基于多功能混合信號管腳實現(xiàn)的測試解決方案

與過去機械系統(tǒng)的改進決定汽車工業(yè)的革新不同的是，下一代汽車90％的創(chuàng)新都來自更復雜的集成電路。半導體器件在滿足客戶對汽車功能方面的需求上扮演著非常重要的角色 。

根據(jù)Frost&Sullivan的數(shù)據(jù)，西歐的汽車半導體市場將在未來的幾年內(nèi)將近翻一番。原本用于高端汽車的電子器件向低端汽車的轉移是這種快速增長的原因之一。

現(xiàn)代高級汽車的電子系統(tǒng)是高度分散的實時系統(tǒng)，它由多于300個電機或電磁閥組成的控制單元連接到多達五個總線系統(tǒng)，該系統(tǒng)帶有100MB的嵌入式代碼，提供了動力系統(tǒng)、安全、舒適、信息和通訊方面的功能。

動力傳輸調節(jié)燃料的消耗和排放。汽車生產(chǎn)商宣稱他們的目標之一就是生產(chǎn)三升汽車并且符合歐3標準和京都協(xié)議。沒有電子器件和軟件的支持，想要達到嚴格的控制規(guī)章是不可能的。

因此這些技術手段正在逐漸應用于混合發(fā)電機或使用燃料電池的車輛。另一個趨勢是柴油驅動的汽車逐漸取代汽油驅動的汽車。

汽車的安全性和舒適性已經(jīng)越來越重要。市場對乘坐汽車的安全性的需求越來越高。汽車生產(chǎn)商們已經(jīng)對此采取了措施。同時各種技術，如防閉鎖剎車系統(tǒng)或氣囊已經(jīng)成為眾多中小型車的標準配置。

各種技術如電子穩(wěn)定程序或牽引控制系統(tǒng)已經(jīng)進入高端汽車市場，其進入低端汽車也只是時間的問題。

通過實施各種新型應用增強汽車的舒適度，如無鑰匙進入、座椅控制、車內(nèi)環(huán)境控制或導航控制，汽車制造商竭力提供與競爭對手不同的產(chǎn)品以獲得競爭優(yōu)勢。

可以預見市場的進一步需求來自汽車中的通訊和信息網(wǎng)絡。人們期望其擁有的汽車能夠接收廣播、視頻、移動通訊、導航系統(tǒng)和數(shù)字音頻/視頻廣播。

遠程交通控制和服務也可在不久的將來實現(xiàn)。

近幾年42V電網(wǎng)已經(jīng)成為討論焦點。盡管每個汽車半導體供應商都已經(jīng)可以提供42V兼容的產(chǎn)品，但對作為產(chǎn)品引入及批量生產(chǎn)的時間仍存有爭議。可以清楚預見的是42V電源網(wǎng)絡一定會到來。根據(jù)Frost&Sullivan提供的數(shù)據(jù)，到2015年半數(shù)的新產(chǎn)汽車將采用42 V電源網(wǎng)絡技術。

圖1， 在未來，多于90％的汽車創(chuàng)新主要由電子器件和軟件來推動。

測試挑戰(zhàn)

ATE制造商的主要考慮是VBAT上的最大電壓必須保持低于某一限定值 （通常為68 V）。在這一電壓限制之內(nèi)，汽車不需要進一步的保護措施防止大電壓對人造成危險。汽車是“低壓”的，這同樣適用于42V電源網(wǎng)絡，其電壓不得超過68 V。

另一種情況是“負向電池”。這種情況對于42V汽車來說很難處理，因為電壓變?yōu)?倍，電壓不能降至低于-2V，所以即使采用42V電源網(wǎng)絡的汽車仍處于低壓調制狀態(tài)。顯然42 V電源網(wǎng)絡不能驅動較大的負電壓，但增加了對能夠提供42 V/80 V電壓的VI通道的需求。

另外汽車總線系統(tǒng)需要高壓數(shù)字管腳用于功能測試，電壓需求高達20 V。測試設備制造商不得不考慮到這一點。

汽車市場在價格和質量方面的競爭越來越激烈。這意味著半導體制造商不得不尋找高性能、高效益低成本的測試解決方案以降低生產(chǎn)成本，保證利潤空間維持在一定水平。

