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電子電工測(cè)試技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)
2012-06-21
導(dǎo)讀：這些年來，由于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)的高精度和高性能產(chǎn)品對(duì)元器件的質(zhì)量有比較高的要求，因此元器件等產(chǎn)品的高可靠性就成為人們考考慮的主要問題，處于對(duì)這種情況的考慮，基于目前測(cè)試技術(shù)的提高，我們將探討一下將來各方面測(cè)試的發(fā)展趨勢(shì)。
降低測(cè)試成本成為發(fā)展IC測(cè)試的首要目標(biāo)
對(duì)體積更小、功能更強(qiáng)的芯片的需求正推動(dòng)IC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也推動(dòng)著IC設(shè)計(jì)和測(cè)試的發(fā)展。對(duì)于系統(tǒng)芯片(SOC)的測(cè)試，其成本已幾乎占芯片成本的一半。根據(jù)英特爾公司副總裁提出的測(cè)試摩爾定律，未來幾年，每一晶體管的硅投資成本將低于其測(cè)試成本。因此未來IC測(cè)試設(shè)備制造商面臨的最大挑戰(zhàn)是如何降低測(cè)試成本。
過去的集成電路主要分為模擬電路、混合信號(hào)電路和數(shù)字電路。1998年，稱之為MACH-D的(即存儲(chǔ)器、模擬、通信、高速總線和數(shù)字的英文縮寫)系統(tǒng)芯片問世了。對(duì)這種電路的測(cè)試，將減少功能測(cè)試、更多地采用結(jié)構(gòu)測(cè)試(即對(duì)采用可測(cè)性設(shè)計(jì)的IC進(jìn)行測(cè)試)。采用結(jié)構(gòu)測(cè)試，不用開發(fā)功能測(cè)試矢量，可以縮短測(cè)試開發(fā)時(shí)間，節(jié)省測(cè)試成本。采用內(nèi)置自測(cè)試(即把測(cè)試電路設(shè)計(jì)在芯片或IP核中，通過內(nèi)置測(cè)試電路對(duì)芯片或IP核的測(cè)試)也可大大縮短測(cè)試開發(fā)時(shí)間，降低測(cè)試費(fèi)用，但必須加強(qiáng)IC制造、設(shè)計(jì)和測(cè)試開發(fā)人員的合作，將相關(guān)工具結(jié)合起來，才可使易于測(cè)試的器件更快投入生產(chǎn)。另一種降低測(cè)試成本的測(cè)試方式是采用基于故障的測(cè)試，即測(cè)試可能發(fā)生故障的部分，不測(cè)試不可能發(fā)生故障的部分。通過了解芯片的結(jié)構(gòu)，在制造過程中，在可能引入失效機(jī)理的地方設(shè)計(jì)一些測(cè)試電路。這樣既可保證較高的測(cè)試覆蓋率，又能省時(shí)省費(fèi)用。
解決異步測(cè)試問題，需要制定IP核測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
目前，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)系統(tǒng)級(jí)IC時(shí)，已廣泛采用將不同的IP核集成在一起的方式。這樣可大大縮短芯片的上市時(shí)間。將不同廠商的不同IP核集成到一個(gè)器件中可能遇到多個(gè)時(shí)鐘問題。如果設(shè)計(jì)師采用PCI總線和Rambus總線，不同的時(shí)鐘使并行測(cè)試這些IP核極為復(fù)雜。假如這些IP核的時(shí)鐘呈整數(shù)倍關(guān)系，可選的測(cè)試方法有很多，但是遇到它們的時(shí)鐘不呈整數(shù)倍時(shí)，則在同一測(cè)試設(shè)備中，需要多個(gè)時(shí)域。也就是被測(cè)器件的各引腳的工作狀態(tài)處于異步狀態(tài)，即一些引腳以66MHz/s工作，另一些引腳以800Mb/s工作。因此，半導(dǎo)體測(cè)試的下一步工作就是要解決這類異步測(cè)試問題?，F(xiàn)在，各IP核供貨商采用的不是同一種可測(cè)性設(shè)計(jì)策略，對(duì)被測(cè)IP核的接入方式也各不相同。因此，需要制定IP核接入標(biāo)準(zhǔn)和可測(cè)性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
提高測(cè)試模擬IC的速度
另一個(gè)要解決的測(cè)試問題是如何發(fā)展可測(cè)性設(shè)計(jì)、內(nèi)置自測(cè)試和其它數(shù)字測(cè)試技術(shù)，以滿足器件的模擬測(cè)試。從上市的時(shí)間的觀點(diǎn)來看，這可能是關(guān)鍵問題。IC測(cè)試設(shè)備制造商能解決以Gb/s工作的數(shù)字電路和高速串行通信端口的測(cè)試問題。但測(cè)試混合信號(hào)器件中模擬部分的難度就很大。一些器件可能是數(shù)字器件，但具有模擬特性。如局域網(wǎng)接口電路。這種電路的測(cè)試很復(fù)雜、費(fèi)時(shí)、難以實(shí)現(xiàn)。今后，IC測(cè)試設(shè)備制造商的另一個(gè)任務(wù)就是要提高這類器件的測(cè)試速度。
