基于TestStand的無線測試模塊設(shè)計(jì)更智能的半導(dǎo)體測試系統(tǒng)

1. 智能設(shè)備

對于許多人來說，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。 當(dāng)我們通過智能手機(jī)控制鳥巢溫控器、使用手環(huán)記錄我們行走的步數(shù)以及使用平板電腦觀看視頻時(shí)，我們已經(jīng)切切實(shí)實(shí)在享受這些可感應(yīng)、可連接和可計(jì)算的設(shè)備所帶來的好處。但即便對于早期的使用者來說，物聯(lián)網(wǎng)也只是處于起步階段。 Gartner估計(jì)不久的將來，互連設(shè)備的數(shù)量將會超過人類的數(shù)量，到2022年，每個家庭將擁有500多個互連設(shè)備。

鑒于當(dāng)前的創(chuàng)新速度，依靠儀器或者ATE供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)快速創(chuàng)新會是一個很可怕的想法

雖然我們作為消費(fèi)者正在享受物聯(lián)網(wǎng)的好處，但對于工程師來說，龐大的物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模卻帶來了諸多挑戰(zhàn)。 從測試最小的集成電路（IC）到完全組裝的無線設(shè)備，loT給當(dāng)前的測試測量行業(yè)帶來了模式級的轉(zhuǎn)變。 在半導(dǎo)體行業(yè)，對更小且集成度更高的傳感器技術(shù)的需求正在推動新的、更低成本的混合信號測試方法。 在消費(fèi)電子領(lǐng)域，盡管無線技術(shù)的復(fù)雜性提高了，但保持測試覆蓋率仍是推動并行測試等創(chuàng)新測試方法的動力。loT系統(tǒng)的發(fā)展不僅需要改進(jìn)機(jī)架堆疊式臺式儀器或交鑰匙ATE系統(tǒng)的現(xiàn)狀，還需要具有能滿足或超出待測設(shè)備（DUT）需求的連接和解決問題能力。鑒于當(dāng)前的創(chuàng)新速度，依靠儀器或者ATE供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)快速創(chuàng)新會是一個很可怕的想法。

2. 遠(yuǎn)比智能待測設(shè)備（DUT）更智能

怎么樣才能讓測試系統(tǒng)智能化？ 這需要靈活的軟件定義I/O模塊來感測正確的連接以實(shí)現(xiàn)同步和數(shù)據(jù)傳輸（無論是本地還是云端），更需要強(qiáng)大的計(jì)算能力來進(jìn)行信號處理，這正是智能設(shè)備發(fā)揮最大作用的所在。

NI借助自動化測試方法實(shí)現(xiàn)了更智能的測試系統(tǒng)。借助一個專為自定義（無論是通過最新的商業(yè)技術(shù)還是專業(yè)知識進(jìn)行自定義）而完全重新開發(fā)的平臺，您已經(jīng)成為這個有生命、會呼吸且不斷演進(jìn)的生態(tài)系統(tǒng)的一部分，她正致力于為各行各業(yè)提供創(chuàng)新的自動測試方法。 沒有其他測試與測量技術(shù)公司會比NI投入更多的研發(fā)資金來升級測試系統(tǒng)的智能性， 也沒有其它供應(yīng)商擁有如此長期的成長記錄以及與客戶保持如此密切的合作關(guān)系。 而這些只是剛剛開始。

閱讀這篇文章，您將會了解到如何借助一個開放式平臺以及充滿活力的生態(tài)系統(tǒng)來構(gòu)建更加智能的測試系統(tǒng)，以滿足智能設(shè)備的測試需求。

3. 專為自定義化而開發(fā)的平臺

所有的技術(shù)供應(yīng)商都在談?wù)撈脚_。 對于大型工程團(tuán)隊(duì)，層次結(jié)構(gòu)和模塊化的應(yīng)用是高效開發(fā)的關(guān)鍵。 放棄基于平臺的做法意味著每當(dāng)系統(tǒng)遇到瓶頸時(shí)，你通常要從頭開始重新開發(fā)。 過去，你可能能夠?qū)⑦@個必要性延長幾年甚至幾十年，但現(xiàn)在智能設(shè)備的快速創(chuàng)新步伐往往令我們措手不及。

因此，所有的測試測量廠商使用這種或那種形式的平臺來為用戶開發(fā)產(chǎn)品功能。 但是，這并不意味著所有平臺都是一樣的。 有些平臺純粹是為了提高內(nèi)部設(shè)計(jì)效率而設(shè)計(jì)。 如果示波器供應(yīng)商可以針對所有示波器使用相同的計(jì)算電路子板，這意味著他們在設(shè)計(jì)中使用的是一個通用的平臺，而示波器的采樣速率、帶寬或屏幕大小卻可以不一樣。 客戶并沒有看到計(jì)算“平臺”或與之互動，但它可以幫助供應(yīng)商更快速發(fā)行新示波器，這就是平臺的價(jià)值。

