Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2005 №6

Методы и технические средства повышения производительности тестирования электронных компонентов

Скворцов Сергей


Новые приборы серии 2600 компании Keithley Instruments (США) сочетают высокую степень интеграции тестирующей аппаратуры с гибкостью конфигурирования и эффективными аппаратно-программными средствами для организации информационного обмена. Эти приборы позволяют увеличить производительность в 2–4 раза по сравнению с аналогами других компаний и значительно снижают стоимость тестирования и измерений для широкого круга промышленных и научных задач.

Объединение аналоговых, цифровых и радиочастотных цепей в одной интегральной микросхеме и увеличение плотности размещения компонентов (рис. 1) приводит к росту числа выводов в новых поколениях микросхем (IC, RFIC, SOC). В результате усложняются процедуры тестирования и увеличивается время их выполнения, что влияет на стоимость готовых изделий и длительность производственного цикла. Таким образом, производителям интегральных схем приходится постоянно решать задачу повышения производительности тестирующей аппаратуры, при этом предъявляемые к ней требования порой оказываются на грани технических возможностей. Например, увеличение числа одновременно тестируемых элементов требует увеличения числа измерительных и питающих блоков. В то же время стандартные шины, в частности GPIB, посредством которых обеспечивается синхронизация и необходимый порядок проведения измерений, ограничивают информационный обмен как по скорости, так и по количеству участников.

Рост степени интеграции электронных компонентов
Рис. 1. Рост степени интеграции электронных компонентов

Сократить время тестирования можно различными способами, в том числе:

  • увеличением числа каналов контрольно-измерительных приборов;
  • увеличением производительности контрольно-измерительных приборов;
  • увеличением функциональных возможностей каждого тестирующего канала.

Кроме производительности, существуют и другие требования к контрольно-измерительным приборам. В частности, понятно стремление увеличить степень интеграции тестирующих каналов в одной системе: легче решаются вопросы синхронизации измерений, сокращаются затраты на программирование, уменьшается объем занимаемого рабочего пространства, число и надежность кабельных соединений. Еще одно требование к контрольно-измерительным приборам — возможность гибкой настройки конфигурации и программного обеспечения для решения различных задач, например для проведения однократных измерений, снятия характеристик и т. д. Контрольно-измерительные приборы должны также обеспечивать широкий динамический диапазон выходных и измеряемых токов и напряжений, что особенно важно при тестировании слаботочных компонентов, предназначенных для работы от автономных источников питания. В ряде случаев еще требуется контроль и ограничение токов и напряжений в питающих цепях.

Существует три основных способа построения контрольно-измерительных систем:

  1. Объединение большого числа каналов в одном корпусе. Такие системы позволяют достичь высоких скоростей тестирования и хорошей синхронизации процессов за счет использования внутренней параллельной шины, встроенного полнофункционального компьютера и максимальной интеграции компонентов. Однако стоят такие системы очень дорого, при этом возможности дельнейшего увеличения числа каналов и скорости тестирования жестко ограничены.
  2. Объединение нескольких контрольно-измерительных приборов под управлением персонального компьютера. Такие системы дешевле, обеспечивают требуемую гибкость, но обладают малой производительностью.
  3. Объединение нескольких контрольно-измерительных приборов на основе использования системных контроллеров стандартных интерфейсов (GPIB и др.). Такие системы позволяют достичь высоких скоростей тестирования, обеспечивают необходимую гибкость, однако требуют значительных затрат на программирование, конфигурирование и настройку.

Оптимальное решение должно сочетать высокую степень интеграции тестирующей аппаратуры с гибкостью конфигурирования и эффективными аппаратно-программными средствами для организации информационного обмена. Примером такого решения является новая серия 2600 приборов компании «Кейтли» (Keithley Instruments, Inc., США). Эти приборы позволяют увеличить производительность в 2–4 раза по сравнению с аналогами других компаний и значительно снижают стоимость тестирования и измерений для широкого круга промышленных и научных задач (рис. 2).

Параметры серии «Кейтли 2600» в сравнении с другими системами тестирования
Рис. 2. Параметры серии «Кейтли 2600» в сравнении с другими системами тестирования

Особенностями серии 2600 являются использование измерительно-питающих устройств третьего поколения, модульный принцип построения систем тестирования, применение новейшей разработки «Кейтли» — процессора сценариев тестирования с высокоскоростным интерфейсом и других технических решений в области прецизионных измерений.

Измерительно-питающие устройства

Измерительно-питающее устройство (ИПУ) соединяет в себе функции программируемого источника напряжения, программируемого источника тока, амперметра, вольтметра (рис. 3) и обеспечивает проведение широкого круга измерений при постоянных, импульсных и переменных токах и напряжениях. Фактически каждый канал ИПУ представляет собой прецизионный источник питания, цифровой мультиметр, программируемый низкочастотный генератор и измеритель сигналов специальной формы, причем установка выходных уровней (сигналов) происходит одновременно с измерениями тока и напряжения в исследуемой цепи. Компания «Кейтли» разработала одно из первых в мире ИПУ. Каждое ИПУ заменяет сразу несколько раздельных модулей. Помимо удобства использования, ИПУ значительно повышает точность измерений, так как благодаря внутренним обратным связям повышается точность установки требуемых значений токов и напряжений. Рис. 4 иллюстрирует типичное применение двух ИПУ для исследования характеристик биполярного транзистора. Источник питания ИПУ может при необходимости использоваться как электронная нагрузка. На рис. 5 показана нагрузочная характеристика ИПУ: в первом и третьем квадранте он используется как источник, а во втором и четвертом — рассеивает мощность внешнего источника. Кроме того, для расширения динамического диапазона несколько ИПУ могут соединяться последовательно или параллельно. Первые модели этой серии (2601 и 2602) имеют один и два ИПУ соответственно.

