電子及電工測試技術(shù)的發(fā)展趨勢分析

這些年來，由于產(chǎn)品的設(shè)計的高精度和高性能產(chǎn)品對元器件的質(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，處于對這種情況的考慮，基于目前測試技術(shù)的提高，我們將探討一下將來各方面測試的發(fā)展趨勢。

降低測試成本成為發(fā)展IC測試的首要目標(biāo)

對體積更小、功能更強(qiáng)的芯片的需求正推動IC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時也推動著IC設(shè)計和測試的發(fā)展。對于系統(tǒng)芯片(SOC)的測試，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試成本。因此未來IC測試設(shè)備制造商面臨的最大挑戰(zhàn)是如何降低測試成本。

過去的集成電路主要分為模擬電路、混合信號電路和數(shù)字電路。1998年，稱之為MACH-D的(即存儲器、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。對這種電路的測試，將減少功能測試、更多地采用結(jié)構(gòu)測試(即對采用可測性設(shè)計的IC進(jìn)行測試)。

采用結(jié)構(gòu)測試，不用開發(fā)功能測試矢量，可以縮短測試開發(fā)時間，節(jié)省測試成本。采用內(nèi)置自測試(即把測試電路設(shè)計在芯片或IP核中，通過內(nèi)置測試電路對芯片或IP核的測試)也可大大縮短測試開發(fā)時間，降低測試費用，但必須加強(qiáng)IC制造、設(shè)計和測試開發(fā)人員的合作，將相關(guān)工具結(jié)合起來，才可使易于測試的器件更快投入生產(chǎn)。

另一種降低測試成本的測試方式是采用基于故障的測試，即測試可能發(fā)生故障的部分，不測試不可能發(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)計一些測試電路。這樣既可保證較高的測試覆蓋率，又能省時省費用。

解決異步測試問題，需要制定IP核測試標(biāo)準(zhǔn)

目前，設(shè)計人員設(shè)計系統(tǒng)級IC時，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間。將不同廠商的不同IP核集成到一個器件中可能遇到多個時鐘問題。

如果設(shè)計師采用PCI總線和Rambus總線，不同的時鐘使并行測試這些IP核極為復(fù)雜。假如這些IP核的時鐘呈整數(shù)倍關(guān)系，可選的測試方法有很多，但是遇到它們的時鐘不呈整數(shù)倍時，則在同一測試設(shè)備中，需要多個時域。也就是被測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)體測試的下一步工作就是要解決這類異步測試問題。

現(xiàn)在，各IP核供貨商采用的不是同一種可測性設(shè)計策略，對被測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)和可測性設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

提高測試模擬IC的速度

另一個要解決的測試問題是如何發(fā)展可測性設(shè)計、內(nèi)置自測試和其它數(shù)字測試技術(shù)，以滿足器件的模擬測試。從上市的時間的觀點來看，這可能是關(guān)鍵問題。IC測試設(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試問題。

但測試混合信號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。這種電路的測試很復(fù)雜、費時、難以實現(xiàn)。今后，IC測試設(shè)備制造商的另一個任務(wù)就是要提高這類器件的測試速度。

采用開放式結(jié)構(gòu)，適應(yīng)通信測試的需求

通信測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)計性能更高的新產(chǎn)品。因此，它們需要測試儀器廠商提供易于升級的測試儀器，以適應(yīng)采用最新技術(shù)的通信設(shè)備的測試需求。所以，這類通信儀器將廣泛采用開放式結(jié)構(gòu)設(shè)計、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)測試的網(wǎng)絡(luò)測試儀

隨著網(wǎng)絡(luò)速率的提高，測試儀器捕捉網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)越來越困難。現(xiàn)有的測試儀器在測試高速率的網(wǎng)絡(luò)時已不是很有效，甚至采用大容量的緩沖器，也不能獲得真實的數(shù)據(jù)。這就迫切需要儀器生產(chǎn)廠商研制具有實時濾波能力的測試儀器。這樣可以把與故障有關(guān)的數(shù)據(jù)存儲下來，并進(jìn)行實時分析。這種具有實時濾波和內(nèi)部專家系統(tǒng)的儀器不但能對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，還能對網(wǎng)絡(luò)的故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

