利用新型合成仪器解决系统级测试难题
责任编辑:chineselng    浏览:2243次    时间: 2008-04-07 19:05:15      

摘要: 当今世界电子元件及产品正在加速发展,在大多数商业应用中,从设计到生产的周期现已缩短为只有六个月。而且,设备的内容及拓朴结构已经从单一功能元件迁移到多功能元件,进而还会迁移到整个子系统和系统中,在迁移时通常采用单个组件方案的形式(例如,用于智能电..

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 当今世界电子元件及产品正在加速发展,在大多数商业应用中,从设计到生产的周期现已缩短为只有六个月。而且,设备的内容及拓朴结构已经从单一功能元件迁移到多功能元件,进而还会迁移到整个子系统和系统中,在迁移时通常采用单个组件方案的形式(例如,用于智能电话和iPhone 之类的设备)。现在,对于多载波功率放大器 (MCPA) 和软件定义的无线电 (SDR) 而言,直接软件控制和设备配置已司空见惯。例如 RFIC 之类的设备只能在混合信号环境中及实时条件下操作和测试。

  鉴于所有上述考虑,能满足这些特性和需求的理想测试设计和制造 (DFT&M) 测试解决方案便迅速应运而生。通过“合成”仪器,我们可顺利地提供和满足这些特性和需求。很简单,与静态堆砌式测试系统不同,合成仪器能够随着在被测设备 (DUT) 的发展进行系统性变化。

  合成测试

  传统的测试系统供应商将多个台式仪器或特定的仪器模块组合在一起,然后在这些仪器和产品之间使用相应的互连缆线和连接器将它们堆砌起来。然后,供应商添加软件,用这些软件调用嵌入在这些仪器中的可用功能。在测试系统的发展过程中,这种方式通常被称为“堆砌式”测试。现在,人们通常在单机配置中采用这些传统的仪器,或将它们用作测试系统的一部分,包括示波器、数码万用表、频谱分析仪和频率计。

图1正在接受测试的设备从系统到合成测试环境的无缝过渡


  合成仪器通过结合软件应用程序编程接口 (API) 测量算法、硬件模块和基于仪器核心功能架构的系统级校准软件,将传统仪器中的信号激励和分析能力进行“合成”。合成仪器的概念已植根于当今无线测试的各个领域,如雷达及电子战 (EW) 发射机和接收机、软件无线电、移动/手持设备及电话、无线基础设施、元件和子系统以及其它通信系统中设计。

  这种合成架构还增强了对测试系统的升级能力,以及系统化处理设备过时报废问题的能力。在出现需要升级或报废设备的情况时,只需添加或替换直接受影响的功能块,而不必更换整套仪器或相关的测量及测试应用程序。这样就能减少处理报废仪器的成本,还能降低相关的技术风险。

  在采用合成系统后,就能通过使用模块化硬件组件、系统软件和模块化测量及应用软件建立多种信号类型,包括数字、模拟、电源、射频和微波信号。合成系统的架构提供了独特的能力,既可以单独也可以同时控制模块,充分对硬件、测量库及应用程序功能加以利用。该系统还能保护独立于硬件的软件测量库在硬件功能的发展过程中免受重新开发的风险。

图2多个测试系统与一个可伸缩具有适应性的合成测试环境之比较


  合成系统能解决多个行业的测试难题。合成系统的定义是将模块化硬件和软件组件结合在一起,形成一种新的功能强大的测试仪器,与传统的一个盒子只能提供一种测试功能的堆砌式仪器相比,这一技术具有独特的优势。合成系统的架构使用户可以利用多个并行通道;因此,与传统的堆砌式配置相比,可将测试时间和产量提高四倍到十倍。

  合成测试系统的关键优势

  ● 减少每个测试单位的成本
  ● 缩短测试时间,并提高测试产量
  ● 减少测试设备的需求和测试系统的配置
  ● 提高测量速度和测量的准确性
  ● 简化系统级的校准工作
  ● 减少投资、维护和拥有成本
  ● 减少产品的报废和升级问题
  ● 提供适用于下一代测量算法开发的平台
  ● 平台的独立性及系统重复使用模型
  ● 从系统硬件和软件配置中提取测试应用程序和测量软件

