Automatisk testutrustning

Automatisk testutrustning eller automatiserad testutrustning ( ATE ) är varje apparat som utför tester på en enhet, känd som enheten under test (DUT), utrustning under test (EUT) eller enhet under test (UUT), med hjälp av automation för att snabbt utföra mätningar och utvärdera testresultaten. En ATE kan vara en enkel datorstyrd digital multimeter eller ett komplicerat system som innehåller dussintals komplexa testinstrument (verklig eller simulerad elektronisk testutrustning ) som automatiskt kan testa och diagnostisera fel i sofistikerade elektroniska förpackade delar eller vid testning av skivor , inklusive system på chips och integrerade kretsar .

Keithley Instruments Series 4200
Keithley Instruments Series 4200 CVU

Där den används

ATE används ofta inom den elektroniska tillverkningsindustrin för att testa elektroniska komponenter och system efter att de har tillverkats. ATE används också för att testa flygelektronik och de elektroniska modulerna i bilar. Det används i militära applikationer som radar och trådlös kommunikation.

Inom halvledarindustrin

Halvledare ATE, uppkallad för att testa halvledarenheter , kan testa ett brett utbud av elektroniska enheter och system, från enkla komponenter ( motstånd , kondensatorer och induktorer ) till integrerade kretsar (IC), kretskort (PCB) och komplexa, helt sammansatta elektroniska system. För detta ändamål används sondkort . ATE-system är designade för att minska mängden testtid som behövs för att verifiera att en viss enhet fungerar eller för att snabbt hitta dess fel innan delen har en chans att användas i en slutkonsumentprodukt. För att minska tillverkningskostnaderna och förbättra utbytet bör halvledarenheter testas efter att de tillverkats för att förhindra att defekta enheter hamnar hos konsumenten.

Komponenter

Halvledar-ATE-arkitekturen består av huvudkontroller (vanligtvis en dator ) som synkroniserar en eller flera käll- och infångningsinstrument (listade nedan). Historiskt har specialdesignade styrenheter eller reläer använts av ATE-system. Enheten under test (DUT) är fysiskt ansluten till ATE av en annan robotmaskin som kallas en hanterare eller prober och genom en anpassad Interface Test Adapter (ITA) eller "fixtur" som anpassar ATE:s resurser till DUT.

Industriell PC

Den industriella PC:n är en vanlig stationär dator förpackad i 19-tums rackstandarder med tillräckliga PCI/PCIe-platser för att rymma signalstimulator/avkänningskort. Detta tar upp rollen som en kontrollant i ATE. Utveckling av testapplikationer och resultatlagring hanteras i denna PC. De flesta moderna halvledar-ATE inkluderar flera datorstyrda instrument för att hämta eller mäta ett brett spektrum av parametrar. Instrumenten kan inkludera enhetsströmförsörjning (DPS), parametriska mätenheter (PMU), godtyckliga vågformsgeneratorer (AWG), digitaliserare, digitala IO och verktyg. Instrumenten utför olika mätningar på DUT, och instrumenten är synkroniserade så att de genererar och mäter vågformer vid rätt tidpunkter. Baserat på kravet på svarstid övervägs även realtidssystem för stimulering och signalfångning.

Masssammankoppling

Massinterconnect är ett kontaktgränssnitt mellan testinstrument (PXI, VXI, LXI, GPIB, SCXI och PCI) och enheter/enheter som testas (D/UUT) . Denna sektion fungerar som en nodalpunkt för signaler som går in/ut mellan ATE och D/UUT.

Exempel: Enkel spänningsmätning

Till exempel, för att mäta en spänning för en viss halvledarenhet, mäter Digital Signal Processing (DSP)-instrumenten i ATE spänningen direkt och skickar resultaten till en dator för signalbehandling, där det önskade värdet beräknas. Det här exemplet visar att konventionella instrument, som en amperemeter , kanske inte kan användas i många ATEs på grund av det begränsade antalet mätningar som instrumentet kan göra och den tid det skulle ta att använda instrumenten för att göra mätningen. En viktig fördel med att använda DSP för att mäta parametrarna är tiden. Om vi ​​måste beräkna toppspänningen för en elektrisk signal och andra parametrar för signalen, måste vi använda ett toppdetektorinstrument såväl som andra instrument för att testa de andra parametrarna. Om DSP-baserade instrument används görs dock ett sampel av signalen och de andra parametrarna kan beräknas från den enda mätningen.

Testparameterkrav kontra testtid

Alla enheter testas inte lika. Testning ökar kostnader, så lågkostnadskomponenter testas sällan fullständigt, medan medicinska eller högkostnadskomponenter (där tillförlitlighet är viktig) ofta testas.