采用開放式結(jié)構(gòu)，適應(yīng)通信測(cè)試的需求
通信測(cè)試儀器制造商正面臨新技術(shù)、新標(biāo)準(zhǔn)和更短的產(chǎn)品壽命周期的挑戰(zhàn)。許多通信設(shè)備制造商將向市場(chǎng)推出采用無線因特網(wǎng)等新技術(shù)的產(chǎn)品。他們一邊推出新產(chǎn)品，一邊設(shè)計(jì)性能更高的新產(chǎn)品。因此，它們需要測(cè)試儀器廠商提供易于升級(jí)的測(cè)試儀器，以適應(yīng)采用最新技術(shù)的通信設(shè)備的測(cè)試需求。所以，這類通信儀器將廣泛采用開放式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模塊化和靈活的硬件與軟件結(jié)構(gòu)。
開發(fā)適應(yīng)高速網(wǎng)測(cè)試的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀
隨著網(wǎng)絡(luò)速率的提高，測(cè)試儀器捕捉網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)越來越困難。現(xiàn)有的測(cè)試儀器在測(cè)試高速率的網(wǎng)絡(luò)時(shí)已不是很有效，甚至采用大容量的緩沖器，也不能獲得真實(shí)的數(shù)據(jù)。這就迫切需要儀器生產(chǎn)廠商研制具有實(shí)時(shí)濾波能力的測(cè)試儀器。這樣可以把與故障有關(guān)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來，并進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。這種具有實(shí)時(shí)濾波和內(nèi)部專家系統(tǒng)的儀器不但能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，還能對(duì)網(wǎng)絡(luò)的故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位。
改進(jìn)性能，滿足2。5G/3G移動(dòng)通信的測(cè)試要求
第三代(3G)移動(dòng)通信系統(tǒng)(IMT2000)將開創(chuàng)視頻會(huì)議、移動(dòng)電子商務(wù)等寬帶應(yīng)用的新時(shí)代。它的發(fā)展將使用戶獲得全球漫游、因特網(wǎng)接入(采用WAP)和視頻信號(hào)傳輸功能。目前，移動(dòng)通信設(shè)備廠商正在開發(fā)從第二代到第三代的過渡性系統(tǒng)-二代半(2。5G)系統(tǒng)(GPRS、HSCSD和EDGE)。其中，GPRS(通用分組無線業(yè)務(wù))的速率比GSM高10倍，估計(jì)2001年投入使用。HSCSD(高速電路交換數(shù)據(jù))將用于數(shù)據(jù)通信。EDGE采用四象限相移鍵控調(diào)制技術(shù)，最高接入速率可達(dá)384kbps。在開發(fā)上述移動(dòng)通信系統(tǒng)時(shí)，需要考慮的重要因素是帶寬和頻譜限制，因此需要高分辨率的、功率計(jì)等儀器。適合上述移動(dòng)通信系統(tǒng)測(cè)試的頻譜分析儀必須滿足對(duì)復(fù)雜數(shù)字調(diào)制信號(hào)的測(cè)試要求。功率計(jì)需采用更寬動(dòng)態(tài)范圍的功率。
可移植應(yīng)用軟件將是虛擬儀器的開發(fā)重點(diǎn)
近幾年，基于計(jì)算機(jī)的儀器(也稱為虛擬儀器)發(fā)展非常迅速。它是依賴軟件，通過計(jì)算機(jī)來控制測(cè)試硬件、分析和提供測(cè)試數(shù)據(jù)的儀器。它沒有專門的前面板、顯示器和電源，硬件通常在PC或VXI/CPCI主機(jī)中，所有儀器面板和顯示器都在監(jiān)視器上模擬，所以稱為虛擬儀器。目前，虛擬儀器有兩類。一類是基于PC的儀器，它是由PC、能插入PC機(jī)箱的插卡或模塊和相關(guān)測(cè)試軟件(如LabVIEW、LabWindows/CVI、HP-VEE、TestPoint等)所構(gòu)成。采用這種結(jié)構(gòu)能構(gòu)成基于PC的、任意波形發(fā)生器、波形分析儀、函數(shù)發(fā)生器、、電壓表和數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品。另一類虛擬儀器是基于VXI和CPCI/PXI模塊的測(cè)試系統(tǒng)采用這種結(jié)構(gòu)能構(gòu)成用于生產(chǎn)測(cè)試的高性能專用測(cè)試系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(ATE)。虛擬儀器為用戶提供了一個(gè)用戶界面友好、結(jié)構(gòu)開放的測(cè)試系統(tǒng)。它的特點(diǎn)是價(jià)格適中、功能強(qiáng)、測(cè)試速度快、可重組。無論是供應(yīng)商還是用戶都不希望虛擬儀器在未來替代所有臺(tái)式儀器。