  合成系统能减少升级问题和产品报废问题。可根据需要完整和独立地替换硬件、系统软件、应用程序和测量功能架构块。这样可减少升级成本以及可能会影响到测试应用程序配置的系统集成风险。

  合成系统还解决了重新校准的问题,这一问题是由于设备允许将校准和功能测试环路直接编程到系统功能块中而产生的。合成系统允许在运行时连续执行校准程序,从而不必预先规划重新校准指定系统通常所需的停机时间。此外,这种连续的嵌入式校准能力还增强了测试系统的总体完整性。

  合成架构还提高了对测试系统进行升级及系统化地处理设备报废问题的能力。在出现需要升级或报废设备的情况时,只需要添加或替换直接受影响的功能块,而不必更换整套仪器或相关的测量及测试应用程序。这样就能减少处理报废仪器的成本,还能降低相关的技术风险。

图3Aeroflex合成测试系统图中显示的Aeroflex SMART^E合成测试系统的配置为在相控阵雷达测试中使用的收发模块图左侧显示仪表门已关闭图右侧显示仪器配置


  合成仪器的概念对待硬件的方式与面向对象的编程技术对待软件“模块”的方式一致。因此,面向对象的软件与合成仪器的方法能很好地配合。高级合成方式利用与功能硬件模块“一对一”关联的软件对象。此外,此类方法还采用了与软件对象一样的激励和分析算法。这种将与功能硬件模块相关的所有必需信息封装到一起的方式,使智能软件可以很容易地将各个模块组合到不同的配置中,然后确定最终的激励或分析能力。简言之,如果知道了每个模块的传输功能,就能将它们组合在一起,创建出复杂的激励或测量模式。由于模块被当作对象,因此对象中可同时存在一组或多组校准系数。这样就可以在多种方式组合模块的同时还能保持高质量、敏感度的系统级校准。

 这种面向对象的方式还有其它优势,例如,可对测试系统和 DUT 提供综合诊断和故障预测。在使用顺序编程技术的传统测试系统中,很难进行综合诊断。现在,智能软件通过面向对象的合成系统方式,能够很容易地监测操作状态以及硬件和软件对象的状况,以提供实时诊断信息。在系统中添加的趋势功能还能提供故障预测能力。

  合成系统环境是一种独立于硬件平台及接口的环境。由于硬件和软件模块之间的接口均被视作插入式对象,因此解决方案供应商有能力混合 PXI、LXI、PCI、PCI-X、VXI、GPIB、以太网、USB 或任何其它通信总线,包括交换光纤架构。

  硬件配置是从软件组件和模块中抽取而来,提供了根据需要重新配置测试系统的能力。正是由于合成系统的出现,才产生了一种超强系统架构,使系统的重复使用和可伸缩性成为可能。

  使用合成测试系统的方式

  这种理想的 DFT&M 解决方案 (图 1)提供了 DUT 在接受测试的同时仍保持正常功能及通信所需的所有数据和控制接口、操作、模拟及仿真特性(即测试环境),就像被嵌入实际系统环境中一样。

  随着 DUT 集成度和复杂程度的提高,由测试环境 (TE) 处理的操作行为、通信模式、功能状况和数据类型必须能够通过重新配置软件以及重新分配动态测试资源来进行相应的调整。

  假定 DUT 内有多个内部和外部 I/O(接口)过程同时发生,则 TE 必须能够执行多个受到准确控制及精确同步处理的复杂测量活动。通常这种情况都是实时发生在相同的取样和处理数据块中,不会丧失整体激励、响应和数据流处理的连续性。这种同时发生且精确同步的过程确保了测试结果的因果关系,而且接受控制和分析的参数的行为可保持一致。同步过程还可为 DFT&M 工程师提供准确可靠、高度确定性和关联的数据和信息。

