Archived: Diseñar Semiconductor ATE con el Módulo ATE Digital NI PXIe-6556

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Visión General

Diseñar Semiconductor ATE con el Módulo ATE Digital NI PXIe-6556

Los sistemas tradicionales de equipo de pruebas automatizadas (ATE) generalmente son construidos con tarjetas electrónicas de pines personalizadas, las cuales están hechas para aplicaciones específicas de pruebas digitales o un conjunto de aplicaciones. Estas tarjetas electrónicas de pines normalmente son propiedad del sistema ATE y no pueden ser usadas fuera de su configuración. PXI ha abierto la puerta para integrar no solamente la instrumentación tradicional (como analizadores RF de alta frecuencia) sino también instrumentación más compleja (como tarjetas electrónicas de pines del sistema ATE tradicional) en su plataforma abierta. National Instruments se enorgullece en presentar su primera tarjeta electrónica de pines, la NI PXIe-6556.

La NI PXIe-6556 se centra en varias áreas de aplicación con su capacidad de realizar pruebas tradicionales de electrónicos de pines al proporcionar configuración del sistema y flexibilidad para integración. Esta nota técnica describe cómo puede usar el NI PXIe-6556 como una tarjeta electrónica de pines optimizada para dispositivos de señales mixtas y explorar las diferencias con los sistemas ATE tradicionales de electrónicos de pines. Este documento revisa el NI PXIe-6556, sus opciones de conectividad, cómo sus configuraciones de temporización, integración de forma de onda digital, herramientas de depuración y expansión de múltiples dispositivos para aplicaciones de mayor cantidad de canales.

El nuevo NI PXIe-6556 es un dispositivo digital de alta velocidad de 24 canales con una interfaz de 200 MHz (colocación de 5 ns) que se puede generar a cualquier frecuencia arbitraria. Cada línea digital ofrece una unidad de medida paramétrica (PMU) capaz de medir corriente con precisión a 20 nA para pruebas de continuidad. El módulo tiene E/S de disparo, temporización y digital estática. También soporta disparo especializado a través de una herramienta de escritura de arreglo de compuerta programable en campo (FPGA) basada en hardware. Puede usarla para obtener instrucciones descargables para entradas y salidas de disparo personalizadas conocidas como marcadores.

Contenido

Conectividad

El NI PXIe-6556 se integra con un dispositivo bajo pruebas (DUT) y otra instrumentación a través de interfaces. La Figura 1 muestra un pin-out de configuración. Puede tener acceso a la E/S digital principal a través de un conector VHDCI. Existe un segundo conector VHDCI para líneas de detección remota. También, el panel frontal del módulo tiene tres conectores SMA para importar un reloj externo, así como manejar un reloj externo y un conector PFI. Usted puede programar la interfaz de función programable (PFI) en software para ser una entrada o salida, así como para definirla como un reloj o puerto basado en disparo. La Figura 1 muestra PFI4 como un DDC 52clock y un PFI5 como una luz estroboscópica.

Figura 1. Pin-out del Conector de Alta Densidad NI PXIe-6556

National Instruments ofrece varias opciones para conectar a VHDCI y líneas PFI. Puede alcanzar conectividad directa a través del SHC68-C68-D4, el cual es un cable blindado de 50 Ω diseñado para conservar la calidad de señales por medio de igualación de impedancia y mínima interferencia. NI ofrece estos cables en longitudes que van desde 0.5 m a 2m. Ambas terminales del cable usan una interfaz VHDCI. Para simplificar la conexión a una tarjeta de circuito impreso (PCB), NI ofrece conectores montados en PCB. Diferentes bloques conectores están disponibles con una terminal de tornillo (DB-2162) o una conexión SMB de una sola terminal (SMB-2163). Si desea conectar directamente a pines desde el NI PXIe-6556, usted puede escoger la opción del cable con "flying leads" integrada llamada cable SHC68-H1X38. Algunas opciones de conectividad se muestran en la Figura 2.

Figura 2. Opciones de Conectividad de E/S Digital y Analógica

Interconectividad Masiva

Las soluciones de conectividad son ideales para las aplicaciones de caracterización o desarrollo cuando realiza solamente algunas conexiones. Cuando necesita conectividad repetitiva y rápida al NI PXIe-6556, es ideal una solución de interconexión masiva. Esto es común para equipo de pruebas automatizadas en producción. Con interconexión masiva, usted obtiene la plataforma DUT correcta al asegurar buena conectividad y fácil accesibilidad de módulo de hardware de E/S digital.

