El equipo de prueba automático o equipo de prueba automatizado ( ATE ) es cualquier aparato que realiza pruebas en un dispositivo, conocido como el dispositivo bajo prueba (DUT), equipo bajo prueba (EUT) o unidad bajo prueba (UUT), utilizando la automatización para realizar mediciones rápidamente. y evaluar los resultados de la prueba. Un ATE puede ser un simple multímetro digital controlado por computadora o un sistema complicado que contiene docenas de instrumentos de prueba complejos ( equipos de prueba electrónicos reales o simulados ) capaces de probar y diagnosticar automáticamente fallas en piezas empaquetadas electrónicas sofisticadas o en pruebas de obleas , incluido el sistema en papas fritasy circuitos integrados .
Donde se usa
ATE se usa ampliamente en la industria de fabricación electrónica para probar componentes y sistemas electrónicos después de su fabricación. ATE también se utiliza para probar la aviónica y los módulos electrónicos en automóviles. Se utiliza en aplicaciones militares como radar y comunicación inalámbrica.
En la industria de los semiconductores
Semiconductor ATE, llamado así para probar dispositivos semiconductores , puede probar una amplia gama de dispositivos y sistemas electrónicos, desde componentes simples ( resistencias , capacitores e inductores ) hasta circuitos integrados (IC), placas de circuitos impresos (PCB) y complejos, completamente ensamblados. sistemas electronicos. Para ello, se utilizan tarjetas de sonda . Los sistemas ATE están diseñados para reducir la cantidad de tiempo de prueba necesario para verificar que un dispositivo en particular funciona o para encontrar rápidamente sus fallas antes de que la pieza tenga la oportunidad de ser utilizada en un producto de consumo final. Para reducir los costos de fabricación y mejorar el rendimiento, los dispositivos semiconductores deben probarse después de su fabricación para evitar que los dispositivos defectuosos acaben con el consumidor.
Componentes
La arquitectura ATE de semiconductores consta de un controlador maestro (generalmente una computadora ) que sincroniza uno o más instrumentos de fuente y captura (enumerados a continuación). Históricamente, los sistemas ATE utilizaban controladores o relés de diseño personalizado . El dispositivo bajo prueba (DUT) está conectado físicamente al ATE mediante otra máquina robótica llamada manipulador o sonda y a través de un adaptador de prueba de interfaz (ITA) personalizado o "accesorio" que adapta los recursos del ATE al DUT.
PC industrial
La PC industrial no es más que una computadora de escritorio normal empaquetada en estándares de rack de 19 pulgadas con suficientes ranuras PCI / PCIe para acomodar el estimulador de señal / tarjetas de detección. Éste asume el papel de controlador en el ATE. El desarrollo de aplicaciones de prueba y el almacenamiento de resultados se gestiona en esta PC. La mayoría de los ATE de semiconductores modernos incluyen varios instrumentos controlados por computadora para generar o medir una amplia gama de parámetros. Los instrumentos pueden incluir fuentes de alimentación del dispositivo (DPS), [1] [2] unidades de medida paramétrica (PMU), generadores de formas de onda arbitrarias (AWG), digitalizadores, IO digitales y suministros de servicios públicos. Los instrumentos realizan diferentes mediciones en el dispositivo bajo prueba y los instrumentos están sincronizados para que generen y midan formas de onda en los momentos adecuados. Sobre la base del requisito de tiempo de respuesta, los sistemas de tiempo real también se consideran para la estimulación y la captura de señales.
Interconexión masiva
La interconexión masiva es una interfaz de conector entre los instrumentos de prueba (PXI, VXI, LXI, GPIB, SCXI y PCI) y los dispositivos / unidades bajo prueba (D / UUT). Esta sección actúa como un punto nodal para las señales que entran / salen entre ATE y D / UUT.
Ejemplo: medición de voltaje simple
Por ejemplo, para medir un voltaje de un dispositivo semiconductor en particular, los instrumentos de procesamiento de señal digital (DSP) en el ATE miden el voltaje directamente y envían los resultados a una computadora para el procesamiento de la señal, donde se calcula el valor deseado. Este ejemplo muestra que los instrumentos convencionales, como un amperímetro , pueden no usarse en muchos ATE debido al número limitado de mediciones que el instrumento podría realizar y al tiempo que tomaría usar los instrumentos para realizar la medición. Una ventaja clave de usar DSP para medir los parámetros es el tiempo. Si tenemos que calcular el voltaje pico de una señal eléctrica y otros parámetros de la señal, entonces tenemos que emplear un instrumento detector de picos así como otros instrumentos para probar los otros parámetros. Sin embargo, si se utilizan instrumentos basados en DSP, se hace una muestra de la señal y los otros parámetros se pueden calcular a partir de la medición única.