Men att testa enheten för alla parametrar kanske eller kanske inte krävs beroende på enhetens funktionalitet och slutanvändare. Till exempel, om enheten finner användning i medicinska eller livräddande produkter måste många av dess parametrar testas, och några av parametrarna måste garanteras. Men att besluta om parametrarna som ska testas är ett komplext beslut baserat på kostnad kontra avkastning. Om enheten är en komplex digital enhet, med tusentals grindar, måste testfeltäckningen beräknas. Även här är beslutet komplext baserat på testekonomi, baserat på frekvens, antal och typ av I/O i enheten och slutanvändningsapplikationen...

Hanterare eller prober och enhetstestadapter

ATE kan användas på förpackade delar (typiskt IC-chip) eller direkt på silikonskivan . Förpackade delar använder en hanterare för att placera enheten på ett anpassat gränssnittskort, medan kiselwafers testas direkt med högprecisionssonder. ATE-systemen interagerar med hanteraren eller proberen för att testa DUT.

Förpackad del ATE med hanterare

ATE-system har vanligtvis ett gränssnitt med ett automatiserat placeringsverktyg, kallat "hanterare", som fysiskt placerar enheten under test (DUT) på en gränssnittstestadapter (ITA) så att den kan mätas av utrustningen. Det kan också finnas en Interface Test Adapter (ITA), en enhet som bara gör elektroniska anslutningar mellan ATE och Device Under Test (även kallad Unit Under Test eller UUT), men den kan också innehålla en extra krets för att anpassa signaler mellan ATE och DUT och har fysiska faciliteter för att montera DUT. Slutligen används ett uttag för att överbrygga förbindelsen mellan ITA och DUT. Ett uttag måste överleva de rigorösa kraven på ett produktionsgolv, så de byts vanligtvis ut ofta.

Enkelt elektriskt gränssnittsdiagram: ATE → ITA → DUT (paket) ← Hanterare

Silikonwafer ATE med prober

Wafer-baserade ATEs använder vanligtvis en enhet som kallas en prober som rör sig över en kiselwafer för att testa enheten.

Enkelt elektriskt gränssnittsdiagram: ATE → Prober → Wafer (DUT)

Multi-site

Ett sätt att förbättra testtiden är att testa flera enheter samtidigt. ATE-system kan nu stödja att ha flera "sajter" där ATE-resurserna delas av varje plats. Vissa resurser kan användas parallellt, andra måste serialiseras till varje DUT.

Programmera ATE

ATE-datorn använder moderna datorspråk (som C , C++ , Java , Python , LabVIEW eller Smalltalk ) med ytterligare uttalanden för att styra ATE-utrustningen genom standard- och proprietära applikationsprogrammeringsgränssnitt (API). Det finns också några dedikerade datorspråk, som ATLAS ( Atlas Test Language for All Systems) . Automatisk testutrustning kan också automatiseras med hjälp av en testexekveringsmotor såsom NI :s TestStand.

Ibland används automatisk generering av testmönster för att hjälpa till att utforma testserien.

Testdata (STDF)

Många ATE-plattformar som används i halvledarindustrin matar ut data med standardtestdataformat (STDF)

Diagnostik

Automatisk testutrustningsdiagnostik är den del av ett ATE-test som fastställer de felaktiga komponenterna. ATE-tester utför två grundläggande funktioner. Det första är att testa om enheten som testas fungerar korrekt eller inte. Den andra är när DUT inte fungerar korrekt, för att diagnostisera orsaken. Den diagnostiska delen kan vara den svåraste och mest kostsamma delen av testet. Det är typiskt för ATE att reducera ett fel till ett kluster eller en tvetydighetsgrupp av komponenter. En metod för att minska dessa oklarhetsgrupper är tillägget av analog signaturanalystestning till ATE-systemet. Diagnostik är ofta hjälpt med hjälp av flygande sondtestning .

Testa utrustningsväxling

Tillägget av ett höghastighetsväxlingssystem till ett testsystems konfiguration möjliggör snabbare, mer kostnadseffektiv testning av flera enheter och är utformad för att minska både testfel och kostnader. Att designa ett testsystems kopplingskonfiguration kräver en förståelse för signalerna som ska växlas och testerna som ska utföras, såväl som de kopplingshårdvaruformfaktorer som finns tillgängliga.

Testa utrustningsplattformar

Flera modulära elektroniska instrumenteringsplattformar används för närvarande för att konfigurera automatiserade elektroniska test- och mätsystem. Dessa system används i stor utsträckning för inkommande inspektion, kvalitetssäkring och produktionstestning av elektroniska enheter och underenheter. Branschstandardkommunikationsgränssnitt länkar signalkällor med mätinstrument i " rack-and-stack " eller chassi-/stordatorbaserade system, ofta under kontroll av en anpassad mjukvaruapplikation som körs på en extern PC.

GPIB/IEEE-488

General Purpose Interface Bus ( GPIB ) är ett IEEE-488 (en standard skapad av Institute of Electrical and Electronics Engineers ) standard parallellt gränssnitt som används för att fästa sensorer och programmerbara instrument till en dator. GPIB är ett digitalt 8-bitars parallellkommunikationsgränssnitt som kan åstadkomma dataöverföringar på mer än 8 Mbyte/s. Det möjliggör seriekoppling av upp till 14 instrument till en systemkontroller med en 24-stiftskontakt. Det är ett av de vanligaste I/O-gränssnitten som finns i instrument och är designat specifikt för instrumentstyrningsapplikationer. IEEE-488-specifikationerna standardiserade denna buss och definierade dess elektriska, mekaniska och funktionella specifikationer, samtidigt som de definierade dess grundläggande programvarukommunikationsregler. GPIB fungerar bäst för tillämpningar i industriella miljöer som kräver en robust anslutning för instrumentkontroll.

Den ursprungliga GPIB-standarden utvecklades i slutet av 1960-talet av Hewlett-Packard för att ansluta och styra de programmerbara instrument som företaget tillverkade. Introduktionen av digitala styrenheter och programmerbar testutrustning skapade ett behov av ett standard, höghastighetsgränssnitt för kommunikation mellan instrument och styrenheter från olika leverantörer. 1975 publicerade IEEE ANSI/IEEE Standard 488-1975, IEEE Standard Digital Interface for Programmable Instrumentation, som innehöll de elektriska, mekaniska och funktionella specifikationerna för ett gränssnittssystem. Denna standard reviderades sedan 1978 (IEEE-488.1) och 1990 (IEEE-488.2). IEEE 488.2-specifikationen inkluderar standardkommandon för programmerbar instrumentering (SCPI), som definierar specifika kommandon som varje instrumentklass måste följa. SCPI säkerställer kompatibilitet och konfigurerbarhet mellan dessa instrument.

IEEE-488-bussen har länge varit populär eftersom den är enkel att använda och drar fördel av ett stort urval av programmerbara instrument och stimuli. Stora system har dock följande begränsningar:

  • Drivrutins fanout- kapacitet begränsar systemet till 14 enheter plus en kontroller.
  • Kabellängden begränsar avståndet mellan styrenhet och enhet till två meter per enhet eller totalt 20 meter, beroende på vilket som är mindre. Detta medför överföringsproblem på system utspridda i ett rum eller på system som kräver fjärrmätning.
  • Primära adresser begränsar systemet till 30 enheter med primära adresser. Moderna instrument använder sällan sekundära adresser så detta sätter en gräns på 30 enheter för systemstorleken.

LAN-extensions for Instrumentation (LXI)

LXI - standarden definierar kommunikationsprotokollen för instrumentering och datainsamlingssystem som använder Ethernet. Dessa system är baserade på små, modulära instrument, med låg kostnad, öppen standard LAN (Ethernet). LXI-kompatibla instrument erbjuder storleken och integrationsfördelarna med modulära instrument utan kostnads- och formfaktorrestriktioner för kortbursarkitekturer. Genom användningen av Ethernet-kommunikation möjliggör LXI-standarden flexibel paketering, höghastighets-I/O och standardiserad användning av LAN-anslutning i ett brett utbud av kommersiella, industriella, flyg- och militära tillämpningar. Varje LXI-kompatibelt instrument har en drivrutin för utbytbara virtuella instrument (IVI) för att förenkla kommunikationen med icke-LXI-instrument, så att LXI-kompatibla enheter kan kommunicera med enheter som själva inte är LXI-kompatibla (dvs instrument som använder GPIB, VXI, PXI, etc.). Detta förenklar byggandet och driften av hybridkonfigurationer av instrument.

LXI-instrument använder ibland skript som använder inbäddade testskriptprocessorer för att konfigurera test- och mätapplikationer. Skriptbaserade instrument ger arkitektonisk flexibilitet, förbättrad prestanda och lägre kostnad för många applikationer. Skriptning förbättrar fördelarna med LXI-instrument, och LXI erbjuder funktioner som både möjliggör och förbättrar skript. Även om de nuvarande LXI-standarderna för instrumentering inte kräver att instrument är programmerbara eller implementerar skript, förutser flera funktioner i LXI-specifikationen programmerbara instrument och tillhandahåller användbar funktionalitet som förbättrar skriptets kapacitet på LXI-kompatibla instrument.

