高大上，学习物联网设备的测试新方法

测试物联网设备，现有的方法可能已能胜任，但随着物联网时代的到来，就必须要寻求新的技术和方法。

最近发生了一件事：一些测试专家IC产业表示需要为物联网(IoT)开发新的芯片测试方法。

这件事传递的信息非常容易理解。现有的自动测试设备(ATE)非常适合与今天的数字、模拟和混合信号芯片测试，尽管在应对物联网设备的测试时，它可能有些反应不良或过于昂贵。

但是，要理清这个脉络也很简单：首先，什么是物联网?物联网会涉及到什么芯片?简单来说，这涉及到的物联网中各种设备之间的无缝通信。一个物联网系统至少包括三个基本部件：微控制器、RF芯片和传感器/ MEMS(微机电)设备。

接下来的问题也很明显。因此，如果物联网开始腾飞，现有的ATE能以具有成本效益的老方法处理和测试基于物联网的器件吗?或者它真的需要一些新的测试设备?事实证明，有好几种可以用来测试物联网设备的方法。它可能需要将传统的和非传统的硬件方法相组合。而对于今天的芯片，目标就是能让测试时间和成本都能控制在合理的范围内。

“物联网的设备基础——如可穿戴设备、智能移动设备和智能家居——都有两个共同点 ：无线和传感器。这些物联网芯片的特点为传统的ATE方式带来了严峻的挑战。”美国国家仪器公司自动化测试营销部门的高级经理Luke Schreier说道，“驱动这些设备的芯片通常功耗较低且引脚数更少，通常采用串行协议，那就足以对传统ATE方法的成本耗费构成挑战。而且，为了测试无线和传感器，你还需要昂贵的RF和模拟升级选项，以及精心设计的处理技术。

什么是物联网?

可以肯定，物联网仍然是一个模糊的话题。而且目前还不清楚这项技术在现实世界中工作的方式。“物联网是专用物理对象所构成的网络，这些包含嵌入式技术的对象通过传感器和连接来与外部环境进行交互。”Gartner公司的分析师Dean Freeman说。“物联网是一个包括物体、通信、应用程序和数据分析的生态系统。汽车物联网是一个很大的组成部分，家庭也将发挥重要的作用，当然也还有办公领域的应用。”

例如在汽车领域，物联网可以在预测性维护上发挥重要作用，其中涉及在整个发动机中传感器的使用，据Gartner说。LED照明是另一项物联网应用，其中“智能指示灯”被连接到网络，并且可以感测环境，据该公司介绍。而在家居领域，智能电视和机顶盒可列为物联网中的一员。

总体而言，Gartner预测在2015年有49亿的事物会被接入网络之一，同比2014年增长30%，并且能在2020年达到250亿设备的连接。预计到2015年，用于数据处理、传感和通信的半导体器件将增长36.2%，相比而言，整体IC市场的增长只有5.7%。

测试物联网器件

测试物联网芯片和传感器的方法还比较多。但首先，芯片制造商必须解答一个简单的问题：什么类型的芯片需要进行测试?“对于物联网来说，主要的一块是与微控制器连接的RF器件，或具有RF功能的附件。”Teradyne消费业务部经理Jason Zee说。

微控制器的范围从4位到32位器件都有。每个微控制器集成了三个主要部件：数字核心，模数转换器和闪存。“因此，在微控制器中，开始就将RF协议放了进去，可能会是802.11或ZigBee。你也可以采用低能耗版本的蓝牙系统。”Zee说。

总而言之，MCU和RF仍然是分立器件。在测试流程中，芯片通过平时的晶圆步骤进行测试。在一些情况下，MCU和RF芯片可能需要两套单独的测试平台和方案，其中一套测试MCU，而另一套测试RF。

于是，许多芯片制造商都开始将MCU和RF集成到一个系统级封装(SiP)中。该SiP会经历一次最终的测试工序。“历史上，你不得不做两次最后的测试，而且可能是在两个不同的平台上。”他说。

这个问题是相当明显的。测试流程中需要太多的平台和过程，从而抬高了测试时间和成本。为了帮助解决这个问题，Teradyne公司将会在他的J750上提供 RF仪器选项，一种低成本的测试仪。“现在，你只需要在单一平台上进行一次测试就可以，”Zee说。“你可以在J750同时对两者进行测试。你基本只需要做一次最后的测试。所以，你再也不必维护多个平台和测试程序。”

测试时间和测试费用

“在最后的测试阶段，测试的RF部分的时间可能会增加5%〜10%，”他说。“但是，测试成本实际下降了。而且由于移出了一次最终测试时的插入步骤，总时间实际上减少了。”

