NI PXI-6552を駆使した高速ICテスターの開発

Author(s):
株式会社 ペリテック - 井澤 年宏氏

Industry:
Semiconductor

Products:
Digital Multimeter Devices, Arbitrary Function Generators, LabVIEW, PXI/CompactPCI, TestStand

The Challenge:
①セットアップ・ホールドタイム試験機能の実現②ファンクション試験機能の実現③高速かつ大量なデータパターンの出力機能の実現④DCパラメータの試験機能の実現

The Solution:
PXI-6552とTestStand、LabVIEWを駆使して、コンパクトでかつ優れたICテスターを開発することができました。

背景
大手電気メーカより新製品IC試験対応の為のICテスターの開発依頼がきました。
従来設備では精度や試験時間など機能自体が高度な為、バージョンアップが不可能でした。
さらに市販のICテスターの1/5の費用で開発するという条件つきでした。
弊社はNI PXI-6552、NI TestStandとNI LabVIEWを使用したICテスターの置き換えの実績があるため今回これらを駆使して高速で高性能なICテスターの開発に挑戦することに致しました。

課題
①セットアップ・ホールドタイム試験機能の実現
出力デジタル信号の立ち上がり時間をナノ秒単位で遅延設定する機能が必要
②ファンクション試験機能の実現
出力デジタル信号の立ち上がりに同期させて一定のデジタル入力信号を取得し、その入力信号が基準信号と一致するかを判定する機能が必要
③高速かつ大量なデータパターンの出力機能の実現
最大数万ステップ以上のデジタルパターンを50 MHzで出力できること
④DCパラメータの試験機能の実現
従来のICテスターの基本機能であるDC測定については、PXIモジュールで実現できること

ソリューション
①セットアップ・ホールドタイム試験機能の実現
PXI-6552を使用することで出力信号自体は立ち上がりに対して4ナノ秒単位での設定が可能となった。さらに入力デジタル信号を同じPX I-6552を使用する事で入力・出力で使用しているボード間の同期は数百ピコ秒という高精度を発揮する事に成功した。
②ファンクション試験機能の実現
通常のハードウェアを使用した場合、出力した信号と入力した信号を判定するためにはプログラムで行う必要があった。しかし、それでは大量のデータ処理を行う必要があり処理時間が高速で行う事ができない。
PX I-6552を使用する事で、ボード内でハード的に判定ができるので、汎用ICテスターと同等レベルの高速処理が可能になった。
③高速かつ大量なデータパターンの出力機能の実現
出力デジタル信号を出力するためには多量のデジタルパターンデータをメモリからボードにローディングする必要がある。
これには秒単位の時間が必要で、高速試験が難しかった。
PXI-6552を使用する事でボード内メモリの信号パターンを繰り返し出力できる。
この事から全ての出力信号をメモリに登録する事が不必要になり、さらに高速化を実現する事に成功した。
④DCパラメータの試験機能の実現
NI PXI-4070とNI-SWICHで実現する事に成功した。

ハードウェアの仕様
1．制御信号
・制御デジタル信号12 ch
2．計測信号
・入力デジタル信号18 ch

ソフトウェアの仕様
1．出力デジタル信号の立ち上がり遅延機能
試験毎に出力デジタル信号の立ち上がり位置をナノ秒単位で設定を変更できるようにする
2．入力デジタル信号と判定パターンの判定機能
入力デジタル信号と規定信号との判定マッチング機能
3． 出力デジタル信号の立ち上がりに同期した入力デジタル信号ストローブの設定
入力デジタル信号も出力信号同様に出力に同期し、さらにストローブの設定が可能なこと

開発のポイント
試験状態の表示と結果の保存
制御PC（Windows XP）上で動作するプログラムとTestStand側で動作する試験プログラムを開発しました。試験の開始と停止、実行状態の表示は制御P C側のプログラムで行います。
TestStand側のプログラムではプローバーなどの制御・通信などを行っています。

仕様を実現するために採用したNI製品
LabVIEW 7.1日本語版
TestStand 3.1 英語版
GPIBボード（プローバー通信用）
PXI構成　
PXI-2530： マトリックス8×16接続（試験回路切替え）
PXI-2530： マトリックス8×16接続（試験回路切替え）
PXI-2530： マトリックス4×32接続（試験回路切替え）
PXI-6552： デジタル波形発生100 M Hz（出力用：ターゲット設定、データ受信）
PXI-6552： デジタル波形発生100 MHz（入力用：コンパレータ）
PXI-2566： リレー16個（試験回路切り替え）
PXI-2566： リレー16個（試験回路切り替え）
PXI-52912： ターゲット用電源
PXI-52912： ターゲット用電源
PXI-52912： ターゲット用電源
PXI-6220＋SC-2345（＋SCC-TC02）：アナログ測定、SCC（熱電対測定）
PXI-4970： DMM（アナログ入力）
PXI-6704： 16ライン電圧／電流出力（アナログ出力）
PXI-6533： 32ラインデジタル（I／F BOX制御出力）

図2. PXI-6552と高速デジタル試験の概念

図3. PXIモジュールを使用したDC試験の概念

まとめ
PXI-6552とTestStand、LabVIEWを駆使して、コンパクトでかつ優れたICテスターを開発することができました。特に今回PXI-6552のハードウェア機能をフルに活用することで、ソフトで行っていた出力・入力デジタル信号の遅延、入力信号の判定処理などをボード内で行い、高速でかつ高精度な試験を行う事が実現できました。
これは従来のICテスターの必要な機能を満たしただけでは無く、同時に市販のICテスターに比べてコンパクトで安値なICテスターをNI製品群だけで構成することができた事を意味し、機能は限定されますが事実上市販のICテスターの5分の1程度の費用でこれらを実現することが可能となりました。

 

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井澤 年宏氏

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