汽車類器件的發(fā)展趨勢是在單一芯片、封裝或模塊中集成各種技術，也就是所謂的“片上系統(tǒng)”。傳感器變得越來越重要。它們用于安全系統(tǒng)，如氣囊、駕駛控制或汽車動力系統(tǒng)。

過去10年市場的高速增長為實現(xiàn)質量、產(chǎn)品面市時間和成本目標設置了嚴峻的挑戰(zhàn)。因此汽車電子的設計過程是未來汽車項目成功的關鍵因素。汽車電子的生命周期對于半導體制造商來說非常重要。研發(fā)過程（包括通常的重設計）需要花費12-36個月。汽車款型每6到8年改變一次，但其使用的電子器件更新?lián)Q代周期僅2到4 年。產(chǎn)品使用時間最少為10年。因此隨著新技術的采用，電子器件可能會改變得更快，同時能夠為汽車制造商創(chuàng)造競爭優(yōu)勢。

汽車用器件的設計和測試面臨的嚴峻挑戰(zhàn)是成品率和失效率方面的要求。移動電話的失效率允許達0.5%，而汽車器件的失效率必須小于0.005%。新器件的測試需求甚至超過下列要求：ASIC失效率要低于0.0003%，標準器件的失效率必須小于0.0001%，分立器件的失效率不能超過0.00005%。

為了管理不斷增加的設計復雜度并保持設計工作的經(jīng)濟性，復雜的設計和測試工具必須支持并行和分布式的規(guī)范、設計、實現(xiàn)、集成以及測試工作和測試解決方案。

圖2，半導體器件分別工作在14 V 和 42 V電壓。

測試解決方案

器件的復雜性需要高性能、高靈活度的ATE系統(tǒng)，但同時必須提高生產(chǎn)率以保持利潤空間并獲利。實現(xiàn)這一目標必須采用芯片并行測試，這樣才能提高產(chǎn)能并降低測試成本。創(chuàng)造新應用的時間必須盡可能短，以配合新測試程序的生成和維護工作。

對于汽車器件混合信號測試系統(tǒng)，最大的挑戰(zhàn)是在一個全面且成本效益高的解決方案中提供數(shù)字、模擬、DSP和電源測試的能力。系統(tǒng)結構必須是可擴展的，以覆蓋汽車電子產(chǎn)品廣泛的測試需求。靈活性和速度可以通過真正的每管腳測試儀的結構實現(xiàn)。高速系統(tǒng)總線必須提供最大的產(chǎn)能和最低的測試成本。高性能儀器必須能夠與數(shù)字圖型完全同步?；旌闲盘柟茈娮有阅鼙仨毮軌蛑С指哌_50 MHz的高數(shù)據(jù)傳輸率，提供-2 V ～ +28 V的電壓擺幅。

科利登復雜的電源混合信號測試系統(tǒng)Falcon和 Piranha能夠應對這些挑戰(zhàn)。

圖 3， 3種不同的管腳類型覆蓋廣泛的測試需求：

- DPIN： 數(shù)字混合信號管腳，用于高速數(shù)字需求 ；

- VPIN： 具有高壓測試能力的數(shù)字混合信號管腳，其30 V的電壓擺 幅和50 MHz的數(shù)據(jù)速率很好的滿足了汽車器件的測試需求 ；

-APIN： 模擬混合信號管腳，用于高壓高精度，提供 +-100 V/40 mA的每管腳參數(shù)測量單元（PMU）用于汽車工業(yè)的電源 混合信號測試。

圖 4，多功能混合信號管腳結構圖。

多功能混合信號管

腳電子性能

多功能混合信號管腳VPIN包括幾個功能模塊，如向量存儲器、ATE管腳控制器、驅動器、比較器、負載和每個通道獨立的PMU。

控制器由序列產(chǎn)生器、時序發(fā)生器、格式化器件和比較邏輯組成。數(shù)字矩陣提供接入數(shù)字儀器的接口，如定時器、計數(shù)器、時間測量單元和用于同步及觸發(fā)的觸發(fā)器。

