綜合儀器方法解決棘手的系統(tǒng)級測試

當(dāng)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(yīng)用中，從設(shè)計到生產(chǎn)的生命周期縮短到僅有6個月。另外，設(shè)備內(nèi)含和拓?fù)湔龔膯我幌蚨喙δ芷骷D(zhuǎn)化進(jìn)而涉及整個子系統(tǒng)和系統(tǒng)，并常常作為單一方案(例如智能電話和iPhone那樣的設(shè)備)。

進(jìn)一步，直接軟件控制和設(shè)備配設(shè)對多載頻功放(MCPA)和軟件定義無線(SDR)來說已是家常便飯。且類似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)時條件下進(jìn)行。

當(dāng)考慮到所有這些因素時，可測試及可制造方案的理想設(shè)計(DFTM)特性和要求被快速呈現(xiàn)出來。“綜合”儀器可容易地提供和滿足這些特性和要求。與靜態(tài)堆架式(rack-and-stack)測試系統(tǒng)不同，綜合儀器可相當(dāng)簡單地與被測試設(shè)備(DUT)系統(tǒng)地和諧共進(jìn)。

什么是綜合測試？

傳統(tǒng)測試系統(tǒng)供應(yīng)商將各種臺式測試儀器或?qū)Ｓ脙x器模塊通過合適的互連電纜將它們嵌裝在一個架構(gòu)內(nèi)，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(diào)用內(nèi)置在這些儀器內(nèi)功能的軟件。對測試系統(tǒng)開發(fā)來說，“堆架式”是這種方法的一個更常用叫法。目前使用的傳統(tǒng)儀器有：示波器、數(shù)字萬用表、頻譜分析儀和頻率計數(shù)器等，它們或是單臺獨(dú)立系統(tǒng)或作為整個測試系統(tǒng)一部分。

綜合儀器通過將軟件應(yīng)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(gòu)造塊的系統(tǒng)級校準(zhǔn)軟件結(jié)合起來的方法將激勵和傳統(tǒng)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(dá)和EW發(fā)射和接收器、SDR、移動/手持設(shè)備和電話、無線基礎(chǔ)建構(gòu)、器件和子系統(tǒng)以及其它目前設(shè)計和安裝的通信系統(tǒng)背后普遍采用的支撐技術(shù)。

綜合架構(gòu)還強(qiáng)化了測試系統(tǒng)的升級以及系統(tǒng)地處理老舊問題的能力。當(dāng)需要升級或有老舊問題需要處理時，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(yīng)的測量和測試應(yīng)用。它減低了處理陳舊儀器的成本還減小了伴隨該設(shè)備更新所帶來的技術(shù)風(fēng)險。

借助綜合系統(tǒng)，一個組織可生成各種信號類型，包括：數(shù)字、模擬、RF和微波。它是采用模塊化硬件、系統(tǒng)軟件和模塊化測量及應(yīng)用軟件來實(shí)現(xiàn)的。綜合系統(tǒng)架構(gòu)具有單獨(dú)/整體探究硬件、測量和應(yīng)用性能的獨(dú)特能力。獨(dú)立于硬件的軟件測量庫還規(guī)避了硬件性能進(jìn)化時重復(fù)開發(fā)的風(fēng)險。

綜合系統(tǒng)可解決多行業(yè)測試問題。它是通過結(jié)合模塊化硬件和軟件組件以生成一個強(qiáng)大的新測試儀器系列來實(shí)現(xiàn)的，從而具有比傳統(tǒng)的單機(jī)單測量功能堆架式測試儀器明顯的優(yōu)勢。借助綜合系統(tǒng)架構(gòu)有可能利用多個并行路徑將測試時間/吞吐量分別縮短/增加到傳統(tǒng)堆架式方案的4~10倍。

綜合測試系統(tǒng)的關(guān)鍵優(yōu)勢包括：

1. 降低了單位測試成本；

2. 縮短了測試時間、提升了效率；

3. 減少了測試設(shè)備需求和測試配置；

4. 測量速度更快、結(jié)果更準(zhǔn)確；

5. 簡化了系統(tǒng)級校準(zhǔn)工作；

6. 減少了資金投入，降低了維護(hù)和保有成本；

7. 減少了升級和陳舊處理問題；

8. 具備滿足下一代測量算法開發(fā)所需的平臺；

9. 獨(dú)立于平臺和系統(tǒng)的再利用模式；

10. 從系統(tǒng)硬件和軟件配置中析取測試應(yīng)用和測量軟件。

綜合系統(tǒng)可減少升級及產(chǎn)品陳舊問題。硬件、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用和測量功能架構(gòu)模塊可按需完全或單獨(dú)替換。此舉降低了升級費(fèi)用和系統(tǒng)集成風(fēng)險，這兩個問題可對測試應(yīng)用配置帶來消極影響。

