一個(gè)經(jīng)常得不到足夠重視的領(lǐng)域是“信號管理”，基本上就是用于測試的信號開(kāi)關(guān)系統的設計和/或配置。信號管理允許系統共享測試資源，并行測試多個(gè)UUT。經(jīng)過(guò)正確配置的信號管理，有助于最大程度地減小自動(dòng)測試設備(ATE)的外形尺寸，從根本上節省成本。

UUT的測試要求是什么？

在了解設計和工藝以及信號管理之前，應該先了解UUT。這包括產(chǎn)品類(lèi)型、配置(單個(gè)PCB，預制PCB，最終產(chǎn)品)、測試規范、規劃的測試點(diǎn)/焊盤(pán)尺寸、預期數量(每線(xiàn)/天/班等)和預期的故障頻譜。

顯然我沒(méi)有包括“預算”在內。但在理解它之前，你無(wú)法確定測試需要花多少成本。只有知道了測試UUT需要什么時(shí)，你才能開(kāi)始投資談判。也只有到那時(shí)，你才能達成必要的折衷。

高I/O數量和功能

每個(gè)UUT越來(lái)越多的功能，加上不斷縮小的尺寸使得問(wèn)題更多。由于PCB尺寸很小，這些器件可能還在貨架上就要進(jìn)行測試了。因此，要么有一套并行儀器，要么通過(guò)信號管理將儀器連接到需要測試的UUT。

元件密度對功能測試來(lái)說(shuō)似乎不是問(wèn)題。畢竟這里主要關(guān)心的是“什么信號進(jìn)入，什么信號輸出。”雖然這么說(shuō)太簡(jiǎn)單化了，但通常是這個(gè)道理。給UUT輸入端施加激勵信號后，應輸出特定的數據集。

但元件密度是其中一個(gè)因素，原因有幾個(gè)方面。首先，更高密度意味著(zhù)廣泛的功能——即復雜功能，高I/O數量，或兩者的組合?？催^(guò)圖1所示的PCB樣品后，你必須首先回答這些問(wèn)題：I/O數量是多少？連接器上有什么類(lèi)型的信號(數字/模擬)？要求什么樣的儀器？有必要進(jìn)行校準嗎？診斷關(guān)鍵嗎？探測是人工還是機器人做？會(huì )使用自動(dòng)的處理器嗎？所用的I/O連接器方便探測或連接嗎？


一旦我們了解了這些問(wèn)題，我們就可以查看信號管理配置了。但在繼續討論之前，讓我們先看看可用的一些信號開(kāi)關(guān)選擇。

信號開(kāi)關(guān)類(lèi)型

簡(jiǎn)單地說(shuō)，開(kāi)關(guān)就是接通/切斷連接。單刀單擲(SPST)、雙刀雙擲(DPST)和其它開(kāi)關(guān)配置被用于連接包括電源、負載和機械致動(dòng)器等元器件，如圖2所示。在大多數情況下，主要問(wèn)題在于電壓、電流和功耗——帶寬在這類(lèi)應用中基本上不成問(wèn)題。

[page]
復用器用來(lái)將單臺儀器或激勵信號路由到UUT上的多個(gè)連接，一次一個(gè)連接——見(jiàn)圖3。給多個(gè)測試點(diǎn)共享單個(gè)源或反過(guò)來(lái)給多個(gè)源共享單個(gè)測試點(diǎn)是非常靈活且極具成本效益的。同樣，電壓、電流和功耗以及并發(fā)連接數量都是必須要考慮的參數。在大多數情況下，復用器的頻率響應也很重要。


在許多應用中最靈活的開(kāi)關(guān)解決方案是交叉點(diǎn)矩陣。如圖4所示，矩陣其實(shí)是一連串的繼電器，它們將特定的Y軸電氣連接與合適的X軸連接連在一起。通過(guò)閉合正確的繼電器，事實(shí)上任意Y軸連接都能連接到任意X軸連接。多個(gè)并發(fā)連接也是允許的。這是最容易的連接實(shí)現方式。


但矩陣也有它們的局限。第一個(gè)問(wèn)題是帶寬。大多數矩陣的帶寬是受限的，因為可能連接的數量和可能很長(cháng)的未端接信號會(huì )形成有害的“天線(xiàn)”，或“分支長(cháng)度”，進(jìn)而限制矩陣的頻率響應。

使用矩陣時(shí)要考慮的另外一件事是成本的增加。在UUT和一臺儀器或一連串儀器之間生成所有可能的連接的能力要求大量繼電器！舉例來(lái)說(shuō)，如果你想要將一個(gè)四線(xiàn)測量設備連接到96個(gè)可能的連接，你可能需要多達1536個(gè)繼電器！

系統配置

現在我們已經(jīng)深入理解了測試要求和可用的信號開(kāi)關(guān)源。下面讓我們考慮一下如何實(shí)現信號管理。

如果看過(guò)圖5，你就能見(jiàn)到典型的系統框圖——PC控制器、激勵和響應儀器。信號管理子系統位于接口測試適配器(ITA)和儀器之間。


設計測試系統時(shí)遇到的第一個(gè)問(wèn)題是儀器在UUT和信號管理系統之間是如何互連的。本文提供了兩種不同的架構。


圖6顯示了一種“直通”配置。這個(gè)設計將系統中的儀器連接到接口測試適配器(ITA)。為了將儀器連接到信號管理，它們通過(guò)內部連線(xiàn)連接到測試夾具。這種配置可以通過(guò)修改測試夾具重新配置測試系統，因此是最靈活的。缺點(diǎn)是連線(xiàn)長(cháng)度太長(cháng)。另外，每個(gè)信號需要經(jīng)過(guò)ITA三次才能連接到UUT，這不僅增加了損耗，而且會(huì )影響信號完整性。