NI trabaja de cerca con MAC Panel y Panel Virginia. Ambos de estos proveedores ofrecen varias soluciones de conectividad. La Figura 2 ilustra la conectividad de un DUT a un sistema PXI.

Figura 3. Solución de Interconexión Masiva a un Sistema PXI con la Interfaz del SCOUT MAC Panel


Figura 4. Rack y Conectividad a una Interconexión Masiva del Virginia Panel

Construir Juegos de temporización Por Medio de Corrección

Los patrones digitales están compuestos de estados digitales (como 0, 1, Z) e información de temporización. Aunque usted tiene varias maneras de representar estos patrones digitales, mientras los estados digitales y la información de temporización sean idénticos, el resultado del patrón digital también será idéntico. esto, por supuesto, no significa que todo el equipo de pruebas digitales es capaz de generar estos patrones ya que cada examinador tiene sus propias características y limitaciones; sin embargo, al ignorar las limitaciones específicas del examinador, usted tiene varias maneras de representar un patrón digital. Considere el patrón en la Figura 5.


Figura 5. Diagrama de Temporización de Patrón Digital

 

Si representa este patrón digital como un juego de temporización y datos digitales, tset1 puede ser definido como

Dada la definición anterior para tset1, los datos digitales pueden ser definidos como una lista de vectores o como una cadena de lecturas.

En lugar de usar pruebas de temporización, puede corregir los datos y especificar que el patrón se ejecuta a una cierta velocidad. Por arriba del patrón, muestrear una vez cada 50 ns (20 MHz) reconstruye la forma de onda sin tener que modificar la temporización de la señal. Suponiendo una razón de reloj de 20 MHz, el patrón digital puede ser representado como

Como se indica arriba, todos estos métodos representan el mismo patrón digital que se muestra en la Figura 5. Una vez más, esto no implica que todos los examinadores pueden generar este patrón; más bien, puede usar varios métodos para representar un patrón digital.

Para comprender las habilidades del NI PXIe-6556, considere los siguientes temporizadores tomados desde un archivo WGL:

Para aquellos no familiarizados con la definición de temporización de un archivo WGL,

D = Lógica 0 S = Aplicar datos de patrón x = salida Mask (ni importa) Q = Datos de patrón esperados

Aunque el NI PXIe-6556 no soporta juegos de temporización, como se menciona arriba, usted puede usar corrección y memoria interna de mayor capacidad para representar los vectores digitales. El primer paso al corregir un patrón es determinar la razón de reloj deseada. Para usar recursos efectivamente, debe usar la razón más baja del reloj que cumple sus necesidades. Para tp1, cada salida pasa a X*(5 ns) + C, donde X es un entero y C es un desfase constante para canal de salida. La mismo aplica para los canales de entrada porque cada uno pasa a X*(5 ns) + C, y otra vez, C es un valor constante para canal de entrada.

Ya que todos los canales son un múltiplo de 5 ns más un desfase, puede establecer la razón de reloj a 1/(5 ns) o 200 MHz. Para lograr el desfase, el valor C, necesita configurar la demora de posición al valor apropiado. Los valores de demora se muestran en la tabla a continuación.

1El archivo WGL define la dirección de la señal desde la perspectiva de un dispositivo. Las tarjetas de NI definen una dirección de señal desde la perspectiva de una tarjeta. Esto significa que nombrar HSDIO es lo opuesto del archivo WGL (entrada se refiere a generación y salida a adquisición).

Al aplicar los valores de demora de arriba, el NI PXIe-6556 puede generar cualquier patrón usando la timeplate tp1.

Alcanzar un Periodo Timeplate de 100 ns
Ya que el reloj interno se ejecuta a 200 MHz, cada muestreo del NI PXIe-6556 es salida para 5 ns. Para construir un patrón que es 100 ns, necesita 20 muestreos. Por lo tanto, cada vector definido en el archivo WGL es representado por 20 muestreos e el NI PXIe-6556.

