綜合儀器方法解決棘手的系統級測試

當今的電子器件和產(chǎn)品在以比以往更快的速度發(fā)展，在許多商業(yè)應用中，從設計到生產(chǎn)的生命周期縮短到僅有6個(gè)月。另外，設備內含和拓撲正從單一向多功能器件轉化進(jìn)而涉及整個(gè)子系統和系統，并常常作為單一方案(例如智能電話(huà)和iPhone那樣的設備)。

進(jìn)一步，直接軟件控制和設備配設對多載頻功放(MCPA)和軟件定義無(wú)線(xiàn)(SDR)來(lái)說(shuō)已是家常便飯。且類(lèi)似RFIC那樣的器件只能在混合信號環(huán)境下工作和測試，且常常要在實(shí)時(shí)條件下進(jìn)行。

當考慮到所有這些因素時(shí)，可測試及可制造方案的理想設計(DFTM)特性和要求被快速呈現出來(lái)。“綜合”儀器可容易地提供和滿(mǎn)足這些特性和要求。與靜態(tài)堆架式(rack-and-stack)測試系統不同，綜合儀器可相當簡(jiǎn)單地與被測試設備(DUT)系統地和諧共進(jìn)。

什么是綜合測試？

傳統測試系統供應商將各種臺式測試儀器或專(zhuān)用儀器模塊通過(guò)合適的互連電纜將它們嵌裝在一個(gè)架構內，然后用連接器將這些儀器與被測產(chǎn)品連在一起。然后，他們加入調用內置在這些儀器內功能的軟件。對測試系統開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，“堆架式”是這種方法的一個(gè)更常用叫法。目前使用的傳統儀器有：示波器、數字萬(wàn)用表、頻譜分析儀和頻率計數器等，它們或是單臺獨立系統或作為整個(gè)測試系統一部分。

綜合儀器通過(guò)將軟件應用編程接口(API)和測試算法、硬件模塊以及基于核心儀器化功能構造塊的系統級校準軟件結合起來(lái)的方法將激勵和傳統儀器中的測量能力“綜合”在一起。綜合儀器的概念根源于雷達和EW發(fā)射和接收器、SDR、移動(dòng)/手持設備和電話(huà)、無(wú)線(xiàn)基礎建構、器件和子系統以及其它目前設計和安裝的通信系統背后普遍采用的支撐技術(shù)。

綜合架構還強化了測試系統的升級以及系統地處理老舊問(wèn)題的能力。當需要升級或有老舊問(wèn)題需要處理時(shí)，只需直接增加或替換涉及的功能塊即可，而不是整組儀器或相應的測量和測試應用。它減低了處理陳舊儀器的成本還減小了伴隨該設備更新所帶來(lái)的技術(shù)風(fēng)險。

借助綜合系統，一個(gè)組織可生成各種信號類(lèi)型，包括：數字、模擬、RF和微波。它是采用模塊化硬件、系統軟件和模塊化測量及應用軟件來(lái)實(shí)現的。綜合系統架構具有單獨/整體探究硬件、測量和應用性能的獨特能力。獨立于硬件的軟件測量庫還規避了硬件性能進(jìn)化時(shí)重復開(kāi)發(fā)的風(fēng)險。

綜合系統可解決多行業(yè)測試問(wèn)題。它是通過(guò)結合模塊化硬件和軟件組件以生成一個(gè)強大的新測試儀器系列來(lái)實(shí)現的，從而具有比傳統的單機單測量功能堆架式測試儀器明顯的優(yōu)勢。借助綜合系統架構有可能利用多個(gè)并行路徑將測試時(shí)間/吞吐量分別縮短/增加到傳統堆架式方案的4~10倍。

綜合測試系統的關(guān)鍵優(yōu)勢包括：

1. 降低了單位測試成本；

2. 縮短了測試時(shí)間、提升了效率；

3. 減少了測試設備需求和測試配置；

4. 測量速度更快、結果更準確；

5. 簡(jiǎn)化了系統級校準工作；

6. 減少了資金投入，降低了維護和保有成本；

7. 減少了升級和陳舊處理問(wèn)題；

8. 具備滿(mǎn)足下一代測量算法開(kāi)發(fā)所需的平臺；

9. 獨立于平臺和系統的再利用模式；

10. 從系統硬件和軟件配置中析取測試應用和測量軟件。

綜合系統可減少升級及產(chǎn)品陳舊問(wèn)題。硬件、系統軟件、應用和測量功能架構模塊可按需完全或單獨替換。此舉降低了升級費用和系統集成風(fēng)險，這兩個(gè)問(wèn)題可對測試應用配置帶來(lái)消極影響。