Измерительно-питающее устройство в режиме
Рис. 3. Измерительно-питающее устройство в режиме источника тока, измерения тока, напряжения или сопротивления (вверху) и в режиме источника напряжения, измерения тока, напряжения или сопротивления (внизу); DUT — тестируемое устройство
Применение ИПУ для исследования характеристик биполярного транзистора
Рис. 4. Применение ИПУ для исследования характеристик биполярного транзистора при двухпроводном (вверху) и четырехпроводном способе подключения (внизу)
Нагрузочная характеристика ИПУ серии 2600
Рис. 5. Нагрузочная характеристика ИПУ серии 2600

Модульный принцип построения систем тестирования не нов. Традиционно для обеспечения взаимодействия модулей при проведении автоматизированных измерений используется шина IEEE-488 (GPIB, или канал общего пользования). Однако в ряде случаев ее пропускной способности уже недостаточно. Кроме того, стандарт GPIB ограничивает число участников информационного обмена — их может быть не более 15. Модули серии 2600 объединяются посредством новой TSP-шины, обеспечивая взаимодействие от 2 до 128 ИПУ с десятикратной производительностью по сравнению с системами, построенными на основе шины GPIB.

Процессор сценариев тестирования

Использование уникального встроенного процессора сценариев тестирования на основе патентованной технологии «Кейтли» TSP (Test Script Processor) совместно со 100-Мбитной TSP-шиной предоставляет широкие возможности взаимодействия и синхронизации с внешними устройствами, конфигурирование 2601 и 2602 в сети различной архитектуры, в том числе древовидной и кольцевой, автономную работу одного или нескольких модулей и др., в том числе в режиме параллельного и непараллельного тестирования. Загрузка сценариев тестирования производится посредством интерфейса GPIB или RS-232 с персонального компьютера, причем он не участвует в управлении системой, а используется для генерирования новых сценариев и анализа результатов тестирования (рис. 6), что повысило скорость тестирования до 10 раз. Для программирования TSP используется простой язык, аналогичный Бейсику (в среде Test Script Builder). Использование этих средств позволяет в 2–4 раза сократить время разработки программного обеспечения. Использование TSP-технологии позволило ввести новые возможности программирования тестов: использование подпрограмм, циклов, условных переходов, динамического контроля цифровых линий и регистров RS-232, организация параллельного тестирования и др.

Соединение моделей серии 2600 посредством TSP
Рис. 6. Соединение моделей серии 2600 посредством TSP(интерфейса (TSP Link In/Out)

Аналого-цифровые преобразователи серии 2600 выполнены на основе патентованной технологии и позволяют обеспечить частоту одновременного считывания тока и напряжения свыше 10 кГц и скорость снятия ВАХ свыше 5000 точек в секунду. Пользователь имеет возможность оптимизировать работу АЦП либо по скорости (10 000 Кслов/с), либо по точности (эффективная разрядность до 24 бит).

Цифро-аналоговые преобразователи серии 2600 позволяют подавать на исследуемый элемент не только постоянные токи и напряжения, но и сигналы произвольной формы. Например, синусоида с частотой 400 Гц может быть задана 20 дискретными отсчетами. Также возможна подача импульсных сигналов с минимальной длительностью 150 мкс.

Цифровые линии ввода-вывода (14 линий) предоставляют возможности одновременного тестирования цифровых устройств, АЦП, ЦАП, а также могут использоваться для организации взаимодействия с другими системами, в частности, с устройством позиционирования электронных компонентов, контрольно-измерительными приборами, для передачи или приема триггерных сигналов. Для передачи данных или команд управления предусмотрен также интерфейс RS-232 (рис. 7).

Взаимодействие систем серии 2600 с внешними устройствами
Рис. 7. Взаимодействие систем серии 2600 с внешними устройствами (DUT — исследуемое устройство)

Методы построения систем тестирования, реализованные в серии 2600 компании «Кейтли», позволяют эффективно решать задачи:

  • исследования характеристик двухэлектродных устройств (резисторов, диодов, считывающих головок, сенсоров, термисторов, конденсаторов);
  • исследования характеристик транзисторов (BJT, FET и др.);
  • параллельного или независимого тестирования двух- и трехэлектродных устройств;
  • тестирования интегральных схем (IC, RFIC, SOC), чипов, в том числе содержащих одновременно цифровые, аналоговые элементы, АЦП, ЦАП;
  • тестирования оптоэлектронных устройств (лазерных диодов, светодиодов, индикаторов, жидкокристаллических дисплеев и др.).

Основные технические характеристики моделей 2601 и 2602 приведены в таблице.

Таблица. Основные параметры моделей «Кейтли» 2601 и 2602
Основные параметры моделей «Кейтли» 2601 и 2602

Заключение

Методы построения систем тестирования, основанные на модульном принципе с использованием измерительно-питающих устройств и встроенных процессоров сценариев тестирования, позволяют достичь наилучших на сегодняшний день показателей производительности, качества и стоимости. Так, приборы 2601 и 2602 компании «Кейтли» позволяют создавать недорогие и быстродействующие автоматизированные системы тестирования электронных компонентов и интегральных схем, содержащих цифровые и аналоговые узлы. Кроме того, эти модели легко расширяют возможности уже действующих систем, для этого не требуется больших финансовых вложений. Такие системы тестирования реально уменьшают затраты на эксплуатацию при высокой гибкости и надежности.

В статье использованы материалы сайта www.keithley.com.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке