Equipamento de teste automático - Automatic test equipment

Equipamento de teste automático ou equipamento de teste automatizado ( ATE ) é qualquer aparelho que realiza testes em um dispositivo, conhecido como dispositivo em teste (DUT), equipamento em teste (EUT) ou unidade em teste (UUT), usando automação para realizar medições rapidamente e avaliar os resultados do teste. Um ATE pode ser um multímetro digital simples controlado por computador ou um sistema complicado contendo dezenas de instrumentos de teste complexos ( equipamento de teste eletrônico real ou simulado ) capaz de testar e diagnosticar automaticamente falhas em peças eletrônicas sofisticadas ou em teste de wafer , incluindo sistema ligado chips e circuitos integrados .

Keithley Instruments Series 4200
Keithley Instruments Series 4200 CVU

Onde é usado

O ATE é amplamente utilizado na indústria de manufatura de eletrônicos para testar componentes e sistemas eletrônicos após serem fabricados. O ATE também é usado para testar aviônicos e módulos eletrônicos em automóveis. É usado em aplicações militares como radar e comunicação sem fio.

Na indústria de semicondutores

Semicondutor ATE, nomeado para testar dispositivos semicondutores , pode testar uma ampla gama de dispositivos eletrônicos e sistemas, de componentes simples ( resistores , capacitores e indutores ) a circuitos integrados (ICs), placas de circuito impresso (PCBs) e complexos, completamente montados sistemas eletrônicos. Para este propósito, são usados cartões de sondagem . Os sistemas ATE são projetados para reduzir a quantidade de tempo de teste necessária para verificar se um determinado dispositivo funciona ou para encontrar rapidamente suas falhas antes que a peça tenha a chance de ser usada em um produto de consumo final. Para reduzir os custos de fabricação e melhorar o rendimento, os dispositivos semicondutores devem ser testados após serem fabricados para evitar que dispositivos defeituosos acabem nas mãos do consumidor.

Componentes

A arquitetura ATE de semicondutor consiste em um controlador mestre (geralmente um computador ) que sincroniza uma ou mais fontes e instrumentos de captura (listados abaixo). Historicamente, controladores ou relés com design personalizado eram usados ​​por sistemas ATE. O Dispositivo em Teste (DUT) é fisicamente conectado ao ATE por outra máquina robótica chamada manipulador ou sondador e por meio de um Adaptador de Teste de Interface (ITA) customizado ou "acessório" que adapta os recursos do ATE ao DUT.

PC industrial

O PC industrial nada mais é do que um computador desktop normal embalado em padrões de rack de 19 polegadas com slots PCI / PCIe suficientes para acomodar as placas de estimulação / detecção de sinal. Isso assume o papel de um controlador no ATE. O desenvolvimento de aplicativos de teste e armazenamento de resultados é gerenciado neste PC. A maioria dos ATEs de semicondutores modernos inclui vários instrumentos controlados por computador para fornecer ou medir uma ampla gama de parâmetros. Os instrumentos podem incluir fontes de alimentação do dispositivo (DPS), unidades de medição paramétrica (PMU), geradores de forma de onda arbitrária (AWG), digitalizadores, IOs digitais e fontes de serviços públicos. Os instrumentos realizam diferentes medições no DUT, e os instrumentos são sincronizados para que possam fornecer e medir formas de onda nos momentos adequados. Com base no requisito de tempo de resposta, os sistemas em tempo real também são considerados para estimulação e captura de sinal.

Interconexão em massa

A interconexão em massa é uma interface de conector entre instrumentos de teste (PXI, VXI, LXI, GPIB, SCXI e PCI) e dispositivos / unidades em teste (D / UUT). Esta seção atua como um ponto nodal para sinais que entram / saem entre ATE e D / UUT.

Exemplo: medição de tensão simples

Por exemplo, para medir a tensão de um dispositivo semicondutor específico, os instrumentos de processamento digital de sinal (DSP) no ATE medem a tensão diretamente e enviam os resultados a um computador para processamento de sinal, onde o valor desejado é calculado. Este exemplo mostra que instrumentos convencionais, como um amperímetro , podem não ser usados ​​em muitos ATEs devido ao número limitado de medições que o instrumento pode fazer e ao tempo que levaria para usar os instrumentos para fazer a medição. Uma das principais vantagens de usar o DSP para medir os parâmetros é o tempo. Se tivermos que calcular a tensão de pico de um sinal elétrico e outros parâmetros do sinal, teremos que empregar um instrumento detector de pico, bem como outros instrumentos, para testar os outros parâmetros. Se instrumentos baseados em DSP forem usados, no entanto, uma amostra do sinal é feita e os outros parâmetros podem ser calculados a partir de uma única medição.

