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与PXI站在同一阵线——模拟艰难的挑战

昨天和大家分享了PXISA走过的风雨20年,探讨了PXI从不被大众所接受,到成为占主导地位的模块化T&M平台的发展历程。

今天想和大家分享的是,为什么要选择PXI?为什么模块化仪器对于系统级测试至关重要?

之 一  °

为什么选择PXI

以电子技术为动力的智能技术正变得越来越普遍。产品和系统正在获得更多的智能和方便,而且通常比以前的版本成本更低。但是随着技术的进步,测试策略也必须改变。目前的测试要求包括增加传感器模拟、故障插入、更高的数据速率和提高精度等因素。所有这些都必须在提高测试吞吐量和降低成本的同时完成。正如Pickering Interfaces的东亚业务开发经理Shaun Fuller和美洲/亚洲销售和营销总监Bob Stasonis解释的那样,在很多情况下,解决方案都是PXI, 事实证明PXI是一个非常灵活的平台。

即使很多供应商、更多的产品和参考案例的成功的关键原因都是选择了PXI。但是,在构建您的下一个测试系统时,当然还需考虑到这个平台的其他方面:

软件方面:拥有许多支持的编程语言、实时操作系统,以及针对HILS(循环仿真中的硬件)等应用程序的重点软件,使PXI的实现更加容易。

连接性:如果不能把最好的硬件连接到UUT(正在测试的单元),那硬件也是没有用的。但幸运的是,供应商以经创建了大量的连接器,足以和PXI保持良好的工作环境。

创造性: 当3U的规格首次发布时,它被认为是有缺陷的:许多人认为尺寸会限制潜在的带宽和密度。值得庆幸的是,他们错了。在单个矩阵中切换超过4000个继电器的开关密度和高达65ghz的射频仪器只是最近的几个例子。

兼容性: 混合测试系统现在基本是标准配置。因此,已经证明了PXI在这些环境中工作得特别好。

系统集成商: 测试行业的这一部分已经将PXI平台作为许多应用程序的解决方案。他们让PXI为客户服务的能力是其成功的重要部分。

客户: 法国领先的系统集成商,为汽车和航空航天工业开发功能和设计验证测试设备。

应用: 最终用户需要测试系统来验证其ECU (发动机控制单元)的设计可靠性,也称为PCMs(动力总成控制模块)或ECMs(发动机控制模块)。

让我们关注一个应用程序,其中PXI能够模拟UUT的部分操作环境。现有的系统是一个内部开发的设计,使用非常手工的方法进行故障模拟。从根本上说,要插入故障,操作者必须手动将接线板上的电缆移动到短针上,在Vbat或地面上卡住,或者注入错误的传感器数据。这种方法速度慢,容易出现人为错误,而且代价昂贵。考虑到电子系统故障时的责任问题和降低成本的持续压力,战略的改变显然是必要的。

之 二  °

为什么模块化仪器

对于系统级测试至关重要

随着半导体工业努力满足对更高性能、更小尺寸和更低成本的需求,封装系统(System in Package-SiP)技术正在对电子供应链产生重大影响。SiP包含两个或多个不同的模具,通常与其他组件(如被动原件、过滤器、MEMS、传感器和天线)组合在一起。有保证的系统级性能(guaranteed system-level)和SiPs即插即用的特性降低了公司设计负担。正如T&M供应商美国国家仪器公司(National Instruments)的高级现场营销工程师杰里米•特韦茨(Jeremy Twaits)解释的那样,随着对SiP强劲增长的预期,竞争将开始迎接从组装和包装技术到测试和验证的各种挑战。

例如,由于加入了射频元件,屏蔽(shielding poses)对装配设计过程提出了重大挑战。在测试方面,从集成到SiP的模具进行了测试,一般符合“好模具”标准;但是,当多个die(封装前的单个单元的裸片叫做die)组合在一起时(通常会添加主动和/或被动组件),SiP作为系统的性能必须得到验证和保证。

领先的半导体技术咨询公司TechSearch International的总裁兼创始人伊.简-瓦尔达曼(E. Jan Vardaman)表示:“SiPs的测试可能具有挑战性,测试设计很重要”。SiP通常包含多种功能和特性,这些功能和特性可能不适合传统的测试方法。