VME-extensions for Instrumentation (VXI)

VXI - bussarkitekturen är en öppen standardplattform för automatiserade tester baserad på VMEbus . VXI, som introducerades 1987, använder alla Eurocard-formfaktorer och lägger till triggerlinjer, en lokal buss och andra funktioner lämpade för mätapplikationer. VXI-system är baserade på en stordator eller chassi med upp till 13 platser där olika VXI-instrumentmoduler kan installeras. Chassit tillhandahåller även alla strömförsörjnings- och kylkrav för chassit och de instrument det innehåller. VXI-bussmoduler är vanligtvis 6U höga.

PCI-extensions for Instrumentation (PXI)

PXI är en perifer buss specialiserad för datainsamling och kontrollsystem i realtid. PXI introducerades 1997 och använder formfaktorerna CompactPCI 3U och 6U och lägger till triggerlinjer, en lokal buss och andra funktioner lämpade för mättillämpningar. PXI hård- och mjukvaruspecifikationer utvecklas och underhålls av PXI Systems Alliance. Mer än 50 tillverkare runt om i världen tillverkar PXI-hårdvara.

Universal Serial Bus (USB)

USB - enheten ansluter kringutrustning, såsom tangentbord och möss, till datorer. USB är en Plug and Play- buss som kan hantera upp till 127 enheter på en port, och har en teoretisk maximal genomströmning på 480 Mbit/s (höghastighets-USB definieras av USB 2.0-specifikationen). Eftersom USB-portar är standardfunktioner för datorer är de en naturlig utveckling av konventionell serieportsteknik. Det används dock inte i stor utsträckning för att bygga industriella test- och mätsystem av ett antal skäl; USB-kablar är till exempel inte av industriell kvalitet, är bruskänsliga, kan lossna av misstag och det maximala avståndet mellan styrenheten och enheten är 30 m. Precis som RS-232 är USB användbart för applikationer i laboratoriemiljö som inte kräver en robust bussanslutning.

RS-232

RS-232 är en specifikation för seriell kommunikation som är populär i analytiska och vetenskapliga instrument, samt för att styra kringutrustning som skrivare. Till skillnad från GPIB är det med RS-232-gränssnittet möjligt att ansluta och kontrollera endast en enhet åt gången. RS-232 är också ett relativt långsamt gränssnitt med typiska datahastigheter på mindre än 20 kbyte/s. RS-232 är bäst lämpad för laboratorieapplikationer som är kompatibla med en långsammare, mindre robust anslutning. Den fungerar på ±24 volts strömförsörjning

JTAG/Boundary-scan IEEE Std 1149.1

JTAG/Boundary-scan kan implementeras som en gränssnittsbuss på PCB-nivå eller systemnivå i syfte att styra stiften på en IC och underlätta kontinuitetstester (sammankopplings) på ett testmål (UUT) och även funktionella klustertester på logik enheter eller grupper av enheter. Det kan också användas som ett styrande gränssnitt för annan instrumentering som kan bäddas in i själva IC:erna (se IEEE 1687) eller instrument som är en del av ett externt kontrollerbart testsystem.

Testa skriptprocessorer och en kanalexpansionsbuss

En av de senast utvecklade testsystemplattformarna använder instrumentering utrustad med inbyggda testskriptprocessorer i kombination med en höghastighetsbuss. I detta tillvägagångssätt kör ett "master"-instrument ett testskript (ett litet program) som styr driften av de olika "slav"-instrumenten i testsystemet, till vilket det är länkat via en höghastighets LAN-baserad triggersynkronisering och kommunikationsbuss mellan enheter. Skript är att skriva program på ett skriptspråk för att koordinera en sekvens av åtgärder.

Detta tillvägagångssätt är optimerat för små meddelandeöverföringar som är karakteristiska för test- och mätapplikationer. Med väldigt lite nätverkskostnader och en datahastighet på 100 Mbit/sek är den betydligt snabbare än GPIB och 100BaseT Ethernet i verkliga applikationer.

Fördelen med den här plattformen är att alla anslutna instrument beter sig som ett tätt integrerat flerkanalssystem, så att användarna kan skala sitt testsystem så att det passar sina erforderliga kanalräkningar kostnadseffektivt. Ett system som är konfigurerat på den här typen av plattform kan stå ensamt som en komplett mätnings- och automationslösning, där huvudenheten kontrollerar inköp, mätning, godkända/underkända beslut, testsekvensflödeskontroll, binning och komponenthanteraren eller proberen. Stöd för dedikerade triggerlinjer innebär att synkrona operationer mellan flera instrument utrustade med inbyggda testskriptprocessorer som är länkade av denna höghastighetsbuss kan uppnås utan behov av ytterligare triggeranslutningar.

Se även

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Automatic_test_equipment&oldid=1116365202 "