Requisitos de parâmetro de teste vs tempo de teste

Nem todos os dispositivos são testados igualmente. O teste adiciona custos, portanto, os componentes de baixo custo raramente são testados completamente, enquanto os componentes médicos ou de alto custo (onde a confiabilidade é importante) são frequentemente testados.

Mas testar o dispositivo para todos os parâmetros pode ou não ser necessário, dependendo da funcionalidade do dispositivo e do usuário final. Por exemplo, se o dispositivo encontra aplicação em produtos médicos ou salva-vidas, muitos de seus parâmetros devem ser testados e alguns dos parâmetros devem ser garantidos. Mas decidir sobre os parâmetros a serem testados é uma decisão complexa com base no custo versus rendimento. Se o dispositivo for um dispositivo digital complexo, com milhares de portas, a cobertura de falha de teste deve ser calculada. Aqui, novamente, a decisão é complexa com base na economia do teste, com base na frequência, número e tipo de I / Os no dispositivo e na aplicação de uso final ...

Manipulador ou sondador e adaptador de teste de dispositivo

O ATE pode ser usado em peças embaladas ('chip' típico de IC) ou diretamente no wafer de silício . As peças embaladas usam um manipulador para colocar o dispositivo em uma placa de interface personalizada, enquanto os wafers de silício são testados diretamente com sondas de alta precisão. Os sistemas ATE interagem com o manipulador ou sondador para testar o DUT.

Parte embalada ATE com manipuladores

Os sistemas ATE normalmente fazem interface com uma ferramenta de posicionamento automatizada, chamada de "manipulador", que coloca fisicamente o dispositivo em teste (DUT) em um adaptador de teste de interface (ITA) para que possa ser medido pelo equipamento. Também pode haver um adaptador de teste de interface (ITA), um dispositivo que apenas faz conexões eletrônicas entre o ATE e o dispositivo em teste (também chamado de unidade em teste ou UUT), mas também pode conter um circuito adicional para adaptar sinais entre o ATE e o DUT e possui instalações físicas para montagem do DUT. Finalmente, um soquete é usado para fazer a ponte entre o ITA e o DUT. Um soquete deve sobreviver às demandas rigorosas de um piso de produção, portanto, geralmente são substituídos com frequência.

Diagrama de interface elétrica simples: ATE → ITA → DUT (pacote) ← Handler

Wafer de silício ATE com sondas

Os ATEs baseados em wafer normalmente usam um dispositivo chamado Prober que se move através de um wafer de silício para testar o dispositivo.

Diagrama de interface elétrica simples: ATE → Prober → Wafer (DUT)

Multi-site

Uma maneira de melhorar o tempo de teste é testar vários dispositivos ao mesmo tempo. Os sistemas ATE agora podem suportar múltiplos "sites", onde os recursos ATE são compartilhados por cada site. Alguns recursos podem ser usados ​​em paralelo, outros devem ser serializados para cada DUT.

Programação ATE

O computador ATE usa linguagens de computador modernas (como C , C ++ , Java , Python , LabVIEW ou Smalltalk ) com instruções adicionais para controlar o equipamento ATE por meio de interfaces de programação de aplicativos (API) padrão e proprietárias . Além disso, existem algumas linguagens de computador dedicadas, como Linguagem de teste abreviada para todos os sistemas (ATLAS). O equipamento de teste automático também pode ser automatizado usando um mecanismo de execução de teste , como o TestStand da National Instruments .

Às vezes, a geração automática de padrões de teste é usada para ajudar a projetar a série de testes.

Dados de teste (STDF)

Muitas plataformas ATE usadas nos dados de saída da indústria de semicondutores usando o Formato de Dados de Teste Padrão (STDF)

Diagnóstico

O diagnóstico automático do equipamento de teste é a parte de um teste ATE que determina os componentes com defeito. Os testes ATE executam duas funções básicas. A primeira é testar se o dispositivo em teste está funcionando corretamente ou não. A segunda é quando o DUT não está funcionando corretamente, para diagnosticar o motivo. A parte diagnóstica pode ser a parte mais difícil e cara do teste. É típico do ATE reduzir uma falha em um cluster ou grupo de componentes ambíguos. Um método para ajudar a reduzir esses grupos de ambigüidade é adicionar o teste de análise de assinatura analógica ao sistema ATE. Os diagnósticos são freqüentemente auxiliados pelo uso de testes de sonda voadora .

Troca de equipamento de teste

A adição de um sistema de comutação de alta velocidade à configuração de um sistema de teste permite um teste mais rápido e econômico de vários dispositivos e foi projetado para reduzir erros e custos de teste. Projetar a configuração de comutação de um sistema de teste requer uma compreensão dos sinais a serem comutados e dos testes a serem realizados, bem como os fatores de forma do hardware de comutação disponíveis.