綜合系統(tǒng)解決了當(dāng)校準(zhǔn)和功能測試循環(huán)被直接編程進(jìn)系統(tǒng)功能模塊時引發(fā)的再校準(zhǔn)問題。它允許連續(xù)地實(shí)時運(yùn)行校準(zhǔn)程序。因此，它省去了重新校準(zhǔn)一個給定系統(tǒng)經(jīng)常所需預(yù)先計劃的停機(jī)時間。另外，連續(xù)的嵌入式校準(zhǔn)能力還加強(qiáng)了測試系統(tǒng)的總體完整性。

綜合架構(gòu)還強(qiáng)化了測試系統(tǒng)升級及處理系統(tǒng)的陳舊問題的能力。當(dāng)出現(xiàn)升級或陳舊情況時，只需增加或替換直接有/受影響的模塊，而非整個儀器組或相應(yīng)的測量和測試應(yīng)用。除降低伴隨該處理過程的技術(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(biāo)為導(dǎo)向的編程處理軟件“模塊“的方式相同。因而，以目標(biāo)為導(dǎo)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(xiàn)利用與功能硬件模塊一對一對應(yīng)的軟件目標(biāo)。另外，它們將激勵和測量算法作為軟件目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

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(nèi)的模塊及確定最終激勵或測量能力。簡言之，若了解每個模塊的傳遞函數(shù)，你就能組合它們以生成復(fù)雜的激勵或測量。因模塊被當(dāng)作目標(biāo)，那么一或多個校準(zhǔn)系數(shù)也可位于目標(biāo)內(nèi)。因此，在保持將高質(zhì)量和敏感的系統(tǒng)級校準(zhǔn)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(biāo)為導(dǎo)向的方法的進(jìn)一步好處包括為測試系統(tǒng)和DUT提供集成診斷和故障預(yù)警能力。對采用循序編程技術(shù)的傳統(tǒng)測試系統(tǒng)來說，集成診斷很難實(shí)現(xiàn)。借助以目標(biāo)為導(dǎo)向的綜合系統(tǒng)方法，智能軟件可方便地監(jiān)控硬件和軟件目標(biāo)的運(yùn)行狀態(tài)和情況以提供實(shí)時診斷。為系統(tǒng)增加趨向性(trending)，還可提供故障預(yù)警能力。

綜合系統(tǒng)環(huán)境獨(dú)立于硬件平臺和接口的選擇。因?yàn)橛布蛙浖K間的接口也被當(dāng)作插入目標(biāo)處理，所以，方案提供者可將PXI、LXI、PCI、PCI-X、VXI、GPIB、以太網(wǎng)、USB或包括開關(guān)光纖架構(gòu)在內(nèi)的其它通信總線組合在一起。

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(tǒng)的方法提供一個極其有力的系統(tǒng)架構(gòu)從而使再利用和擴(kuò)展成為可能。

通向綜合測試系統(tǒng)的方法

理想的DFTM方案提供全部所需的數(shù)據(jù)和控制接口，以及DUT在被測試時為實(shí)現(xiàn)功能和通信所需的模擬、運(yùn)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(tǒng)環(huán)境內(nèi)一樣(圖1)。

隨著DUT集成度和復(fù)雜性的增加，操作行為、通信模式、功能表現(xiàn)以及測試環(huán)境(TE)處理的數(shù)據(jù)類型必須能通過軟件重新配置和動態(tài)地再分配測試資源來調(diào)適需求。

考慮到DUT內(nèi)多個內(nèi)部和外部I/O(接口)進(jìn)程的同時發(fā)生，TE必須能執(zhí)行多個精準(zhǔn)控制及被仔細(xì)同步的復(fù)雜測量。這種情況經(jīng)常發(fā)生在實(shí)時條件下并與采樣和處理數(shù)據(jù)在同一模塊，且不丟失整個激勵、響應(yīng)和數(shù)據(jù)組流處理的連續(xù)性。