圖1. 更智能的技術(shù)平臺為設(shè)計(jì)人員和開發(fā)者提供了較高的起點(diǎn)，

使其可重復(fù)利用核心功能元素以及商業(yè)現(xiàn)成技術(shù)。

供應(yīng)商使用一個平臺并不是理想的做法。為了讓客戶可以更靈活的使用該平臺，他們必須為其進(jìn)行投資構(gòu)建。 并非一切都需要百分之百開源，（這會帶來諸多管理挑戰(zhàn)）但該平臺的演進(jìn)速度必須比供應(yīng)商的管理步伐要更快速。

在NI，我們采取一種完全不同的平臺方法。 我們創(chuàng)建這些平臺來幫助我們的用戶提高效率——即使有時(shí)候會犧牲我們自己的效率。 我們?yōu)檐浖峁┝薃PI，為硬件提供了機(jī)械/電氣接口，這樣不同組件可以以任何方式互連，這使得用戶可以獲得最高的效率。 除了剛才關(guān)于示波器計(jì)算“平臺”的比喻，NI平臺還讓您指定示波器所需的計(jì)算類型，而且在需要時(shí)進(jìn)行升級，以便與處理需求的變化保持一致。 其他廠商會讓您買一個全新的示波器，但NI模塊化示波器能夠讓您單獨(dú)優(yōu)化儀器內(nèi)的各個組件。

越來越多的硬件功能正轉(zhuǎn)移到軟件領(lǐng)域。 為了與智能設(shè)備的創(chuàng)新步伐保持同步，您需要軟件或儀器和測試系統(tǒng)具有極大的靈活性。 以RF放大器技術(shù)的新數(shù)字預(yù)失真技術(shù)為例， 為了有效地構(gòu)建這些算法的模型并進(jìn)行測試，您的儀器需要通過易于理解的軟件實(shí)現(xiàn)開放性和可修改性。儀器成功測試功率放大器的技術(shù)專利其實(shí)與儀器本身并沒有關(guān)系——但很顯然，它需要能夠與儀器進(jìn)行良好的配合。 專為自定義而構(gòu)建的平臺方法不僅滿足了這一需求，而且在智能設(shè)備上結(jié)合正確的專業(yè)知識也可以輕松實(shí)現(xiàn)。

4. 基于平臺的生態(tài)系統(tǒng)

當(dāng)您贊同用戶可自定義的平臺是與智能設(shè)備創(chuàng)新步伐保持一致的關(guān)鍵的觀點(diǎn)后，您可能會開始擔(dān)心自己的自定義能力。 相比之下，數(shù)幾十年來，臺式儀器為常見的測量提供按鈕式方法以及基于固件的算法，這在測量的有效性和可追溯性上有較高的置信度。 那您自定義的儀器如何具有相同的置信度水平呢？ 答案是： 一個由自定義IP組成的生態(tài)系統(tǒng)。

這一情況也同樣適用于iPhone。 如果每個人都需要自己編寫所有的應(yīng)用程序，那App Store的前景顯然并不那么有吸引力。 但是在創(chuàng)建一個真正開放的平臺后，又加入清晰定義的API和硬件規(guī)格，一個生態(tài)系統(tǒng)就建立起來了。 這就是iPhone成為數(shù)十億個應(yīng)用程序下載機(jī)器的秘密，這也是NI自動化測試方案成為降低測試成本最值得信賴的方法的原因。

圖2. NI生態(tài)系統(tǒng)的能力不僅僅在于能夠通過開放式平臺規(guī)避開發(fā)復(fù)雜測試系統(tǒng)過程中產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。

NI生態(tài)系統(tǒng)由許多部分組成：

用戶社區(qū)——包含了成千上萬個使用LabVIEW、TestStand和LabWindows?/CVI等NI軟件的活躍用戶。 這還不包括使用NI硬件驅(qū)動程序的開發(fā)人員的數(shù)量。 在很多方面，他們正面臨著與您同樣的智能設(shè)備挑戰(zhàn)，并積極地在NI在線和面對面用戶社區(qū)分享他們的經(jīng)驗(yàn)。 如果您在大型跨國組織工作，很有可能貴公司已經(jīng)成立了一個LabVIEW用戶群。 小型企業(yè)的測試工程師也可通過社區(qū)獲得來自數(shù)千個熱心同行的在線幫助。 很多時(shí)候，這些同仁開發(fā)的算法或代碼范例已經(jīng)通過社區(qū)審核，可通過LabVIEW工具網(wǎng)絡(luò)下載。 NI社區(qū)提供的資源數(shù)量之龐大和速度之快是我們、您或任何其他測試廠商的研發(fā)部門都無法做到的。