Plataformas de equipamentos de teste

Diversas plataformas modulares de instrumentação eletrônica estão atualmente em uso comum para configurar sistemas eletrônicos automatizados de teste e medição. Esses sistemas são amplamente empregados para inspeção de recebimento, garantia de qualidade e teste de produção de dispositivos eletrônicos e subconjuntos. As interfaces de comunicação padrão da indústria vinculam fontes de sinal a instrumentos de medição em sistemas baseados em " rack e pilha " ou chassi / mainframe, geralmente sob o controle de um aplicativo de software personalizado em execução em um PC externo.

GPIB / IEEE-488

O General Purpose Interface Bus ( GPIB ) é uma interface paralela padrão IEEE-488 (um padrão criado pelo Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos ) usada para conectar sensores e instrumentos programáveis ​​a um computador. GPIB é uma interface de comunicação paralela digital de 8 bits capaz de alcançar transferências de dados de mais de 8 Mbytes / s. Ele permite o encadeamento de até 14 instrumentos em um controlador de sistema usando um conector de 24 pinos. É uma das interfaces de E / S mais comuns presentes em instrumentos e é projetada especificamente para aplicações de controle de instrumentos. As especificações IEEE-488 padronizaram este barramento e definiram suas especificações elétricas, mecânicas e funcionais, além de definir suas regras básicas de comunicação de software. O GPIB funciona melhor para aplicações em ambientes industriais que requerem uma conexão robusta para o controle do instrumento.

O padrão GPIB original foi desenvolvido no final dos anos 1960 pela Hewlett-Packard para conectar e controlar os instrumentos programáveis ​​que a empresa fabricava. A introdução de controladores digitais e equipamentos de teste programáveis ​​criou a necessidade de uma interface padrão de alta velocidade para comunicação entre instrumentos e controladores de vários fornecedores. Em 1975, o IEEE publicou o Padrão ANSI / IEEE 488-1975, Interface Digital do Padrão IEEE para Instrumentação Programável, que continha as especificações elétricas, mecânicas e funcionais de um sistema de interface. Este padrão foi posteriormente revisado em 1978 (IEEE-488.1) e 1990 (IEEE-488.2). A especificação IEEE 488.2 inclui os Comandos Padrão para Instrumentação Programável (SCPI), que definem comandos específicos que cada classe de instrumento deve obedecer. O SCPI garante compatibilidade e configuração entre esses instrumentos.

O barramento IEEE-488 é popular há muito tempo porque é simples de usar e tira proveito de uma grande seleção de instrumentos e estímulos programáveis. Grandes sistemas, no entanto, têm as seguintes limitações:

  • A capacidade de fanout do driver limita o sistema a 14 dispositivos mais um controlador.
  • O comprimento do cabo limita a distância controlador-dispositivo a dois metros por dispositivo ou 20 metros no total, o que for menor. Isso impõe problemas de transmissão em sistemas espalhados em uma sala ou em sistemas que requerem medições remotas.
  • Os endereços primários limitam o sistema a 30 dispositivos com endereços primários. Os instrumentos modernos raramente usam endereços secundários, portanto, isso impõe um limite de 30 dispositivos no tamanho do sistema.

Extensões LAN para Instrumentação (LXI)

O padrão LXI define os protocolos de comunicação para sistemas de instrumentação e aquisição de dados usando Ethernet. Esses sistemas são baseados em instrumentos pequenos e modulares, usando LAN (Ethernet) de padrão aberto e de baixo custo. Os instrumentos compatíveis com LXI oferecem as vantagens de tamanho e integração de instrumentos modulares sem as restrições de custo e fator de forma das arquiteturas de gaiola de cartão. Por meio do uso de comunicações Ethernet, o LXI Standard permite embalagem flexível, E / S de alta velocidade e uso padronizado de conectividade LAN em uma ampla gama de aplicações comerciais, industriais, aeroespaciais e militares. Cada instrumento compatível com LXI inclui um driver de Instrumento Virtual Intercambiável (IVI) para simplificar a comunicação com instrumentos não-LXI, para que dispositivos compatíveis com LXI possam se comunicar com dispositivos que não são compatíveis com LXI (ou seja, instrumentos que empregam GPIB, VXI, PXI, etc.). Isso simplifica a construção e operação de configurações híbridas de instrumentos.

Os instrumentos LXI às vezes empregam scripts usando processadores de script de teste incorporados para configurar aplicativos de teste e medição. Os instrumentos baseados em script fornecem flexibilidade arquitetônica, melhor desempenho e menor custo para muitos aplicativos. O script aprimora os benefícios dos instrumentos LXI, e o LXI oferece recursos que habilitam e aprimoram os scripts. Embora os padrões LXI atuais para instrumentação não exijam que os instrumentos sejam programáveis ​​ou implementem scripts, vários recursos na especificação LXI antecipam instrumentos programáveis ​​e fornecem funcionalidade útil que aprimora os recursos de script em instrumentos compatíveis com LXI.

