综合仪器方法解决棘手的系统级测试

当今的电子器件和产品在以比以往更快的速度发展，在许多商业应用中，从设计到生产的生命周期缩短到仅有6个月。另外，设备内含和拓扑正从单一向多功能器件转化进而涉及整个子系统和系统，并常常作为单一方案(例如智能电话和iPhone那样的设备)。

进一步，直接软件控制和设备配设对多载频功放(MCPA)和软件定义无线(SDR)来说已是家常便饭。且类似RFIC那样的器件只能在混合信号环境下工作和测试，且常常要在实时条件下进行。

当考虑到所有这些因素时，可测试及可制造方案的理想设计(DFT&M)特性和要求被快速呈现出来。“综合”仪器可容易地提供和满足这些特性和要求。与静态堆架式(rack-and-stack)测试系统不同，综合仪器可相当简单地与被测试设备(DUT)系统地和谐共进。

什么是综合测试？

传统测试系统供应商将各种台式测试仪器或专用仪器模块通过合适的互连电缆将它们嵌装在一个架构内，然后用连接器将这些仪器与被测产品连在一起。然后，他们加入调用内置在这些仪器内功能的软件。对测试系统开发来说，“堆架式”是这种方法的一个更常用叫法。目前使用的传统仪器有：示波器、数字万用表、频谱分析仪和频率计数器等，它们或是单台独立系统或作为整个测试系统一部分。

综合仪器通过将软件应用编程接口(API)和测试算法、硬件模块以及基于核心仪器化功能构造块的系统级校准软件结合起来的方法将激励和传统仪器中的测量能力“综合”在一起。综合仪器的概念根源于雷达和EW发射和接收器、SDR、移动/手持设备和电话、无线基础建构、器件和子系统以及其它目前设计和安装的通信系统背后普遍采用的支撑技术。

综合架构还强化了测试系统的升级以及系统地处理老旧问题的能力。当需要升级或有老旧问题需要处理时，只需直接增加或替换涉及的功能块即可，而不是整组仪器或相应的测量和测试应用。它减低了处理陈旧仪器的成本还减小了伴随该设备更新所带来的技术风险。

借助综合系统，一个组织可生成各种信号类型，包括：数字、模拟、RF和微波。它是采用模块化硬件、系统软件和模块化测量及应用软件来实现的。综合系统架构具有单独/整体探究硬件、测量和应用性能的独特能力。独立于硬件的软件测量库还规避了硬件性能进化时重复开发的风险。

综合系统可解决多行业测试问题。它是通过结合模块化硬件和软件组件以生成一个强大的新测试仪器系列来实现的，从而具有比传统的单机单测量功能堆架式测试仪器明显的优势。借助综合系统架构有可能利用多个并行路径将测试时间/吞吐量分别缩短/增加到传统堆架式方案的4~10倍。

综合测试系统的关键优势包括：

1. 降低了单位测试成本；

2. 缩短了测试时间、提升了效率；

3. 减少了测试设备需求和测试配置；

4. 测量速度更快、结果更准确；

5. 简化了系统级校准工作；

6. 减少了资金投入，降低了维护和保有成本；

7. 减少了升级和陈旧处理问题；

8. 具备满足下一代测量算法开发所需的平台；

9. 独立于平台和系统的再利用模式；

10. 从系统硬件和软件配置中析取测试应用和测量软件。

综合系统可减少升级及产品陈旧问题。硬件、系统软件、应用和测量功能架构模块可按需完全或单独替换。此举降低了升级费用和系统集成风险，这两个问题可对测试应用配置带来消极影响。

综合系统解决了当校准和功能测试循环被直接编程进系统功能模块时引发的再校准问题。它允许连续地实时运行校准程序。因此，它省去了重新校准一个给定系统经常所需预先计划的停机时间。另外，连续的嵌入式校准能力还加强了测试系统的总体完整性。

综合架构还强化了测试系统升级及处理系统的陈旧问题的能力。当出现升级或陈旧情况时，只需增加或替换直接有/受影响的模块，而非整个仪器组或相应的测量和测试应用。除降低伴随该处理过程的技术风险外，它还降低了处理陈旧仪器的成本。

综合仪器概念对待硬件的方式与以目标为导向的编程处理软件“模块“的方式相同。因而，以目标为导向的软件与综合仪器方法匹配得很好。先进的综合仪器实现利用与功能硬件模块一对一对应的软件目标。另外，它们将激励和测量算法作为软件目标实现。

囊括功能硬件模块所需的全部信息使智能软件可容易地组合不同配置内的模块及确定最终激励或测量能力。简言之，若了解每个模块的传递函数，你就能组合它们以生成复杂的激励或测量。因模块被当作目标，那么一或多个校准系数也可位于目标内。因此，在保持将高质量和敏感的系统级校准源源不断地输送给被测单元之际，仍可以多种不同方式组合模块。