近年来测试的影响因素

近年来,系统级测试(SLT)的使用在确保SiP在其最终应用程序环境中的整体性能变得越来越重要。系统级测试环境以电气、物理和软件形式模拟最终应用程序环境,在理想情况下,它涵盖了100%的环境场景。如今,要找到一个满足这些需求的“现成商业模式 ”(commercial off-the-shelf-COTS)测试解决方案可能很困难,特别是面对以下的挑战:控制设备处理(device handling); 高水平数据交换(high-level communication); 应用程序负载板(application load boards); 和增加模拟和射频(increased analogue and RF)。

增加模拟和射频

Increased analogue and RF

SiP通常包括多个传感器和电源管理模块,以及一个或多个射频标准的无线电,例如:Wi-Fi、蓝牙、GPS、NFC和2G/3G/4G蜂窝通信。因此,测试人员需要提供可靠的模拟和射频I/O,类似于高性能自动化测试设备(ATE)。

PXI是一款在实现混合测量系统的理想工具,且拥有多种选择。用户可从数十家制造商的数百种模块中进行选择,并将它们集成到一个机箱当中,这允许工程师为他们的测试设备(DUT)进行定制. PXI系统从高精度DC到mmWave频率RF,它涵盖了大多数常见的测量要求。则另一个关键优势是,随着新一代SiP的发布,PXI仪器的灵活性能够提供必要的更新变化。

例如,考虑未来支持5G新空中接口的设备。SiPs需要支持更宽的带宽,更高的频率,新的波形和软件因素,而PXI的性质将成为解决这些问题的重要因素。例如,不仅使用符合最新3GPP规范的软件,它也能支持新的、载波聚合波形。

集成器件技术(IDT)部署了基于PXI的NI半导体测试系统(STS),以跟上不断增长的测试性能要求。IDT的格伦·伊·皮尔说(Glen E. Peer):“传统自动化测试系统需要花费大量的金额在更新硬件上,并无法满足新的测试需求,但开放的性质PXI STS的架构帮助我们保留我们最初的投资和建设,而不是把它淘汰。这提供了我们需要的灵活性,以重新配置和发展我们的测试平台,同时满足我们不断增长的性能需求。”

高水平数据交换

High-level communication

在电气和软件方面,系统级测试通常包含集成电路测试和终端设备测试的元素。例如,与SiP通信可能使用特定设备的协议(像是与终端设备如智能手表通信),而不是使用与自动化测试设备在IC级别进行测试的数字模式。

PXI平台提供了许多通过自定义协议进行通信的选项。大多数情况下,都是通过高速数字或Serial设备来实现的,这些设备通常使用LabVIEW-programmable FPGA,用于应用的定制和重用。

控制设备处理和应用程序负载板

Device handling and application load boards

系统级测试所需的测试时间可能很长,这带来了机械处理方面的挑战,通常包括异步加载和卸载的能力,以及处理多个站点(通常是几百个站点)的能力, 最终提供高吞吐量。系统级测试负载板可以专门设计来模拟最终应用程序环境。例如,用于手机的SiP的加载板可能类似于手机的参考设计。

NI通过在其半导体测试系统(STS)中部署PXI仪器来解决这些挑战。它的“测试头”设计包含了生产测试器的关键组件,包括系统控制器、仪表、测试设备接口和设备处理程序/探针器对接机制。

更容易成功的模块化方案

Early success with the modular approach

无论你是否在半导体行业工作,SiP可能会对你产生影响。对我们大多数人来说,好处将体现在移动设备和可穿戴设备的电子产品尺寸的缩小上。此外,对于在半导体行业工作的工程师和工程经理来说,必须克服的设计和测试挑战将会对他们产生影响。理解供应商提供的SiP产品路线图非常重要,因为它可能会对您的设计选项产生巨大变化。当今许多用于SiPs的系统级测试成功案例,都是以高性能、灵活的测试平台为中心——而PXI正是满足这种需求的理想场所。作为一个开放的、行业标准的平台,可以很容易地满足特定设备的需求,PXI将确保您今天所做的技术投资在未来会随着您的需求而发展。

广州虹科电子科技有限公司

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