обмениваться данными с устройствами, которые сами не LXI-совместимы (т. Е.инструменты, использующие GPIB, VXI, PXI и т. д.). 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 преимущества 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 наличие программируемых инструментов и предоставляют полезные функции, которые расширяют возможности создания сценариев на LXI-совместимых инструментах. [5]

VME eXtensions for Instrumentation (VXI) [ править ]

VXI шинная архитектура является открытой стандартной платформой 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 имеют высоту 6U .

Расширения PCI для инструментовки (PXI) [ править ]

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) [ править ]

USB соединяет периферийные устройства, такие как клавиатуры и мыши, к ПК. USB - это шина Plug and Play, которая может обрабатывать до 127 устройств на одном порту и имеет теоретическую максимальную пропускную способность 480 Мбит / с (высокоскоростной USB определяется спецификацией 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. Как RS-232, USB полезен для приложений в лабораторных условиях, не требующих надежного подключения к шине.

RS-232 [ править ]

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 / Boundary-scan IEEE Std 1149.1 [ править ]

JTAG / Boundary-scan может быть реализован как интерфейсная шина на уровне печатной платы или на уровне системы с целью управления выводами ИС и облегчения тестов целостности (межсоединения) 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 сценариев и шина расширения каналов [ править ]

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 он значительно быстрее, чем GPIB и 100BaseT Ethernet в реальных приложениях.

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 быть автономной 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]

См. Также [ править ]

  • Электронное испытательное оборудование
  • GPIB / IEEE-488
  • Расширения LAN для КИПиА
  • М-модуль
  • PXI
  • Автоматизация тестирования (тестирование программного обеспечения)
  • Механизм выполнения тестов (программное обеспечение для тестирования)
  • VMEbus
  • VXI

Ссылки [ править ]

  1. ^ Хосе Морейра, Хуберт Веркманн (2010). Руководство инженера по автоматизированному тестированию высокоскоростных интерфейсов . Артек Хаус . ISBN 9781607839842. Проверено 12 октября 2015 .
  2. ↑ Марк Бейкер (3 июня 2003 г.). Демистификация методов тестирования смешанных сигналов . Эльзевир . ISBN 9780080491066. Проверено 12 октября 2015 .
  3. ^ "Что такое TestStand?" . Национальные инструменты .
  4. ^ ICS Electronics. Расширение шины GPIB Проверено 29 декабря 2009 г.
  5. ^ Франклин, Пол и Тодд А. Хейз. LXI соединение. Преимущества LXI и сценариев. Июль 2008 г. Проверено 5 января 2010 г.
  6. ^ Аппаратные и механические компоненты Производители корпусов и корпусов VXI . Проверено 30 декабря 2009 года.
  7. ^ Альянс систем PXI. Технические характеристики . Проверено 30 декабря 2009 года.
  8. ^ Альянс систем PXI. Список участников, заархивированный 5 сентября 2010 г.на Wayback Machine, получен 30 декабря 2009 г.
  9. ^ Cigoy, Дейл. Журнал R&D. Smart Instruments идут в ногу с изменяющимися потребностями RD, получено 4 января 2009 г.

Внешние ссылки [ править ]

  • Системная интеграция тестовой системы с открытой архитектурой , Юхай Ма, Advantest America Inc. (июль 2006 г.)
  • Основы автоматического тестирования ATE .
  • Влияние потерь в кабеле - примечания по применению определяют и подробно описывают источники потерь в кабеле в системах автоматических тестеров (ATE).
  • GPIB 101A Tutorial About the GPIB Bus ICS Electronics (получено 29 декабря 2009 г.).
  • Список книг, посвященных автоматическим тестовым системам и приложениям (получено 20 июля 2011 г.).