利用NI PXI进行半导体验证,提高性能的同时节约3倍的成本

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"借助基于NI PXI技术的新平台,我们不仅维持了测量的性能与精确度,并在降低3倍成本的同时将半导体的验证速度提高了10倍。"

- Ray Morgan, ON Semiconductor

The Challenge:
开发精确可靠且软硬件易于升级的低成本解决方案,提升新旧半导体产品的验证吞吐量。

The Solution:
使用基于最新处理器技术的模块化PXI平台替代昂贵的独立式测试设备,以更小的占用空间和更低的成本实现10倍的半导体验证速度。

Author(s):
Ray Morgan - ON Semiconductor

更新测试系统以满足业务需求

安森美半导体 (ON Semiconductor)公司需要低价位的解决方案来提升新产品的验证吞吐量。 除了缩短评估周期和降低成本外,我们还需要开发一个精确可靠且软硬件可随未来需求变化轻松升级的系统。 新系统不仅需要能够满足旧款高速与金属栅产品的通道数需求,而且也必须能够满足新款高速电压电平转换器的通道数需求。

半导体技术的进步通常会导致某些昂贵的独立式测试仪器快速被淘汰。 由于新一代测试平台必须具备足够的灵活性才能够跟上技术发展的步伐,因此我们需要以最低成本实现可升级的性能,并将其轻松地集成到未来的应用中。

以前使用的平台由于测量吞吐量受限于独立仪器的处理器速度和复杂的测试设置而导致其中一项主要的隐性成本是测试时间。 即使我们使用通用的软件平台来实现测试自动化,但是执行速度仍受限于系统内速度最慢的独立式仪器。

此外,由于降低测试成本的需要,我们必须仔细审查测试系统的每个部分,发现仪器的成本也是问题之一。 对独立式仪器而言,我们需要花费额外的成本来购买重复的组件,而这些组件完全可以在仪器之间共用,如仪器机箱、处理器和电源。 经过仔细计算过后,我们甚至发现: 若要使用独立仪器达到模块化仪器平台的性能,则必须多花3 ~ 5倍的成本。

PXI测试系统的新设计

我们的平台可同时用于半导体器件的AC与DC参数测试。 过去,我们必须使用多个独立式高带宽示波器,跨16个通道执行AC参数的验证作业。 采用PXI平台后,我们花费2万美金购买1个NI PXI-5154 1 GHz示波器、2个NI PXI-2547 8x1多路复用器和多个有源探针;而购买4个1GHz示波器则需要投资超过6万美金。 在获得测量性能与精确度的同时,我们更省下3倍的成本。 除了节省成本之外,新平台的测试速度比原先快了10倍。

在自动化测试系统中使用独立式仪器时,我们必须考虑两个主要变量: 测试系统中不同仪器的不同处理器速度以及连接所有仪器的总线速度。 许多系统都采用GPIB接口,这也是目前最常见的通信总线之一。 而模块化方法是以PCI背板为架构,可提升现有系统的吞吐量,且当新的处理器问世后,只需升级PXI控制器即可提高系统的性能,从而满足未来的需求。

解决PXI的迁移难题

要将系统迁移到PXI平台必须解决多个难题,包含待测设备的连接问题。 以前使用4个独立式示波器时,我们只能同时连接或断开待测设备的所有通道。 数字化仪与大多数的独立式示波器一样,提供了50 Ω和高阻抗(1 MΩ)中断。

双通道示波器的难题在于:待测装置一次只能有两个信号能够处在高阻抗或50Ω中断状态,而其他信号只能处于未中断的状态。 该平台需要一个连接解决方案,可在低电容负载下允许高带宽测量– 此特性通常与有源探针相关,独立式示波器提供了有源探针,而数字化仪并不提供。

通过将高阻抗有源探针​​与探针电源集成到系统中,我们不需要降低输入或输出的负载即可对待测设备的通道进行采样,并适时关闭所有通道。 半导体产业的大部分产品均可通过此方式来验证AC定时特性。 而基于PXI架构的模块化方法则可让我们快速调整测试平台,以满足随半导体器件性能和速度持续提升而不断变化的测量需求。

此外我们需要为仪器创建一个软件界面,可让工程​​师迅速熟悉并使用相关功能。 我们通过与Systems Integration Plus Inc. (SPI Inc.)的合作解决了这一挑战;SPI公司是NI的联盟伙伴之一,总部位于亚利桑纳州的斯科茨代尔。 该公司使用子程序或者说LabVIEW VI开发了一个便于测试的用户界面。

大多数测试和产品工程师对示波器的期望就是旋钮和按钮。 而虚拟仪器平台中数字化仪的不同之处在于,所有旋钮和按钮只需点击一下鼠标即可操作。 大多数的PXI仪器制造商均提供软件前面板,并力图在软件前面板上重现独立式仪器的硬件前面板。 而我们使用的是LabVIEW VI,LabVIEW VI可让我们针对应用需求自定义用户界面和测量程序。 借助该方法,新一代测试平台避免像传统独立式仪器那样需要工程师花费较长的时间来熟悉复杂的操作界面。

设立新的验证测试设计标准

PXI平台为半导体设计验证设立了新的标准,并突破了先前测试方法的诸多限制。 通过基于NI PXI技术的新平台和PC的处理速度,我们不仅维持了测量的性能与精确度,并在降低3倍成本的同时将半导体的验证速度提高了10倍。 此外,相比以前的测试解决方案,测试系统的占地空间也大大减少了。 由于基于PXI的模块化仪器提供了比独立式仪器更高的性能,因此PXI可提供精确的AC性能参数测量,这些参数通常在半导体验证实验室中进行测试。

Author Information:
Ray Morgan
ON Semiconductor
ray.morgan@onsemi.com

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