Requisitos de los parámetros de prueba frente al tiempo de prueba
No todos los dispositivos se prueban por igual. Las pruebas agregan costos, por lo que los componentes de bajo costo rara vez se prueban por completo, mientras que los componentes médicos o de alto costo (donde la confiabilidad es importante) se prueban con frecuencia.
Sin embargo, es posible que se requiera o no probar el dispositivo para todos los parámetros, según la funcionalidad del dispositivo y el usuario final. Por ejemplo, si el dispositivo encuentra aplicación en productos médicos o que salvan vidas, entonces muchos de sus parámetros deben probarse y algunos de los parámetros deben garantizarse. Pero decidir los parámetros que se probarán es una decisión compleja basada en el costo frente al rendimiento. Si el dispositivo es un dispositivo digital complejo, con miles de puertas, entonces se debe calcular la cobertura de falla de prueba. Aquí nuevamente, la decisión es compleja en función de la economía de la prueba, basada en la frecuencia, el número y el tipo de E / S en el dispositivo y la aplicación de uso final ...
Adaptador de prueba de manipulador o sonda y dispositivo
ATE se puede utilizar en piezas empaquetadas ("chip" IC típico) o directamente en la oblea de silicio . Las piezas empaquetadas utilizan un controlador para colocar el dispositivo en una placa de interfaz personalizada, mientras que las obleas de silicio se prueban directamente con sondas de alta precisión. Los sistemas ATE interactúan con el manipulador o sonda para probar el DUT.
Pieza empaquetada ATE con manipuladores
Los sistemas ATE suelen interactuar con una herramienta de colocación automatizada, denominada "manipulador", que coloca físicamente el dispositivo bajo prueba (DUT) en un adaptador de prueba de interfaz (ITA) para que el equipo pueda medirlo. También puede haber un Adaptador de prueba de interfaz (ITA), un dispositivo que simplemente hace conexiones electrónicas entre el ATE y el Dispositivo bajo prueba (también llamado Unidad bajo prueba o UUT), pero también puede contener un circuito adicional para adaptar las señales entre el ATE y el DUT y tiene instalaciones físicas para montar el DUT. Finalmente, se utiliza un enchufe para puentear la conexión entre el ITA y el DUT. Un enchufe debe sobrevivir a las rigurosas demandas de un piso de producción, por lo que generalmente se reemplazan con frecuencia.
Diagrama de interfaz eléctrica simple: ATE → ITA → DUT (paquete) ← Manipulador
Oblea de silicio ATE con sondas
Los ATE basados en obleas suelen utilizar un dispositivo llamado Prober que se mueve a través de una oblea de silicio para probar el dispositivo.
Diagrama de interfaz eléctrica simple: ATE → Prober → Wafer (DUT)
Multi-sitio
Una forma de mejorar el tiempo de prueba es probar varios dispositivos a la vez. Los sistemas ATE ahora pueden admitir tener múltiples "sitios" donde los recursos ATE son compartidos por cada sitio. Algunos recursos se pueden usar en paralelo, otros deben serializarse en cada DUT.
Programación ATE
La computadora ATE utiliza lenguajes informáticos modernos (como C , C ++ , Java , Python , LabVIEW o Smalltalk ) con declaraciones adicionales para controlar el equipo ATE a través de interfaces de programación de aplicaciones (API) estándar y propietarias . También existen algunos lenguajes informáticos dedicados, como el lenguaje de prueba abreviado para todos los sistemas (ATLAS). El equipo de prueba automático también se puede automatizar usando un motor de ejecución de prueba como TestStand de NI . [3]
A veces, la generación automática de patrones de prueba se utiliza para ayudar a diseñar la serie de pruebas.