另一个ATE厂商，Advantest，也让它的测试平台朝着类似的方向发展。但在物联网应用中，芯片制造商将不仅要测试MCU和RF芯片，它们也必须处理分立的的传感器/ MEMS组件。有时，这三个设备可以被集成到同一SiP中，但那只能给测试带来更多挑战。“举个例子，与MCU和蓝牙集成在一起的惯性传感器可能要经历三次不同的ATE过程。”Advantest业务发展总监Dave Armstrong说。“随着量的增加，多介入的方式在质量和成本控制上会完全崩溃。”

测试MCU和RF芯片还很好的理解，可以遵照传统的ATE进行。但是测试传感器/ MEMS设备需要一个不同的策略。“通常需要用来测试这些部件的东西是ATE加上在校准设置中的传感器刺激。”Armstrong说。“当然，传感器刺激的方式取决于被测试传感器的类型，以及需要进行的测试项目。”

测试MEMS装置的方法有好几种。Advantest和 Teradyne都能够使用现有的ATE 测试带有MEMS的设备。这些ATE也可能需要被测器件板上的专门的电路。当然还需要考虑另一项重要因素。“在半导体器件，采集到的信号是数字还是模拟，”Teradyne的Zee说。“当涉及到MEMS时，如果有第三个参数。它可能是振动，也可能是湿度。”

例如，为了测试加速度计，所述部分不仅必须经受的电子测试，也还需要进行振动试验。在这种情况下，OEM或设备制造商可能会开发出自己的测试方法，比如就简单地让测试设备进行振动。“测试MEMS关于电的那部分，没有什么复杂的。复杂的是如何施加压力或刺激物。”Zee说。

所以今天似乎现有的ATE能够对MCU、RF和MEMS进行测试。但随着时间的推移，ATE行业可能需要设计一套新的低成本、高度并行的测试方式以解决物联网的问题。在概念上，这可能涉及到“通用管脚(universal pin)”架构，它能支持射频、数字和混合信号。“为了支持这项工作，创造性的解决方案将是必要的。”Advantest的Armstrong说。“一个完美地方案必须是类似“瑞士军刀”式的方案，能够为所有的设备的管脚提供相似的ATE资源。”

另一种可行的测试MEMS /传感器方法是使用专门的、基于MEMS的处理器/测试系统，它不同于传统的ATE和IC处理程序。传统的IC处理程序是自动拿起芯片，并将其插入插座测试仪中。然后，要么通过要么失败。

在一般情况下，基于MEMS的处理器/测试系统应当能为加速度计、陀螺仪和其它MEMS设备提供热调节、机械刺激和电信号路径测试。“MEMS测试业务确实是一个处理刺激的业务，”专门从事基于MEMS的测试系统设计的FocusTest公司副总裁Richard Chrusciel说，“那让生活变得复杂了不少。”

在一般情况下，基于MEMS的测试系统可包括一个插座，这可能提供某种形式的电试验。“它也有提供某种形式的机械刺激。例如，在测试加速度计或陀螺仪的情况下，翻转装置或绕所有的轴旋转设备。如果它是一个高G设备，典型的做法还将包括振动刺激，”Chrusciel说道。“同时那插座也需要保持电接触，而且整个测试还必须在一定温度下进行。那才是真正困难的地方。”

这个行业面临的挑战也是众所周知的。“测试时间很长，”他说。“我需要花费10到12秒在进行电性测试的装置定位过程中。”

成本也是一个问题。在2010年，封装在一起的ASIC和加速度计售价为2美元。其中高达30%到40%的成本用于了MEMS器件的测试之中。“现在，过去的三、四年中，大多数商用MEMS传感器的售价下降了50%至60%，”他说。“也就是说当初2美元的器件现在能卖1美元或更少。我的销售量至少增长了两倍，但我的测试成本依然保持不变。这个行业过去是那个样子，现在仍然是那个样子。在很多情况下，测试成本可能会干掉这些家伙。”

有什么解决办法?答案：并行测试MEMS。“你需要并行地测试成吨的器件”他说。“你必须要测试啊，不然就赚不到钱。”

事实上，MEMS测试器/处理器的玩家，其中包括了Multitest，Spea和Tesec，已分别推出了具有高度的并行测试功能的系统。(FocusTest为Tesec设计了一款MEMS测试仪。而Tesec则将其制造出来并在市场上进行销售。)

接下来是什么?

显然，MEMS测试/处理器的玩家正在向传统ATE靠拢。而传统ATE厂商也在试图解决MEMS。事实上，Xcerra，(以前称为LTX- Credence)在2013年底收购了Multitest，这将推动ATE公司进入MEMS测试业务。如果物联网确实开始腾飞，Advantest和 Teradyne可能需要对此作出响应，或许也会走向这条路吧。