然而，它在電子、通信、半導(dǎo)體和汽車工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用正在擴(kuò)展。在虛擬儀器中，軟件起著重要的作用?，F(xiàn)在用戶需要其應(yīng)用軟件能從一種平臺(tái)移植到另一種平臺(tái)，如在LabVIEW或LabWindows上開發(fā)的、支持ISA總線插卡的測(cè)試程序稍加修改，應(yīng)能支持PCI總線插卡，也就是應(yīng)用軟件應(yīng)有跨平臺(tái)的支持能力。為此目的，由Tektronix、Advantest、National Instruments等測(cè)試儀器供應(yīng)商、系統(tǒng)集成商和用戶成立的IVI基金會(huì)(互換虛擬儀器基金會(huì))，準(zhǔn)備開發(fā)可支持不同廠商生產(chǎn)的儀器模塊的驅(qū)動(dòng)器。由安捷倫等公司創(chuàng)建的開放數(shù)據(jù)采集協(xié)會(huì)(ODAA)將開發(fā)開放的、互操作的基于微軟公司COM技術(shù)和PC的數(shù)據(jù)采集硬件和軟件。
寬帶測(cè)試將成為新千年重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)
在通信和因特網(wǎng)領(lǐng)域，寬帶測(cè)試技術(shù)將成為新千年的熱點(diǎn)技術(shù)。什么是寬帶?其定義一直是過去幾年人們經(jīng)常議論的一個(gè)問題。業(yè)界人士公認(rèn)的寬帶是能將高速因特網(wǎng)的多媒體業(yè)務(wù)提供給用戶的接入技術(shù)。寬帶還包括配置高速、寬帶局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)的技術(shù)、服務(wù)提供商提供的寬帶互聯(lián)骨干網(wǎng)技術(shù)等。
動(dòng)態(tài)同步傳輸模式(DTM)技術(shù)是寬帶技術(shù)之一。該技術(shù)基本是一種時(shí)分復(fù)用技術(shù)，它能適應(yīng)信息流量的變化。據(jù)稱，它可提供比ATM或SONET更快的速度和更平穩(wěn)的運(yùn)行，并且與IP兼容，但它的應(yīng)用情況還有待觀察。大多數(shù)測(cè)試儀器公司現(xiàn)在還沒有用于DTM技術(shù)的測(cè)試儀器。然而，大的測(cè)試儀器公司很可能已有用于開發(fā)的DTM測(cè)試儀器。DTM的應(yīng)用一旦猛增，這些公司的DTM測(cè)試設(shè)備將搶先占領(lǐng)市場(chǎng)。
寬帶接入技術(shù)是另一個(gè)正在高速發(fā)展的技術(shù)。通常，個(gè)體用戶通過速率為53Kbps的撥號(hào)調(diào)制解調(diào)器接入因特網(wǎng)。最近幾年，因特網(wǎng)的多媒體內(nèi)容極大地刺激了用戶下載視頻、音頻和圖形的需求。撥號(hào)調(diào)制解調(diào)器有限的速度和帶寬延長(zhǎng)了下載時(shí)間，使用戶感到很不方便，因而他們需要發(fā)展寬帶接入技術(shù)。電纜調(diào)制解調(diào)器和數(shù)字用戶線路(DSL)可使個(gè)用戶通過電視電纜或電話線以撥號(hào)調(diào)制解調(diào)器10倍或更高的速度接入因特網(wǎng)。
數(shù)字用戶線路(DSL)與電纜調(diào)制解調(diào)器正在提供寬帶業(yè)務(wù)方面展開全面的競(jìng)爭(zhēng)。
DSL有數(shù)種形式，其中，非對(duì)稱數(shù)字用戶線路(ADSL)是最通用的技術(shù)，并得到了廣泛的應(yīng)用。目前，安捷倫、GenRad、NetcomSystems、Tektronix、Consultronics、Fluke、WWG和Telebyte公司已推出大批用于生產(chǎn)、研究開發(fā)測(cè)試的ADSL測(cè)試儀。預(yù)計(jì)未來幾年，DSL測(cè)試儀市場(chǎng)將以較快的速率增長(zhǎng)，尤其是用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的便攜式DSL測(cè)試儀。
線纜調(diào)制解調(diào)器的基礎(chǔ)設(shè)施在成本方面高于DSL，并且其用戶數(shù)少于電話用戶數(shù)。然而，DSL業(yè)務(wù)的推遲已影響了它的安裝數(shù)。另外，以前的木地環(huán)也不能提供DSL服務(wù)，除非對(duì)它們進(jìn)行升級(jí)改造。而線纜不受這些影響。因此預(yù)計(jì)未來幾年，線纜調(diào)制解調(diào)器測(cè)試儀與DSL測(cè)試儀的發(fā)展幾乎是并行的。
此外，因特網(wǎng)的寬帶需求還將使光通信設(shè)備供貨商發(fā)展轉(zhuǎn)輸速率達(dá)10Gbps以上的技術(shù)。采有分組/DWDM(高密度波分復(fù)技術(shù))可達(dá)到這一速率，預(yù)計(jì)相應(yīng)的高密度波分復(fù)用測(cè)試技術(shù)也將得到較快的發(fā)展。
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