  鉴于 DUT 的开发周期正随着不断提高的快速上市需求而缩短,测试系统是否能够提供所有测试环境功能就成为至关重要的问题,这些功能主要针对 DUT 的可行性评估、开发、集成、检验、生产和可维护性等各个阶段。无论是从测试资源(即人力和设备)的经济性还是可用性角度来看,对现代 DUT 使用周期的各个不同阶段提供多个/单独的测试设备和测试组是不切实际的。随之而来的需求就是设计一种由合成解决方案和资源组成的测试和制造测试环境,这种测试环境能够动态、无缝地根据 DUT 使用周期的不同阶段进行相应的调整,并且具有成本效益(图2)。

  由于 DUT 的集成度和复杂程度不断提高,而开发周期不断缩短,要求传统测试设备提供高度专门化、实用和最新的测试功能、程序和相关结果(例如,传统仪器上的按钮和数据显示类型)就变得越来越难。而测试解决方案中将包括利用基本测量数据库的可配置软件的测量控制台,从而使 DFT&M 工程师能通过简单的脚本、图形和其它人机接口技术进行修改、集成、排序和增强,以更好地适应新 DUT 的最新测试需求。基于上述原因,在 DUT 和 TE 之间出现功能和控制/数据 I/O 交互水平的提高是不可避免的。这就需要更加通用、集成度更高的线路图,并且在 DUT 开发人员和 TE 供应商之间有更紧密的合作。

  应该认识到 DUT 开发人员将 IP 测试核 (IPTC) 嵌入到设备中已有多年,虽然我们通常都不会明确地承认这一点。当这些 IPTC 支持低水平的机内测试 (BIT) 功能时,实际上就变得相当简单。但当 IPTC 用于支持外部激励和控制的边界测试功能时,就会变得较为复杂,此时可通过限制 I/O 层面的交互作用,使用多个向量和组合来验证 DUT 的整体性能。这种情况在软件定义设备中正在变得更加常见,因为软件定义设备的测试接口大多是通过 DUT 和 TE 之间的程序相互作用而实现的。在当今日新月异的背景下,只有当 TE 能够“看得更远”,而且有效地与 DUT/TE 的接口通信时,才能达到 DUT 机内测试能力的最佳性能。这同样也意味着在 DUT 开发人员和 TE 供应商之间需要更紧密的合作、协调规划路线图和开发活动。

  综上所述,我们不难发现,在当今日新月异的大环境中,基于多个单独定制的仪器的传统测试方案将无法适应不断变化的设计、测试和维护需求以及测试组合的复杂性。实际上,工程设计的作用也在迅速组合。迫切需要能迅速适应新设备性能需求的 DFT&M 解决方案。这种新的测试系统还能实现特定功能未严格界定的定制测量技术,以及与传统测试设备相关的人机接口特征。

  在这种环境中,真正的合成测试解决方案使 DFT&M 工程师从产品的最初阶段到维护阶段均可无缝地操作。这种高度集成、软件驱动的模块化合成架构还可通过将影响限制在单个集成模块而不是整个测试系统的方法,实现对设备报废状况进行主动的、低成本和高效率的管理。

 随着合成测试解决方案得到认可并在市场迅速扩大范围,现在有必要确保 DFT&M工程师选择的是真正的合成系统——具有混合集成能力以适应各种标准的系统(图 3)。

  一般来说,经过市场检验的合成测试系统方案是由对所有系统组件进行常规开发和集成的公司提供。这些公司在将所有系统元素集成到一个完全校准的、可溯源至标准的同步测试环境方面具有丰富的经验和技术专长。只有在这种情况下,真正的合成(即基于测量的)系统才能精确、可靠、稳定地运行,从而提供真正优异的 DFT&M 解决方案。

  总之,我们已清楚地知道,真正的合成、基于测量、高度集成、可配置软件、具有适应性的测试环境才是未来的发展方向。

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