改進(jìn)性能，滿足2.5G/3G移動通信的測試要求

第三代(3G)移動通信系統(tǒng)(IMT2000)將開創(chuàng)視頻會議、移動電子商務(wù)等寬帶應(yīng)用的新時代。它的發(fā)展將使用戶獲得全球漫游、因特網(wǎng)接入(采用WAP)和視頻信號傳輸功能。目前，移動通信設(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)上述移動通信系統(tǒng)時，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頻譜分析儀、功率計等儀器。適合上述移動通信系統(tǒng)測試的頻譜分析儀必須滿足對復(fù)雜數(shù)字調(diào)制信號的測試要求。功率計需采用更寬動態(tài)范圍的功率傳感器。

可移植應(yīng)用軟件將是虛擬儀器的開發(fā)重點

近幾年，基于計算機(jī)的儀器(也稱為虛擬儀器)發(fā)展非常迅速。它是依賴軟件，通過計算機(jī)來控制測試硬件、分析和提供測試數(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的示波器、任意波形發(fā)生器、波形分析儀、函數(shù)發(fā)生器、邏輯分析儀、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模塊的測試系統(tǒng)采用這種結(jié)構(gòu)能構(gòu)成用于生產(chǎn)測試的高性能專用測試系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和自動測試設(shè)備(ATE)。虛擬儀器為用戶提供了一個用戶界面友好、結(jié)構(gòu)開放的測試系統(tǒng)。它的特點是價格適中、功能強(qiáng)、測試速度快、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移植到另一種平臺，如在LabVIEW或LabWindows上開發(fā)的、支持ISA總線插卡的測試程序稍加修改，應(yīng)能支持PCI總線插卡，也就是應(yīng)用軟件應(yīng)有跨平臺的支持能力。

為此目的，由Tektronix、Advantest、National Instruments等測試儀器供應(yīng)商、系統(tǒng)集成商和用戶成立的IVI基金會(互換虛擬儀器基金會)，準(zhǔn)備開發(fā)可支持不同廠商生產(chǎn)的儀器模塊的驅(qū)動器。由安捷倫等公司創(chuàng)建的開放數(shù)據(jù)采集協(xié)會(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。

寬帶測試將成為新千年重點發(fā)展的技術(shù)

在通信和因特網(wǎng)領(lǐng)域，寬帶測試技術(shù)將成為新千年的熱點技術(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)測試儀器公司現(xiàn)在還沒有用于DTM技術(shù)的測試儀器。然而，大的測試儀器公司很可能已有用于開發(fā)的DTM測試儀器。DTM的應(yīng)用一旦猛增，這些公司的DTM測試設(shè)備將搶先占領(lǐng)市場。

寬帶接入技術(shù)是另一個正在高速發(fā)展的技術(shù)。通常，個體用戶通過速率為53Kbps的撥號調(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。撥號調(diào)制解調(diào)器有限的速度和帶寬延長了下載時間，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)可使個用戶通過電視電纜或電話線以撥號調(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)方面展開全面的競爭

DSL有數(shù)種形式，其中，非對稱數(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)測試的ADSL測試儀。預(yù)計未來幾年，DSL測試儀市場將以較快的速率增長，尤其是用于現(xiàn)場測試的便攜式DSL測試儀。

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)，除非對它們進(jìn)行升級改造。而線纜不受這些影響。因此預(yù)計未來幾年，線纜調(diào)制解調(diào)器測試儀與DSL測試儀的發(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)計相應(yīng)的高密度波分復(fù)用測試技術(shù)也將得到較快的發(fā)展。