合作伙伴和集成商 - 如果您的資源緊張或領(lǐng)域?qū)I(yè)知識有限，可能會需要專家的幫助。 無論是簡單的咨詢或交鑰匙系統(tǒng)交付和支持，NI聯(lián)盟合作伙伴網(wǎng)絡(luò)在全球擁有1000多家合作伙伴，可隨時(shí)為您提供幫助。 許多合作商在類似的自動化測試應(yīng)用上擁有豐富的專業(yè)知識和經(jīng)驗(yàn)，知道如何構(gòu)建可隨需求變化和升級的智能自動化測試系統(tǒng)。

NI支持——當(dāng)您需要向NI咨詢時(shí)，我們在全球的700多個應(yīng)用工程師和系統(tǒng)工程師團(tuán)隊(duì)可以為您提供服務(wù)。 基于對NI工具的熟練掌握和快速響應(yīng)客戶需求以及幫助客戶成功的堅(jiān)定承諾，NI支持團(tuán)隊(duì)可以通過電話、電子郵件或親自上門來幫助您開發(fā)或優(yōu)化測試測量系統(tǒng)，以滿足不斷變化的需求。

NI現(xiàn)場工程師-NI擁有一個世界一流的網(wǎng)站，方便您收集信息和訂購測試設(shè)備。 但是在您購買之后，我們的當(dāng)?shù)劁N售工程師和內(nèi)部銷售工程師仍會與您保持密切聯(lián)系，了解您的需求。 您可從使用過產(chǎn)品和熟悉產(chǎn)品目錄的工程師那里獲得答案和建議，他們甚至可以在適當(dāng)?shù)那闆r下提供產(chǎn)品發(fā)展路線圖和生命周期信息。

第三方硬件和軟件—當(dāng)開放式平臺描述對外開放后（通過API和支持的硬件接口），就會促進(jìn)第三方產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)蓬勃發(fā)展。 將近20年來，PXI這個由PXI系統(tǒng)聯(lián)盟管理的多廠商聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)證實(shí)了這一點(diǎn)。 LabVIEW工具網(wǎng)絡(luò)可供下載的第三方軟件的數(shù)量也非?？捎^，到目前為止，下載次數(shù)已經(jīng)超過三百萬。 除了查找應(yīng)用所需的特定IP外，LabVIEW工具網(wǎng)絡(luò)還提供了一個平臺來讓您分享您在NI生態(tài)系統(tǒng)的投資，并從中獲取一定的利益。

NI硬件服務(wù)—NI提供硬件服務(wù)來幫助您在系統(tǒng)的整個生命周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)最低總體擁有成本。 NI硬件服務(wù)包括維修、更換、區(qū)域性備件、系統(tǒng)配置和組裝以及不同級別的返修或現(xiàn)場校準(zhǔn)選項(xiàng)。 在出售超過15萬臺PXI系統(tǒng)后，校準(zhǔn)和模塊化儀器售后服務(wù)是NI及其他認(rèn)證機(jī)構(gòu)必須抓住的核心競爭力。

5. 改變半導(dǎo)體測試的現(xiàn)狀

2014年，我們針對RF和混合信號特性分析以及生產(chǎn)測試推出了適用于生產(chǎn)的智能系統(tǒng)——半導(dǎo)體測試系統(tǒng)（Semiconductor Test System， STS）。 不同于采用封閉式架構(gòu)的ATE，STS采用的是開放式模塊化架構(gòu)，可兼容最先進(jìn)的PXI儀器。 這對于RF和混合信號測試尤為重要，因?yàn)閭鹘y(tǒng)ATE的測試覆蓋范圍往往無法滿足最新半導(dǎo)體技術(shù)的要求。

