布魯塞爾自由大學 (Vrije Universiteit Brussel，VUB) 使用 NI LabVIEW 與 PXI 模組化儀器，進行自動化晶片的特性記述 (Characterization) 與校準

Author(s):
Riemer Grootjans - Vrije Universiteit Brussel，VUB
Daniël van Nieuwenhove - Vrije Universiteit Brussel，VUB
Ward van der Tempel - Vrije Universiteit Brussel，VUB

Industry:
Research, University/Education, Semiconductor

Products:
LabVIEW, PXI/CompactPCI

The Challenge:
開發彈性的測試系統，使之於多種條件下可自動特性記述 (Characterize) 其內建電路。

The Solution:
使用 NI LabVIEW 與 PXI 模組化儀器，以同步化不同的儀器，並建置緊密時脈與觸發的電路簡圖 (Scheme)。

布魯塞爾自由大學 (Vrije Universiteit Brussel，VUB) 擁有超過 9,000 名學生，並提供 129 種的研習課程。我們在 2 處校區共擁有超過 150 個研究團隊，讓 VUB 成為歐洲許多國家首都中的最大知識中心之一。

 

晶片測試

這些研究團隊中的 Laboratorium voor Micro-en Fotoelektronica (LAMI)，正開發高解析度的 3D 相機系統。系統包含 LED 陣列、透鏡系統，與完整的互補式金屬氧化半導體 (CMOS) 整合電路 (IC)。LED 陣列將傳輸由物件周圍所反射的調變訊號。經過調變後的光將穿過透鏡，並以調變光波的飛行時間 (Time-of-flight) 為基礎，抵達包含可變時間 (相位) 延遲的晶片。相同的調變訊號將充斥 IC 本體，並包含 90 度、180 度，與 270 度的相位切換 (Phase-shifted) 訊號。IC 將於每個相位階段量測光線的密度，並透過 4 個輸出通道送出最後的整合訊號。這些輸出通道均連接至 2 組同步化的示波器，以量測經調變飛行時間訊號的相位延遲。

系統的關鍵部份為 IC。我們現在可測試多種不同設定參數的 IC 產生與類型，包含敏感度、精確度、解析度，與外部影響。

 

混合訊號晶片的特性記述 (Characterization)

NI PXI 包含多種數位與類比儀器，可控制 LED 陣列與受測 (Under test) IC，並量測所發生的回應。在程式剛開始時，NI 5404 可觸發並同步化每組 PXI 裝置，且提供通用的基礎時脈。NI PXI-5421 則針對 LED 陣列提供調變波形。NI PXI-6552 將透過預先設定的相位延遲，輸出相同的調變數位波形 (Pattern) 至晶片。此數位波形將輸出於 4 個數位通道，每通道包含 90 度的相位延遲。我們使用第二組同步化的 NI PXI-6552，針對晶片、取樣保持 (Sample and hold)、像素選擇，與晶片重設訊號進行時脈與同步化。由於數位調變訊號的邏輯電壓準位，不同於晶片控制訊號，因此我們必須使用第二組 NI PXI-6552。NI PXI-6552 可彈性控制邏輯電壓準位，並將此設定套用至介面卡中的所有通訊埠。

IC 各像素的電路，將針對每輸入訊號的 90 度相位移轉 (Phase shift) 累積足夠的光源，並提供此累積訊號至 4 個獨立的類比輸出通道。使用 2 組同步化的 NI PXI-5122 分別對 2 個通道進行模擬取樣，以擷取類比訊號。透過此種方式，我們可從極座標圖 (Polar diagram) 的 4 軸中，取得調變訊號的相位或 I/O 訊號。我們使用 NI PCI-7831R 設定晶片所需的某些 DC 準位。在未來的設定中，我們計劃於 FPGA 中建置部份的 IC 原型製作與控制。

系統軟體是以 NI LabVIEW 所撰寫，其簡單易用的圖形化使用者介面，讓我們輕鬆應用所需的參數。我們亦建置可於晚上執行測試的方式，因此可省去多個參數，如調變頻率與相位延遲；並可評估所產生的相關影響。我們已多次使用此系統進行完整的半導體測試。

 

測試系統的優點

我們測試系統的主要優點，即整合類比與數位儀器至單一系統中。NI PXI 系統可緊密控制時脈，並降低抖動的影響；即便使用獨立的儀器，NI PXI 系統亦可提供較佳的解決方案。透過 NI LabVIEW，我們可迅速建立包含這些時脈與觸發功能的系統。另 1 項優點即為其彈性。雖然每晶片的控制需求有些許不同，我們亦能夠使用 NI LabVIEW 建立系統所需的彈性。

 

結論與未來的工作

在以後的幾個月中，我們將全力測試新的 IC，並以新功能擴充整個研究計畫，如以人工智慧 (AI) 自動掃除參數，以達到受測 (Under test) 晶片的最佳效能。我們亦必須使用 NI LabVIEW 介面進行外部參數，如背景光源與物件間的距離。

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Riemer Grootjans
Vrije Universiteit Brussel，VUB
mailto:rgrootja@etro.vub.ac.be

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