這一共時及被精準(zhǔn)同步的過程確保結(jié)果的原因/效應(yīng)關(guān)系，另外，受控和經(jīng)過分析的參數(shù)的行為得以一致地保持。同步還為DFTM工程師提供準(zhǔn)確、低不確定性及高度關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)/信息。

上市時間壓力持續(xù)擠壓著DUT開發(fā)周期，測試系統(tǒng)應(yīng)為DUT的可行性評估、開發(fā)、集成、驗(yàn)證、生產(chǎn)和維護(hù)各階段提供全部測試環(huán)境能力。為現(xiàn)代DUT存活周期的每一階段準(zhǔn)備多個/獨(dú)立的測試設(shè)備和測試團(tuán)隊(duì)從經(jīng)濟(jì)和可用測試資源(即，設(shè)備和人力積聚)兩方面來看都不實(shí)際。這樣，就需要設(shè)計出一種具有可測試和可制造性的測試環(huán)境，這種環(huán)境包含可動態(tài)、無縫并以具成本效益的方式適應(yīng)DUT各階段不同情況的綜合方案和資源(圖2)。

DUT集成度及復(fù)雜性的增加加之開發(fā)周期的縮短使傳統(tǒng)測試儀器難以提供高度專業(yè)、有用和完整的現(xiàn)代測試功能、程式及相應(yīng)結(jié)果(例如，傳統(tǒng)儀器上的按鈕和數(shù)據(jù)顯示種類)。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工程師可借助簡單改編(script)、圖形及其它人機(jī)接口技術(shù)進(jìn)行修改、集成、排序并補(bǔ)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(shù)據(jù)I/O互動。這將需要公共及整合程度更高的路線圖及在DUT開發(fā)者和TE供應(yīng)商間更高水平的合作。

重要的是我們要意識到，即便我們通常并沒公開對其進(jìn)行陳述，DUT開發(fā)者多年以來一直在其器件內(nèi)嵌入IP測試核(IPTC)。當(dāng)支持底層內(nèi)置測試(BIT)功能時，這些IPTC本質(zhì)上可非常簡單。當(dāng)支持由外部激勵和控制的邊界測試功能時，這些IPTC又可相當(dāng)復(fù)雜，在邊界測試時，可利用多個向量和組合通過限制在I/O層面的交互來驗(yàn)證DUT的完整功能。

在測試接口主要通過智能軟件在DUT和TE間的交互來約定的軟件定義器件內(nèi)，這些情況甚至?xí)兊酶毡?。這里，只有當(dāng)TE能“向外看”并能有效與DUT/TE的接口通信時，才能使DUT內(nèi)置測試能力得到最充分發(fā)揮。它再一次意味著在DUT開發(fā)者和TE供應(yīng)商間要進(jìn)行緊密合作，彼此的路線圖和開發(fā)活動要琴瑟和諧。

基于這些考慮，有人會說，在此快速變化的環(huán)境中，基于多個、單獨(dú)為某一應(yīng)用定制的儀器的傳統(tǒng)測試方案將無法跟上設(shè)計、測試和維護(hù)的需要，也無法適應(yīng)測試系綜(ensemble)的復(fù)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(yīng)新設(shè)備性能要求的DFTM方案。新測試系統(tǒng)還將允許沒被傳統(tǒng)測試儀器具有的具體功能和人機(jī)接口特性所嚴(yán)格規(guī)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(xiàn)到維護(hù)階段一直無縫地工作。這種高度集成的模塊化、軟件驅(qū)動的綜合架構(gòu)還通過把受影響的陳舊問題局限于單一的集成模塊而非整個測試系統(tǒng)，進(jìn)而支持對陳舊老化問題實(shí)施主動及具成本效益的管理。

隨著綜合測試方案得到認(rèn)同并迅速擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)的真正的綜合系統(tǒng)就很必要。

總體上，提供經(jīng)過驗(yàn)證了的綜合測試系統(tǒng)方案的公司一般也開發(fā)并集成系統(tǒng)部件。這些公司具有在一個完全校準(zhǔn)、同步過的且可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)追溯的測試下整合全部系統(tǒng)部件的經(jīng)驗(yàn)和專長。只有在這種條件下，一個真正綜合(即，基于測量)系統(tǒng)將準(zhǔn)確、可靠并連貫地執(zhí)行任務(wù)，從而提供一個真正超卓的DFTM方案。完全綜合、基于測量、高度集成、可通過軟件配置并具有自適應(yīng)能力的測試環(huán)境是通向未來之路。