Datos de prueba (STDF)
Muchas plataformas ATE utilizadas en la industria de semiconductores generan datos que utilizan el formato de datos de prueba estándar (STDF)
Diagnósticos
El diagnóstico automático del equipo de prueba es parte de una prueba ATE que determina los componentes defectuosos. Las pruebas ATE realizan dos funciones básicas. La primera es comprobar si el dispositivo bajo prueba funciona correctamente o no. El segundo es cuando el DUT no funciona correctamente, para diagnosticar el motivo. La parte de diagnóstico puede ser la parte más difícil y costosa de la prueba. Es típico que ATE reduzca una falla a un clúster o grupo de componentes ambiguos. Un método para ayudar a reducir estos grupos de ambigüedad es la adición de pruebas de análisis de firmas analógicas al sistema ATE. Los diagnósticos suelen ser ayudados por el uso de pruebas de sonda voladora .
Cambio de equipo de prueba
La adición de un sistema de conmutación de alta velocidad a la configuración de un sistema de prueba permite realizar pruebas más rápidas y rentables de varios dispositivos, y está diseñado para reducir tanto los errores de prueba como los costos. El diseño de la configuración de conmutación de un sistema de prueba requiere una comprensión de las señales que se conmutarán y las pruebas que se realizarán, así como los factores de forma del hardware de conmutación disponibles.
Plataformas de equipos de prueba
Varias plataformas de instrumentación electrónica modular son actualmente de uso común para configurar sistemas de medición y prueba electrónicos automatizados. Estos sistemas se emplean ampliamente para la inspección entrante, el aseguramiento de la calidad y las pruebas de producción de dispositivos y subconjuntos electrónicos. Las interfaces de comunicación estándar de la industria enlazan fuentes de señales con instrumentos de medición en sistemas " rack-and-stack " o basados en chasis / mainframe, a menudo bajo el control de una aplicación de software personalizada que se ejecuta en una PC externa.
GPIB / IEEE-488
El bus de interfaz de propósito general ( GPIB ) es una interfaz paralela estándar IEEE-488 (un estándar creado por el Instituto de ingenieros eléctricos y electrónicos ) que se utiliza para conectar sensores e instrumentos programables a una computadora. GPIB es una interfaz de comunicaciones paralelas digital de 8 bits capaz de lograr transferencias de datos de más de 8 Mbytes / s. Permite conectar en cadena hasta 14 instrumentos a un controlador de sistema mediante un conector de 24 pines. Es una de las interfaces de E / S más comunes presentes en los instrumentos y está diseñada específicamente para aplicaciones de control de instrumentos. Las especificaciones IEEE-488 estandarizaron este bus y definieron sus especificaciones eléctricas, mecánicas y funcionales, al mismo tiempo que definieron sus reglas básicas de comunicación de software. GPIB funciona mejor para aplicaciones en entornos industriales que requieren una conexión resistente para el control de instrumentos.
El estándar GPIB original fue desarrollado a finales de la década de 1960 por Hewlett-Packard para conectar y controlar los instrumentos programables que fabricaba la empresa. La introducción de controladores digitales y equipos de prueba programables creó la necesidad de una interfaz estándar de alta velocidad para la comunicación entre instrumentos y controladores de varios proveedores. En 1975, el IEEE publicó el estándar ANSI / IEEE 488-1975, Interfaz digital estándar IEEE para instrumentación programable, que contenía las especificaciones eléctricas, mecánicas y funcionales de un sistema de interfaz. Este estándar fue posteriormente revisado en 1978 (IEEE-488.1) y 1990 (IEEE-488.2). La especificación IEEE 488.2 incluye los comandos estándar para instrumentación programable (SCPI), que definen comandos específicos que debe obedecer cada clase de instrumento. SCPI asegura compatibilidad y configurabilidad entre estos instrumentos.
El bus IEEE-488 ha sido popular durante mucho tiempo porque es fácil de usar y aprovecha una gran selección de instrumentos y estímulos programables. Sin embargo, los sistemas grandes tienen las siguientes limitaciones:
- La capacidad de distribución del controlador limita el sistema a 14 dispositivos más un controlador.
- La longitud del cable limita la distancia entre el controlador y el dispositivo a dos metros por dispositivo o 20 metros en total, lo que sea menor. Esto impone problemas de transmisión en sistemas distribuidos en una habitación o en sistemas que requieren mediciones remotas.