Implementar Conjuntos de Temporización para las Líneas GPIO
Como se mencionó arriba, cada muestreo dura 5 ns y cada vector del archivo WGL es representado por 20 muestreos. Tomando esto en cuenta y la tabla de demora de arriba, la siguiente tabla muestra los valores de los 20 muestreos necesarios para crear un vector desde el archivo WGL para cada una de las líneas GPIO.

1 El NI PXIe-6556 puede manejar lógica 0, 1 y Z. Los estados D deben ser reemplazados por los valores como se define en los vectores digitales.
2 El NI PXIe-6556 puede manejar lógica 0, 1 y Z. El estado P debe ser reemplazado por el valor anterior como se define en los vectores digitales.
3 El NI PXIe-6556 se puede comparar con estados L, H y X. Los estados Q deben ser reemplazados por los valores como se define en los vectores digitales.

Para mostrar que este juego de temporización ha sido implementado correctamente, examine GPIO_3. Cuando el NI PXIe-6556 está generando datos, la lógica cambia después de un periodo (5 ns) y aloja el valor de corriente para los 95 ns restantes. Esto es lo mismo que el timeplate definido en el archivo WGL. Cuando se comparan datos, el NI PXIe-6556 ignora todos los datos excepto el 11vo y 12vo muestreo. Teniendo en mente que la adquisición ha sido demorado 1 ns, este valor es comparado a 11*(5 ns) + (1 ns) o 56 ns, y otra vez a 12*(5 ns) + (1 ns) o 61 ns. En cualquier otro momento, 0 ns por medio de 56 ns y 66 ns por medio de 100 ns, el valor es un X como se define por el timeplate.

Ahora supongamos que un patrón digital utiliza tp2. Puede usar el mismo proceso que tp1. Determinar la razón de reloj interna (1/7.8125 ns) o 128 MHz puede ser una buena elección. Ya que cada valor es un múltiplo de 7.8125 ns, es necesario un desfase. Usar cuatro muestreos, puede construir cualquiera de los patrones definidos en el archivo WGL.

¿Qué puede pasar si el archivo WGL contiene vectores usando los timeplates tp1 y tp2? Si ejecuta los patrones tp2 con la configuración del tp1, el timeplate efectivo debe ser

Note que el periodo y varios de los bordes son diferentes de los valores originales. Aunque algunas aplicaciones son inmunes a este cambio, asuma este comportamiento como no aceptable y trate de mejorar la temporización del patrón.

Idealmente, puede incrementar la razón de reloj interna y alcanzar la resolución que necesita para representar de manera precisa los dos timeplates. En el caso anterior, esto no es práctico porque el NI PXIe-6556 tiene una razón de reloj máxima de 200 MHz.

Ya que incrementar la razón de reloj no es una opción, puede reconfigurar el hardware al cambiar de tp1 a tp2 y viceversa. El hardware es capaz de alojar el último valor al ser reconfigurado. Mientras la aplicación y DUT puedan tolerar unos cuantos milisegundos de demora mientras el hardware es reconfigurado, esto es una buena opción.

Si la aplicación no puede tolerar unos cuantos milisegundos de demora o si la aplicación cambia entre tp1 y tp2 a menudo, debe ajustar la demora del valor de borde ascendente del reloj de muestreo para repartir la diferencia entre los dos juegos de temporización. Aunque esto no es tan preciso como reconfigurar el hardware, es una buena forma de incrementar la precisión.

Asumir que es aceptable forzar tp2 a un periodo de 30 ns, debe alcanzar una precisión de colocación de ±860 ps. Si la aplicación permite que todos los valores tp2 sean escalados desde 32 a 33.3 MHz (periodo de 30 ns), usted puede ejecutar patrones usando ya sea el juego de temporización sin tener que hacer ajustes de temporización o reconfiguración interna.

Por aquellos acostumbrados a especificar los juegos de temporización, la corrección puede parecer un concepto extraño; sin embargo, la mayoría de la gente no necesita entrar en detalles sobre corregir datos. Puede usar convertidores para cambiar datos digitales de en un formato a otro con poca entrada.

Importar Formas de Onda de Datos

Con la abundancia de las herramientas de software y las plataformas de pruebas de producción, usted puede almacenar datos digitales en una variedad de archivos incluyendo los siguientes:

• WGL (.wgl)
• STIL (.stil)
• VCD (.vcd)
• EVCD (.evcd)
• Teradyne (.atp)
• Advantest (.pin, .tim, .tmap, .pat)
• Verigy (.avc, .dvc)
• LTX (.evo, .eva)

Puede agrupar estos archivos e una de dos categorías, la primera siendo archivos generados desde simulación (WGL, STIL, VCD y EVCD). El formato a utilizar depende en las herramientas y paquetes que el ingeniero de diseño use. Tome en cuenta que, el diseñador puede tener la opción de almacenar los datos en más de un formato.