圖7顯示了一種硬連線(xiàn)配置。在這個(gè)裝置中，儀器被直接連線(xiàn)進(jìn)信號管理系統。這種設計能夠管理信號長(cháng)度，確保最好的信號完整性。缺點(diǎn)是重新配置要求重新設計測試系統，限制了靈活性。
[page]
選擇大規?；ミB

提到互連，如果測試系統是要測試許多不同的UUT，那就可以考慮大規?；ミB系統，也稱(chēng)為接口測試適配器(ITA)。一個(gè)設計良好的ITA系統可以提供一致的結果，并且很方便地改變UUT。但請記住，增加額外的連接，會(huì )增加電阻和插入損耗，所有這些因素都可能改變測試參數。根據具體應用，你可能需要評估ITA內的連接：這些連接是硬連線(xiàn)嗎？是否有專(zhuān)門(mén)設計的PCB用于控制信號路徑和阻抗？后者當然會(huì )增加成本，但對于精確測試而言可能是必需的。因此，測試預算一定要保持一定的靈活性。

什么會(huì )出錯？

最常見(jiàn)到的錯誤是在配置測試系統時(shí)沒(méi)有考慮總的規格指標。例如，測量通道可能必須呈現特定的特性：線(xiàn)路損耗、電容等。配置系統的工程師只關(guān)注了開(kāi)關(guān)子系統的性能指標，而忽視了電纜和連接器以及儀器特性都會(huì )影響測量通道性能的事實(shí)。

另外一個(gè)問(wèn)題關(guān)乎被開(kāi)關(guān)的信號。很多時(shí)候測試工程師會(huì )錯漏開(kāi)關(guān)系統在“冷開(kāi)關(guān)”(在UUT加電前閉合和斷開(kāi)繼電器)和“熱開(kāi)關(guān)”(在UUT加電后閉合和斷開(kāi)繼電器)時(shí)的性能指標。熱開(kāi)關(guān)時(shí)的電流額定值通常大約是冷開(kāi)關(guān)時(shí)的一半——試圖對太高電流進(jìn)行熱開(kāi)關(guān)可能導致開(kāi)關(guān)系統損壞。

診斷

在大多數情況下，功能測試是通過(guò)/不通過(guò)操作。然而在一些工業(yè)領(lǐng)域，功能測試退回到了制造過(guò)程中。一些制造商在PCB階段甚至在組裝過(guò)程中做一些關(guān)鍵的測量。

這是因為今天的電子設備具有一次性屬性，設計為廉價(jià)性裝配，而且不能被拆解。因此在最終測試之前驗證功能可以避免返工，減少潛在的報廢可能。信號管理系統可以自動(dòng)化并加速生產(chǎn)過(guò)程中測試期間的校準。

探測PCB

如果設計要求探測UUT以便校準或驗證，那么必需提供足夠的測試點(diǎn)。但是探測一個(gè)20mil器件的J型引線(xiàn)不是非常有效果。BGA是不可能的。鑒于今天的封裝密度，測試焊盤(pán)幾乎是不可能提供的。另外，總線(xiàn)速度也會(huì )由于這么大的測試焊盤(pán)受到傷害。顯然，測試夾具能夠更加精確地用于更小目標，但也更加昂貴。為了盡可能減少對UUT的加載影響，在本例中匹配所用的信號開(kāi)關(guān)很重要。

自動(dòng)還是人工測試？

隨著(zhù)數量和每線(xiàn)比特速率的增加，也許你想知道測試過(guò)程實(shí)現自動(dòng)化的可能性。自動(dòng)化的功能性測試本質(zhì)上不需要加載/卸載時(shí)間，可以減少對額外測試系統的需求。

信號管理在這種情況下是一種平衡的做法。共享資源可以極大地降低測試成本。

但當功能測試系統必須跟上線(xiàn)路比特率時(shí)，這可能是個(gè)問(wèn)題。在這種情況下，看看什么樣的測試過(guò)程可以并行完成。另外，如果UUT是在貨架上做測試的，那么將測試分開(kāi)來(lái)做是很有好處的。舉例來(lái)說(shuō)，在有6個(gè)UUT的貨架中，你可以對前3個(gè)UUT做Test#1，對后3個(gè)UUT做Test#2，然后使用信號管理將測試再反過(guò)來(lái)做一遍。

操作員技巧水平

校準或診斷時(shí)進(jìn)行探測幾乎是必須的。因此可能要求操作人員訪(fǎng)問(wèn)測試點(diǎn)。只要有可能，都要確保測試點(diǎn)有清晰的標記。

要問(wèn)的問(wèn)題包括：探針大于測試點(diǎn)嗎？

會(huì )不會(huì )存在探針短路多個(gè)測試點(diǎn)并損壞UUT的危險？

有電擊危險嗎？普通操作員可以快速識別測試點(diǎn)并進(jìn)行探測嗎？操作員需要在一個(gè)測試點(diǎn)上保持探針不動(dòng)多長(cháng)時(shí)間才能得到精確的讀數？

詢(xún)問(wèn)以上問(wèn)題可能迫使測試工程師評估測試探針類(lèi)型、修改文檔以更好地識別測試點(diǎn)，甚至改變操作員的資質(zhì)。另外一種方法是將信號管理施加到具體應用，并實(shí)現探測過(guò)程的自動(dòng)化。

相關(guān)閱讀：

詳解光伏逆變器特有功能測試技術(shù)
光伏逆變器特有功能測試，你了解多少？
專(zhuān)家解析：中規模集成電路功能測試儀的設計