- Las direcciones primarias limitan el sistema a 30 dispositivos con direcciones primarias. Los instrumentos modernos rara vez usan direcciones secundarias, por lo que esto pone un límite de 30 dispositivos en el tamaño del sistema. [4]
Extensiones LAN para instrumentación (LXI)
El estándar LXI define los protocolos de comunicación para los sistemas de adquisición de datos e instrumentación que utilizan Ethernet. Estos sistemas se basan en instrumentos pequeños y modulares que utilizan LAN (Ethernet) de estándar abierto y de bajo costo. Los instrumentos compatibles con LXI ofrecen las ventajas de tamaño e integración de los instrumentos modulares sin las limitaciones de costo y factor de forma de las arquitecturas de jaula de tarjetas. Mediante el uso de comunicaciones Ethernet, el estándar LXI permite empaquetado flexible, E / S de alta velocidad y uso estandarizado de conectividad LAN en una amplia gama de aplicaciones comerciales, industriales, aeroespaciales y militares. Cada instrumento compatible con LXI incluye un controlador de instrumento virtual intercambiable (IVI) para simplificar la comunicación con instrumentos que no son LXI, de modo que los dispositivos compatibles con LXI puedan comunicarse con dispositivos que no cumplen con LXI (es decir, instrumentos que emplean GPIB, VXI, PXI, etc.). Esto simplifica la construcción y operación de configuraciones híbridas de instrumentos.
Los instrumentos LXI a veces emplean secuencias de comandos que utilizan procesadores de secuencias de comandos de prueba integrados para configurar aplicaciones de prueba y medición. Los instrumentos basados en scripts brindan flexibilidad arquitectónica, rendimiento mejorado y menor costo para muchas aplicaciones. La creación de scripts mejora los beneficios de los instrumentos LXI, y LXI ofrece funciones que permiten y mejoran la creación de scripts. Aunque los estándares LXI actuales para instrumentación no requieren que los instrumentos sean programables o que implementen secuencias de comandos, varias características de la especificación LXI anticipan los instrumentos programables y proporcionan una funcionalidad útil que mejora las capacidades de secuencias de comandos en instrumentos compatibles con LXI. [5]
Extensiones de VME para instrumentación (VXI)
La arquitectura de bus VXI es una plataforma estándar abierta para pruebas automatizadas basadas en VMEbus . Introducido en 1987, VXI utiliza todos los factores de forma de Eurocard y agrega líneas de disparo, un bus local y otras funciones adecuadas para aplicaciones de medición. Los sistemas VXI se basan en un mainframe o chasis con hasta 13 ranuras en las que se pueden instalar varios módulos de instrumentos VXI. [6] El chasis también proporciona todos los requisitos de alimentación y refrigeración para el chasis y los instrumentos que contiene. Los módulos de bus VXI suelen tener una altura de 6U .
Extensiones PCI para instrumentación (PXI)
PXI es un bus periférico especializado para la adquisición de datos y sistemas de control en tiempo real. Introducido en 1997, PXI usa los factores de forma CompactPCI 3U y 6U y agrega líneas de disparo, un bus local y otras funciones adecuadas para aplicaciones de medición. Las especificaciones de hardware y software de PXI son desarrolladas y mantenidas por PXI Systems Alliance. [7] Más de 50 fabricantes de todo el mundo producen hardware PXI. [8]
Bus serie universal (USB)
El USB conecta dispositivos periféricos, como teclados y ratones, a las PC. El USB es un bus Plug and Play que puede manejar hasta 127 dispositivos en un puerto y tiene un rendimiento máximo teórico de 480 Mbit / s (USB de alta velocidad definido por la especificación USB 2.0). Debido a que los puertos USB son características estándar de las PC, son una evolución natural de la tecnología de puerto serie convencional. Sin embargo, no se usa ampliamente en la construcción de sistemas de medición y prueba industriales por varias razones; por ejemplo, los cables USB no son de grado industrial, son sensibles al ruido, pueden desprenderse accidentalmente y la distancia máxima entre el controlador y el dispositivo es de 30 m. Al igual que RS-232 , USB es útil para aplicaciones en un entorno de laboratorio que no requieren una conexión de bus resistente.
RS-232
RS-232 es una especificación para comunicación en serie que es popular en instrumentos analíticos y científicos, así como para controlar periféricos como impresoras. A diferencia de GPIB, con la interfaz RS-232, es posible conectar y controlar solo un dispositivo a la vez. RS-232 también es una interfaz relativamente lenta con velocidades de datos típicas de menos de 20 kbytes / s. RS-232 es más adecuado para aplicaciones de laboratorio compatibles con una conexión más lenta y menos resistente. Funciona con un suministro de ± 24 voltios
JTAG / Escaneo de límites IEEE Std 1149.1
JTAG / Boundary-scan se puede implementar como un bus de interfaz a nivel de PCB o de sistema con el fin de controlar los pines de un IC y facilitar las pruebas de continuidad (interconexión) en un objetivo de prueba (UUT) y también pruebas de clúster funcionales en lógica dispositivos o grupos de dispositivos. También se puede utilizar como interfaz de control para otra instrumentación que puede integrarse en los propios circuitos integrados (consulte IEEE 1687) o instrumentos que forman parte de un sistema de prueba controlable externo.