Extensões VME para Instrumentação (VXI)

A arquitetura de barramento VXI é uma plataforma de padrão aberto para teste automatizado com base no barramento VME . Introduzido em 1987, o VXI usa todos os fatores de forma Eurocard e adiciona linhas de disparo, um barramento local e outras funções adequadas para aplicações de medição. Os sistemas VXI são baseados em um mainframe ou chassi com até 13 slots nos quais vários módulos de instrumento VXI podem ser instalados. O chassi também fornece todos os requisitos de fonte de alimentação e resfriamento para o chassi e os instrumentos que ele contém. Os módulos de barramento VXI geralmente têm 6U de altura.

PCI eXtensions for Instrumentation (PXI)

PXI é um barramento periférico especializado para aquisição de dados e sistemas de controle em tempo real. Introduzido em 1997, o PXI usa os fatores de forma CompactPCI 3U e 6U e adiciona linhas de disparo, um barramento local e outras funções adequadas para aplicações de medição. As especificações de hardware e software PXI são desenvolvidas e mantidas pela PXI Systems Alliance. Mais de 50 fabricantes em todo o mundo produzem hardware PXI.

Universal Serial Bus (USB)

O USB conecta dispositivos periféricos, como teclados e mouses, a PCs. O USB é um barramento Plug and Play que pode suportar até 127 dispositivos em uma porta e tem uma taxa de transferência máxima teórica de 480 Mbit / s (USB de alta velocidade definido pela especificação USB 2.0). Como as portas USB são recursos padrão dos PCs, elas são uma evolução natural da tecnologia de porta serial convencional. No entanto, não é amplamente utilizado na construção de sistemas de teste e medição industriais por uma série de razões; por exemplo, cabos USB não são de nível industrial, são sensíveis a ruídos, podem se soltar acidentalmente e a distância máxima entre o controlador e o dispositivo é de 30 m. Como o RS-232 , o USB é útil para aplicações em um ambiente de laboratório que não requerem uma conexão de barramento robusta.

RS-232

RS-232 é uma especificação para comunicação serial popular em instrumentos analíticos e científicos, bem como para controlar periféricos, como impressoras. Ao contrário do GPIB, com a interface RS-232, é possível conectar e controlar apenas um dispositivo por vez. RS-232 também é uma interface relativamente lenta com taxas de dados típicas de menos de 20 kbytes / s. RS-232 é mais adequado para aplicações de laboratório compatíveis com uma conexão mais lenta e menos robusta. Funciona com alimentação de ± 24 Volts

JTAG / Boundary-scan IEEE Std 1149.1

JTAG / Boundary-scan pode ser implementado como um barramento de interface de nível de PCB ou sistema com a finalidade de controlar os pinos de um IC e facilitar testes de continuidade (interconexão) em um alvo de teste (UUT) e também testes de cluster funcional na lógica dispositivos ou grupos de dispositivos. Ele também pode ser usado como uma interface de controle para outra instrumentação que pode ser embutida nos próprios ICs (consulte IEEE 1687) ou instrumentos que fazem parte de um sistema de teste externo controlável.

Processadores de script de teste e um barramento de expansão de canal

Uma das plataformas de sistema de teste desenvolvidas mais recentemente emprega instrumentação equipada com processadores de script de teste integrados combinados com um barramento de alta velocidade. Nesta abordagem, um instrumento "mestre" executa um script de teste (um pequeno programa) que controla a operação dos vários instrumentos "escravos" no sistema de teste, ao qual está vinculado por meio de uma sincronização de gatilho baseada em LAN de alta velocidade e bus de comunicação interunidades. Scripting é escrever programas em uma linguagem de script para coordenar uma sequência de ações.

Essa abordagem é otimizada para pequenas transferências de mensagens que são características de aplicativos de teste e medição. Com muito pouca sobrecarga de rede e uma taxa de dados de 100 Mbit / s, é significativamente mais rápido do que GPIB e Ethernet 100BaseT em aplicativos reais.

A vantagem dessa plataforma é que todos os instrumentos conectados se comportam como um sistema multicanal totalmente integrado, para que os usuários possam dimensionar seu sistema de teste para se adequar à contagem de canais necessária de maneira econômica. Um sistema configurado neste tipo de plataforma pode ser autônomo como uma solução completa de medição e automação, com a unidade mestre controlando o fornecimento, medição, decisões de aprovação / reprovação, controle de fluxo de sequência de teste, binning e o manipulador ou sondador de componente. O suporte para linhas de disparo dedicadas significa que as operações síncronas entre vários instrumentos equipados com processadores de script de teste integrados que estão vinculados por este barramento de alta velocidade podem ser realizadas sem a necessidade de conexões de disparo adicionais.

Veja também

Referências

links externos