La segunda categoría de archivos contiene archivos específicos del examinador, como .atp. Con frecuencia, estos archivos son construidos al convertir o importar datos desde los archivos de simulación mencionados anteriormente. Sin embargo, los datos no son requeridos para originarse desde archivos de simulación. Algunas veces, las llamadas del plan de pruebas para registradores de lectura y escritura usando un protocolo específico. En este caso, puede generar los archivos con la asistencia de un script o posiblemente generarlos manualmente.

Aunque tiene herramientas que pueden convertir archivos desde un formato de examinador a otro, generalmente debe usar los archivos de fuente originales para generar archivos específicos del examinador. Todos los examinadores tienen limitaciones y para ejecutar un patrón en particular en un examiador, necesita realizar ajustes de temporización. Al moverse de un examinador a otro, necesita cambiar la temporización ajustada una vez más, lo cual provoca que un archivo sea creado que mejor representa el archivo del examinador anterior. La mejor representación del archivo de examinador anterior puede o ser la mejor representación del archivo original. Tome en cuenta que, National Instruments soporta la conversión de varios archivos de simulación.

WGL/STIL

La herramienta TD-Scan de Test System Strategies Incorporated (TSSI) es usada en toda la industria de semiconductores para convertir archivos de simulación y pruebas a formatos específicos de examinador. Para los productos de National Instruments, puede usar la herramienta TD-Scan para convertir archivos STIL y WGL. Al convertir archivos STIL y WGL, puede ajustar los juegos de temporización, como se muestra en la Figura 2 y después convertir los archivos STIL o WGL a un formato basado en ASCII que los productos de National Instruments pueden usar fácilmente. Para más información sobre la herramienta TD-Scan, lea la nota técnica Usar TD-Scan con los Dispositivos Digitales de Alta Velocidad de National Instruments.



Figura 6. TD-Scan Timing Editor Image

VCD

Al usar el NI Digital Waveform Editor, puede importar archivos VCD. Un GUI lo guía durante el proceso. Primero, seleccione el tipo de señales (controlar, comparar y/o bidireccional), como se muestra en la Figura 3. Al usar señales bidireccionales, el siguiente paso es seleccionar las señales de salida y enlácelas a las señales bidireccionales apropiadas. Esto es requerido ya que VCD no contiene información de la dirección de la señal. Los formatos más nuevos como WGL y EVDC no requieres este paso.



Figura 7. Paso de Selección de Señal del Asistente de Importación VCD

Una vez que ha enlazado las señales bidireccionales, seleccione una razón de muestreo y si es deseado, anule ciertos estados digitales. Una vez que la instalación es finalizada, el archivo VCD es importado en el NI Digital Waveform Editor, donde usted puede almacenarlos y usarlos con los dispositivos de E/S digital de alta velocidad de National Instruments, incluyendo el NI PXIe-6556.

Herramientas de Depuración

Aunque varios examinadores pueden probar un dispositivo particular, los ingenieros de pruebas pocas veces son capaces de conectar el DUT y hacer que todos los patrones funcionen perfectamente al primer intento. Para descubrir la causa de los problemas, los ingenieros de pruebas necesitan herramientas de depuración. A continuación le presentamos algunas herramientas de depuración que puede usar con el NI PXIe-6556.

Análisis y Modificación del Patrón

Con el NI Digital Waveform Editor, puede ver y modificar patrones digitales. La figura 8 muestra una imagen del Digital Waveform Editor.



Figura 8. NI Digital Waveform Editor

Comparación de Hardware

Con la comparación de hardware, puede generar estados H, L y X. Si la señal entrante no es como se esperaba (por ejemplo, adquirir"0" pero generado "H"), ocurre un error de muestreo. Si una ocurre un error de muestreo, el NI PXIe-6556 almacena el canal de falla, número de muestreo y (opcional) el número de veces que ocurrió en consecutivamente. La Figura 9 muestra los datos obtenidos desde una comparación de hardware.