通過模擬矩陣，每個管腳通道都能夠使用模擬儀器，如VI 源、系統(tǒng)電壓表和DSP儀器，通過編寫軟件可以簡化負載板的設計和額外的測試測量電路的集成。板上控制器允許進行并行測量。驅動/反饋技術保證精確的模擬激勵并允許在拆分模式下使用VPIN，這樣可以使測試管腳通道加倍。拆分模式允許驅動和探測路徑同向。

新的數(shù)字管腳VPIN 被設計用于滿足汽車器件的特殊測試需求，電壓最高需達25V （通常值為14V） 才能進行受力測試。VPIN是高壓混合信號管腳，具有較好的數(shù)字測試性能。它提供30V 電壓擺幅和最高50MHz 的數(shù)據(jù)率用于測試高壓高速混合信號器件。

真正的每管腳測試儀結構提供高靈活性和完整的并行測試能力。每個管腳獨立的序列產(chǎn)生允許以不同的數(shù)據(jù)頻率發(fā)生同步或異步數(shù)字圖型。

向量存儲器存儲測試向量、序列指令、格式和時序信息。存儲器中包含激勵/預期數(shù)據(jù)，用于驗證器件的輸出數(shù)據(jù)。發(fā)送和接收存儲器支持實時記錄，ADC測試需要這種能力?？梢栽谙蛄窟\行時讀取存儲器中的數(shù)據(jù)。每個管腳獨立的PMU允許并行的直流參數(shù)測試。通過軟件控制線路切換，每個通道都可以連接到模擬和數(shù)字儀器。板上控制器存儲不同的測試設置，可以并行的調用從而可以快速的執(zhí)行測試。進行高精度模擬測量時可以關閉控制器以降低噪聲。驅動/反饋結構保證了先進的模擬精度。

科利登Falcon系統(tǒng)的VPIN管腳最多可達128 個。

圖 5，多功能混合信號管腳。

重要的儀器

VI 源

可以選擇高性能VI源，覆蓋廣泛的汽車應用的測試需求。VI源的操作可以從低電流到高功耗。所有的源都是浮地的，可以進行四象限操作。板上測量支持并行測試，可以通過測試向量對VI進行控制和觸發(fā)。通過報警和保護功能可以獲得最高的可靠性。很多其它特性，如VI源的疊加和并行使用，保證了用戶可以獲得最高性能和靈活性。

圖6， V/I源—— 從nA到 kW的靈活性。

DSP發(fā)生器和數(shù)字化儀

科利登的Falcon和Piranha系統(tǒng)提供幾個DSP儀器選件，分辨率可達20位，采樣頻率可達200 MHz。DSP發(fā)生器和數(shù)字化儀可以滿足廣泛的汽車器件模擬波形的測試需求。每個DSP儀器都有專用的DSP引擎，可以提供真正的并行測試能力。每通道獨立的數(shù)字化儀DSP引擎提供時域或頻域最快速的測量。所有的數(shù)字化儀和DSP發(fā)生器能夠與提供的相關采樣同步。

系統(tǒng)總線

嵌入式的同步總線保證了系統(tǒng)所有儀器間的同步。數(shù)字、模擬、DSP和電源儀器的同步可以順利的進行。使用觸發(fā)線觸發(fā)同步信號的發(fā)生并測量能夠較容易地進行關鍵時間參數(shù)的測量。這些獨特的同步能力保證了系統(tǒng)的最大靈活性和產(chǎn)能。

總的來說， Falcon和Piranha 是一種靈活的解決方案，用于應對汽車器件混合信號測試的挑戰(zhàn)。根據(jù)需要，科利登測試系統(tǒng)能夠滿足汽車工業(yè)用器件在數(shù)字、模擬、DSP和電源測試方面的需要。通過高速儀器和并行測試技術，科利登的系統(tǒng)可以提供最高的產(chǎn)能和最低的測試成本。每管腳測試儀的結構和互連保證了高度的靈活性。先進的軟件工具包提供集成的工具，可以獲得最短的開發(fā)到生產(chǎn)時間。

圖 7，DSP發(fā)生器和數(shù)字化儀——從高精度到高速的靈活性。

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