圖3. NI半導(dǎo)體測試系統(tǒng)（STS）

STS搭載了TestStand半導(dǎo)體模塊、業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的TestStand測試管理和數(shù)據(jù)分析軟件的專用版本以及LabVIEW系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，包含了針對半導(dǎo)體生產(chǎn)環(huán)境的一系列豐富功能，包括一個可定制的操作界面、分選機(jī)（Handler）/探針臺（Prober）集成、具有引腳/通道匹配功能且以設(shè)備為中心的編程、標(biāo)準(zhǔn)測試數(shù)據(jù)格式報(bào)告生成，以及集成式多站點(diǎn)支持。 有了這些功能，您可以快速開發(fā)、調(diào)試和部署測試程序，縮短整體上市時(shí)間。 此外，STS具有全封閉的“零占用空間”測試頭，集成了“Optimal+實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)”分析解決方案，采用了Reid Ashman的標(biāo)準(zhǔn)接口連接和對接機(jī)制，可輕松集成到半導(dǎo)體生產(chǎn)測試單元中。

Cirrus Logic公司針對其為IoT設(shè)備供電的Audio-CODEC產(chǎn)品的量產(chǎn)測試選擇了STS。 在測試系統(tǒng)的基準(zhǔn)測試比較中，STS在以下方面完勝專用的封閉式ATE： 速度、測試覆蓋率和價(jià)格。 根據(jù)比較結(jié)果，Cirrus Logic公司正在嘗試將STS應(yīng)用于更多產(chǎn)品的測試。 “STS的速度快了約30%。 此外，它滿足了我們提出的所有其他運(yùn)營要求，包括成本。 最后我們的結(jié)論是，購買STS比租用傳統(tǒng)ATE更便宜，”Cirrus Logic公司的產(chǎn)品和工程測試經(jīng)理John Cooke表示。

“由于測試系統(tǒng)不斷更新?lián)Q代，或者無法滿足新的測試需求，因此傳統(tǒng)的ATE系統(tǒng)往往需要高昂的測試工具替換成本，但是STS的開放式PXI架構(gòu)卻可以讓我們保有原本的投資，并且以此為基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化，無需淘汰任何設(shè)備。 此外該架構(gòu)還提供了所需的靈活性來幫助我們重新配置和擴(kuò)展測試平臺，使其滿足我們不斷提高的性能需求?！?/p>

—Glen E. Peer， Integrated Device Technology Inc.

6. 改變無線測試現(xiàn)狀

在自動化測試價(jià)值鏈中，驗(yàn)證半導(dǎo)體芯片功能之后的下一步是消費(fèi)設(shè)備的板卡級和器件級測試。 正如STS是在PXI的基礎(chǔ)上添加了一個堅(jiān)固的外殼、連接選項(xiàng)和專用軟件，我們也對無線設(shè)備測試進(jìn)行了同樣的研發(fā)，并于2015年推出無線測試系統(tǒng)（WTS）。WTS結(jié)合了PXI硬件、LabVIEW和TestStand的最新進(jìn)展，為WLAN接入點(diǎn)、手機(jī)、信息娛樂系統(tǒng)和其他包含蜂窩、無線連接和導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)等多標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的多標(biāo)準(zhǔn)、多設(shè)備、多端口測試提供了一個統(tǒng)一的平臺。

圖4. NI無線測試系統(tǒng)（WTS）

WTS結(jié)合NI PXI矢量信號收發(fā)儀（VST）和多核處理技術(shù)，提供業(yè)界領(lǐng)先的測試速度。 通過更快速的測量，用戶可減少無線設(shè)備制造測試的成本。 在軟件方面，基于TestStand的無線測試模塊為Qualcomm和Broadcom等無線芯片廠商提供了可立即運(yùn)行的測試序列，SCPI接口可允許基于以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程自動化，使該模塊能夠輕松集成到現(xiàn)有的生產(chǎn)線。

借助這些功能，用戶將可大大提高其測試設(shè)備的效率，并進(jìn)一步降低測試成本。 哈曼公司選擇WTS來測試其緊急呼叫裝置，并與NI鉑金級聯(lián)盟伙伴NOFFZ合作，將WTS直接集成到生產(chǎn)線中。 “使用NI無線測試系統(tǒng)，我們可以在同一個設(shè)備上測試多種無線技術(shù)，包括藍(lán)牙、WIFI、GPS和蜂窩?！盚ARMAN/Becker汽車系統(tǒng)公司的Markus Krauss表示， “WTS和NOFFZ的RF測試工程專業(yè)知識幫助我們顯著減少了測試時(shí)間，且可以快速安裝和運(yùn)行測試系統(tǒng)?！?/p>

7. 總結(jié)

隨著待測設(shè)備日益智能化，有一個問題出現(xiàn)了： 我是否能夠相信我的儀器供應(yīng)商具有足夠快速的創(chuàng)新能力來滿足我的業(yè)務(wù)需求？ 或許更重要的一點(diǎn)是，這是否值得我冒著風(fēng)險(xiǎn)去尋找答案？

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