这一以目标为导向的方法的进一步好处包括为测试系统和DUT提供集成诊断和故障预警能力。对采用循序编程技术的传统测试系统来说，集成诊断很难实现。借助以目标为导向的综合系统方法，智能软件可方便地监控硬件和软件目标的运行状态和情况以提供实时诊断。为系统增加趋向性(trending)，还可提供故障预警能力。

综合系统环境独立于硬件平台和接口的选择。因为硬件和软件模块间的接口也被当作插入目标处理，所以，方案提供者可将PXI、LXI、PCI、PCI-X、VXI、GPIB、以太网、USB或包括开关光纤架构在内的其它通信总线组合在一起。

硬件配置抽象于软件组件和模块，从而具有随心所愿地重新配置的能力。综合系统的方法提供一个极其有力的系统架构从而使再利用和扩展成为可能。

通向综合测试系统的方法

理想的DFT&M方案提供全部所需的数据和控制接口，以及DUT在被测试时为实现功能和通信所需的模拟、运算和仿真特性(即测试环境)，就好象它是被嵌入在实际系统环境内一样(图1)。

随着DUT集成度和复杂性的增加，操作行为、通信模式、功能表现以及测试环境(TE)处理的数据类型必须能通过软件重新配置和动态地再分配测试资源来调适需求。

考虑到DUT内多个内部和外部I/O(接口)进程的同时发生，TE必须能执行多个精准控制及被仔细同步的复杂测量。这种情况经常发生在实时条件下并与采样和处理数据在同一模块，且不丢失整个激励、响应和数据组流处理的连续性。

这一共时及被精准同步的过程确保结果的原因/效应关系，另外，受控和经过分析的参数的行为得以一致地保持。同步还为DFT&M工程师提供准确、低不确定性及高度关联的数据/信息。

上市时间压力持续挤压着DUT开发周期，测试系统应为DUT的可行性评估、开发、集成、验证、生产和维护各阶段提供全部测试环境能力。为现代DUT存活周期的每一阶段准备多个/独立的测试设备和测试团队从经济和可用测试资源(即，设备和人力积聚)两方面来看都不实际。这样，就需要设计出一种具有可测试和可制造性的测试环境，这种环境包含可动态、无缝并以具成本效益的方式适应DUT各阶段不同情况的综合方案和资源(图2)。

DUT集成度及复杂性的增加加之开发周期的缩短使传统测试仪器难以提供高度专业、有用和完整的现代测试功能、程式及相应结果(例如，传统仪器上的按钮和数据显示种类)。取而代之的测试方案将包括软件可配置测量平台(图3)。

这种平台利用DFT&M工程师可借助简单改编(script)、图形及其它人机接口技术进行修改、集成、排序并补充的基本测量库以最好地匹适新DUT的最新测试需求。按上述理路推论，在DUT和TE间最有可能发生水平不断增加的功能和控制/数据I/O互动。这将需要公共及整合程度更高的路线图及在DUT开发者和TE供应商间更高水平的合作。

重要的是我们要意识到，即便我们通常并没公开对其进行陈述，DUT开发者多年以来一直在其器件内嵌入IP测试核(IPTC)。当支持底层内置测试(BIT)功能时，这些IPTC本质上可非常简单。当支持由外部激励和控制的边界测试功能时，这些IPTC又可相当复杂，在边界测试时，可利用多个向量和组合通过限制在I/O层面的交互来验证DUT的完整功能。

在测试接口主要通过智能软件在DUT和TE间的交互来约定的软件定义器件内，这些情况甚至会变得更普遍。这里，只有当TE能“向外看”并能有效与DUT/TE的接口通信时，才能使DUT内置测试能力得到最充分发挥。它再一次意味着在DUT开发者和TE供应商间要进行紧密合作，彼此的路线图和开发活动要琴瑟和谐。

基于这些考虑，有人会说，在此快速变化的环境中，基于多个、单独为某一应用定制的仪器的传统测试方案将无法跟上设计、测试和维护的需要，也无法适应测试系综(ensemble)的复杂性。实际上，工程角色在迅速融合。

迫切需要一种可迅速适应新设备性能要求的DFT&M方案。新测试系统还将允许没被传统测试仪器具有的具体功能和人机接口特性所严格规束的定制测量。

在此情况，真正综合的方案允许DFT&M工程师从产品的出现到维护阶段一直无缝地工作。这种高度集成的模块化、软件驱动的综合架构还通过把受影响的陈旧问题局限于单一的集成模块而非整个测试系统，进而支持对陈旧老化问题实施主动及具成本效益的管理。

随着综合测试方案得到认同并迅速扩展其覆盖范围，确保DFT&M工程师选择具有混合集成能力以包纳各种标准的真正的综合系统就很必要。

总体上，提供经过验证了的综合测试系统方案的公司一般也开发并集成系统部件。这些公司具有在一个完全校准、同步过的且可根据标准追溯的测试下整合全部系统部件的经验和专长。只有在这种条件下，一个真正综合(即，基于测量)系统将准确、可靠并连贯地执行任务，从而提供一个真正超卓的DFT&M方案。完全综合、基于测量、高度集成、可通过软件配置并具有自适应能力的测试环境是通向未来之路。