綜合系統解決了當校準和功能測試循環(huán)被直接編程進(jìn)系統功能模塊時(shí)引發(fā)的再校準問(wèn)題。它允許連續地實(shí)時(shí)運行校準程序。因此，它省去了重新校準一個(gè)給定系統經(jīng)常所需預先計劃的停機時(shí)間。另外，連續的嵌入式校準能力還加強了測試系統的總體完整性。

綜合架構還強化了測試系統升級及處理系統的陳舊問(wèn)題的能力。當出現升級或陳舊情況時(shí)，只需增加或替換直接有/受影響的模塊，而非整個(gè)儀器組或相應的測量和測試應用。除降低伴隨該處理過(guò)程的技術(shù)風(fēng)險外，它還降低了處理陳舊儀器的成本。

綜合儀器概念對待硬件的方式與以目標為導向的編程處理軟件“模塊“的方式相同。因而，以目標為導向的軟件與綜合儀器方法匹配得很好。先進(jìn)的綜合儀器實(shí)現利用與功能硬件模塊一對一對應的軟件目標。另外，它們將激勵和測量算法作為軟件目標實(shí)現。

囊括功能硬件模塊所需的全部信息使智能軟件可容易地組合不同配置內的模塊及確定最終激勵或測量能力。簡(jiǎn)言之，若了解每個(gè)模塊的傳遞函數，你就能組合它們以生成復雜的激勵或測量。因模塊被當作目標，那么一或多個(gè)校準系數也可位于目標內。因此，在保持將高質(zhì)量和敏感的系統級校準源源不斷地輸送給被測單元之際，仍可以多種不同方式組合模塊。

這一以目標為導向的方法的進(jìn)一步好處包括為測試系統和DUT提供集成診斷和故障預警能力。對采用循序編程技術(shù)的傳統測試系統來(lái)說(shuō)，集成診斷很難實(shí)現。借助以目標為導向的綜合系統方法，智能軟件可方便地監控硬件和軟件目標的運行狀態(tài)和情況以提供實(shí)時(shí)診斷。為系統增加趨向性(trending)，還可提供故障預警能力。

綜合系統環(huán)境獨立于硬件平臺和接口的選擇。因為硬件和軟件模塊間的接口也被當作插入目標處理，所以，方案提供者可將PXI、LXI、PCI、PCI-X、VXI、GPIB、以太網(wǎng)、USB或包括開(kāi)關(guān)光纖架構在內的其它通信總線(xiàn)組合在一起。

硬件配置抽象于軟件組件和模塊，從而具有隨心所愿地重新配置的能力。綜合系統的方法提供一個(gè)極其有力的系統架構從而使再利用和擴展成為可能。

通向綜合測試系統的方法

理想的DFTM方案提供全部所需的數據和控制接口，以及DUT在被測試時(shí)為實(shí)現功能和通信所需的模擬、運算和仿真特性(即測試環(huán)境)，就好象它是被嵌入在實(shí)際系統環(huán)境內一樣(圖1)。

隨著(zhù)DUT集成度和復雜性的增加，操作行為、通信模式、功能表現以及測試環(huán)境(TE)處理的數據類(lèi)型必須能通過(guò)軟件重新配置和動(dòng)態(tài)地再分配測試資源來(lái)調適需求。

考慮到DUT內多個(gè)內部和外部I/O(接口)進(jìn)程的同時(shí)發(fā)生，TE必須能執行多個(gè)精準控制及被仔細同步的復雜測量。這種情況經(jīng)常發(fā)生在實(shí)時(shí)條件下并與采樣和處理數據在同一模塊，且不丟失整個(gè)激勵、響應和數據組流處理的連續性。

這一共時(shí)及被精準同步的過(guò)程確保結果的原因/效應關(guān)系，另外，受控和經(jīng)過(guò)分析的參數的行為得以一致地保持。同步還為DFTM工程師提供準確、低不確定性及高度關(guān)聯(lián)的數據/信息。