Probar procesadores de scripts y un bus de expansión de canal
Una de las plataformas de sistemas de prueba desarrolladas más recientemente emplea instrumentación equipada con procesadores de secuencias de comandos de prueba integrados combinados con un bus de alta velocidad. En este enfoque, un instrumento "maestro" ejecuta un script de prueba (un pequeño programa) que controla el funcionamiento de los diversos instrumentos "esclavos" en el sistema de prueba, al que está vinculado a través de una sincronización de disparo basada en LAN de alta velocidad y bus de comunicación entre unidades. Scripting es escribir programas en un lenguaje de scripting para coordinar una secuencia de acciones.
Este enfoque está optimizado para pequeñas transferencias de mensajes que son características de las aplicaciones de prueba y medición. Con muy poca sobrecarga de red y una velocidad de datos de 100 Mbit / s, es significativamente más rápido que GPIB y Ethernet 100BaseT en aplicaciones reales.
La ventaja de esta plataforma es que todos los instrumentos conectados se comportan como un sistema multicanal estrechamente integrado, por lo que los usuarios pueden escalar su sistema de prueba para que se ajuste a los recuentos de canales requeridos de manera rentable. Un sistema configurado en este tipo de plataforma puede ser independiente como una solución completa de medición y automatización, con la unidad maestra controlando el abastecimiento, la medición, las decisiones de pasa / falla, el control de flujo de secuencia de prueba, el agrupamiento y el controlador o sonda de componentes. El soporte para líneas de disparo dedicadas significa que las operaciones síncronas entre varios instrumentos equipados con procesadores de scripts de prueba integrados que están vinculados por este bus de alta velocidad se pueden lograr sin la necesidad de conexiones de disparo adicionales. [9]
Ver también
- Equipo de prueba electrónico
- GPIB / IEEE-488
- Extensiones LAN para instrumentación
- Módulo M
- PXI
- Automatización de pruebas (prueba de software)
- Motor de ejecución de pruebas (software para pruebas)
- VMEbus
- VXI
Referencias
- ^ José Moreira, Hubert Werkmann (2010). Una guía del ingeniero para pruebas automatizadas de interfaces de alta velocidad . Casa Artech . ISBN 9781607839842. Consultado el 12 de octubre de 2015 .
- ^ Mark Baker (3 de junio de 2003). Desmitificando los métodos de prueba de señales mixtas . Elsevier . ISBN 9780080491066. Consultado el 12 de octubre de 2015 .
- ^ "¿Qué es TestStand?" . Instrumentos Nacionales .
- ^ Electrónica ICS. Extending the GPIB Bus Consultado el 29 de diciembre de 2009.
- ^ Franklin, Paul y Todd A. Hayes. Conexión LXI. Beneficios de LXI y Scripting. Julio de 2008. Consultado el 5 de enero de 2010.
- ^ Fabricantes de chasis y cajas de componentes mecánicos de hardware VXI . Consultado el 30 de diciembre de 2009.
- ^ Alianza de sistemas PXI. Especificaciones . Consultado el 30 de diciembre de 2009.
- ^ Alianza de sistemas PXI. Lista de miembros Archivado el 5 deseptiembre de 2010en Wayback Machine. Consultado el 30 de diciembre de 2009.
- ^ Cigoy, Dale. Revista de I + D. Los instrumentos inteligentes se mantienen al día con las necesidades cambiantes de RD. Consultado el 4 de enero de 2009.
enlaces externos
- Integración del sistema de un sistema de prueba de arquitectura abierta por Yuhai Ma, Advantest America Inc. (julio de 2006)
- Conceptos básicos de las pruebas automáticas ATE .
- Impacto de las pérdidas de cable : la nota de aplicación define y detalla las fuentes de pérdida de cable en los sistemas de comprobadores automáticos (ATE).
- Tutorial GPIB 101A sobre el bus GPIB ICS Electronics (consultado el 29 de diciembre de 2009).
- Lista de libros que cubren aplicaciones y sistemas de prueba automáticos (consultado el 20 de julio de 2011).