Figura 9. Datos de Comparación de Hardware

Datos Adquiridos

Usted siempre puede leer los datos digitales adquiridos y analizarlos por medio de un programa de pruebas, o almacenarlos en disco y analizarlos usando el NI Digital Waveform Editor. La figura 10 muestra los datos digitales adquiridos en LabVIEW.

Figura 10. Datos Digitales Adquiridos en LabVIEW

Herramientas de Depuración Personalizadas

Al usar el software de National Instruments, puede crear sus propias herramientas de depuración. La Figura 11 muestra una gráfica Shmoo creada en LabVIEW.


Figura 11. Gráfica LabVIEW Shmoo

Múltiples PPMUs para Expansión de Canales

Cuando necesite incrementar el número de canales digitales para pruebas, puede añadir módulos al chasis PXI. Dependiendo del número de canales y el chasis que escoja, necesitará expandir más allá de un solo chasis en una configuración de múltiples chasis. NI recomienda el chasis NI PXIe-1075 de la mayoría de las aplicaciones ATE para alojar hardware de pruebas de señales mixtas. Al usar este chasis de 18 ranuras, usted tiene la habilidad de añadir hasta ocho módulos NI PXIe-6556. Los ocho módulos NI PXIe-6556 ofrecen 224 líneas de unidad de medida paramétrica (PPMU) por pin en total. Para expansión mayor a 224 canales, puede usar la tecnología NI MXI-Express para crear puente entre múltiples chasis. La Figura 12 muestra un ejemplo de esta expansión.

Figura 12. Expansión de Múltiples Chasis PXI

Una vez que ha añadido múltiples módulos NI PXIe-6556 a un chasis, querrá sincronizar la temporización de cada módulo para hacerlo operar como si fuera un dispositivo de más canales. Usted puede lograr esto con la tecnología NI-TClk. NI-TClk es una herramienta de sincronización que se encuentra en todos los productos de instrumentos modulares basados en SMC de National Instruments, como dispositivos digitales de alta velocidad, digitalizadores, generadores de forma de onda analógica e instrumentos de RF. Utiliza circuitos de sincronización en cada dispositivo para alinear la señal de reloj con precisión de 40 ps. Lea más sobre la tecnología NI-TClk en la nota técnica La tecnología T-Clock de National Instruments para Temporización y Sincronización de Instrumentos Modulares.

La Figura 13 muestra un ejemplo de cómo puede implementar NI-TClk en LabVIEW para múltiples módulos NI PXIe-6556.

Figura 13. Diagrama de Bloques de LabVIEW que Muestra Integración T-Clock con Dos Módulos

Resumen

La tarjeta electrónica de pines NI PXIe-6556 de National Instruments ofrece medidas y pruebas digitales flexibles por pin. Puede conectarlo a varias opciones de conectividad para control y pruebas de señal de alta fidelidad. Cuando utiliza el NI PXIe-6556 para pruebas de manufactura, tiene una variedad de opciones de interconectividad masiva de MAC Panel y Virginia Panel. El NI PXIe-6556 ofrece una interfaz de software flexible soportada en LabVIEW, .NET y C. No funciona con juegos de temporización fija, pero puede crear esto por medio de técnicas de corrección. Estas técnicas de corrección usan diferentes métodos de demora de datos y desfase de datos, así usted puede crear sus propios juegos de temporización. El NI PXIe-6556 importa y exporta diferentes formatos comunes de forma de onda digital como WGL, STIL y ATP. National Instruments usa herramientas de software TSSI para implementar algunas conversiones de forma de onda para compatibilidad con los tipos de datos de forma de onda digital que funcionan directamente con el NI PXIe-6556. Una vez que tiene el tipo de datos de forma de onda de su interés, necesitará depurar su forma de onda digital. En este caso, el NI Digital Waveform Editor le puede ayudar a visualizar y depurar los patrones de forma de onda digital. También puede usar funciones de visualización de forma de onda en LabVIEW, así puede personalizar su vista al crear gráficas como Shmoo. Para integrar múltiples módulos NI PXIe-6556, National Instruments ofrece una función NI-TClk que maneja un desfase de disparo seleccionado para obtener sincronización de 40 ps entre los módulos. Puede usar la tecnología MXI para conectar esta habilidad NI-TClk a múltiples chasis cuando excede el número de módulos en un solo chasis.