上市時(shí)間壓力持續擠壓著(zhù)DUT開(kāi)發(fā)周期，測試系統應為DUT的可行性評估、開(kāi)發(fā)、集成、驗證、生產(chǎn)和維護各階段提供全部測試環(huán)境能力。為現代DUT存活周期的每一階段準備多個(gè)/獨立的測試設備和測試團隊從經(jīng)濟和可用測試資源(即，設備和人力積聚)兩方面來(lái)看都不實(shí)際。這樣，就需要設計出一種具有可測試和可制造性的測試環(huán)境，這種環(huán)境包含可動(dòng)態(tài)、無(wú)縫并以具成本效益的方式適應DUT各階段不同情況的綜合方案和資源(圖2)。

DUT集成度及復雜性的增加加之開(kāi)發(fā)周期的縮短使傳統測試儀器難以提供高度專(zhuān)業(yè)、有用和完整的現代測試功能、程式及相應結果(例如，傳統儀器上的按鈕和數據顯示種類(lèi))。取而代之的測試方案將包括軟件可配置測量平臺(圖3)。

這種平臺利用DFTM工程師可借助簡(jiǎn)單改編(script)、圖形及其它人機接口技術(shù)進(jìn)行修改、集成、排序并補充的基本測量庫以最好地匹適新DUT的最新測試需求。按上述理路推論，在DUT和TE間最有可能發(fā)生水平不斷增加的功能和控制/數據I/O互動(dòng)。這將需要公共及整合程度更高的路線(xiàn)圖及在DUT開(kāi)發(fā)者和TE供應商間更高水平的合作。

重要的是我們要意識到，即便我們通常并沒(méi)公開(kāi)對其進(jìn)行陳述，DUT開(kāi)發(fā)者多年以來(lái)一直在其器件內嵌入IP測試核(IPTC)。當支持底層內置測試(BIT)功能時(shí)，這些IPTC本質(zhì)上可非常簡(jiǎn)單。當支持由外部激勵和控制的邊界測試功能時(shí)，這些IPTC又可相當復雜，在邊界測試時(shí)，可利用多個(gè)向量和組合通過(guò)限制在I/O層面的交互來(lái)驗證DUT的完整功能。

在測試接口主要通過(guò)智能軟件在DUT和TE間的交互來(lái)約定的軟件定義器件內，這些情況甚至會(huì )變得更普遍。這里，只有當TE能“向外看”并能有效與DUT/TE的接口通信時(shí)，才能使DUT內置測試能力得到最充分發(fā)揮。它再一次意味著(zhù)在DUT開(kāi)發(fā)者和TE供應商間要進(jìn)行緊密合作，彼此的路線(xiàn)圖和開(kāi)發(fā)活動(dòng)要琴瑟和諧。

基于這些考慮，有人會(huì )說(shuō)，在此快速變化的環(huán)境中，基于多個(gè)、單獨為某一應用定制的儀器的傳統測試方案將無(wú)法跟上設計、測試和維護的需要，也無(wú)法適應測試系綜(ensemble)的復雜性。實(shí)際上，工程角色在迅速融合。

迫切需要一種可迅速適應新設備性能要求的DFTM方案。新測試系統還將允許沒(méi)被傳統測試儀器具有的具體功能和人機接口特性所嚴格規束的定制測量。

在此情況，真正綜合的方案允許DFTM工程師從產(chǎn)品的出現到維護階段一直無(wú)縫地工作。這種高度集成的模塊化、軟件驅動(dòng)的綜合架構還通過(guò)把受影響的陳舊問(wèn)題局限于單一的集成模塊而非整個(gè)測試系統，進(jìn)而支持對陳舊老化問(wèn)題實(shí)施主動(dòng)及具成本效益的管理。

隨著(zhù)綜合測試方案得到認同并迅速擴展其覆蓋范圍，確保DFTM工程師選擇具有混合集成能力以包納各種標準的真正的綜合系統就很必要。

總體上，提供經(jīng)過(guò)驗證了的綜合測試系統方案的公司一般也開(kāi)發(fā)并集成系統部件。這些公司具有在一個(gè)完全校準、同步過(guò)的且可根據標準追溯的測試下整合全部系統部件的經(jīng)驗和專(zhuān)長(cháng)。只有在這種條件下，一個(gè)真正綜合(即，基于測量)系統將準確、可靠并連貫地執行任務(wù)，從而提供一個(gè)真正超卓的DFTM方案。完全綜合、基于測量、高度集成、可通過(guò)軟件配置并具有自適應能力的測試環(huán)境是通向未來(lái)之路。