基于TestStand的无线测试模块设计更智能的半导体测试系统

1. 智能设备

对于许多人来说，物联网（IoT）已经成为现实。 当我们通过智能手机控制鸟巢温控器、使用手环记录我们行走的步数以及使用平板电脑观看视频时，我们已经切切实实在享受这些可感应、可连接和可计算的设备所带来的好处。但即便对于早期的使用者来说，物联网也只是处于起步阶段。 Gartner估计不久的将来，互连设备的数量将会超过人类的数量，到2022年，每个家庭将拥有500多个互连设备。

鉴于当前的创新速度，依靠仪器或者ATE供应商实现快速创新会是一个很可怕的想法

虽然我们作为消费者正在享受物联网的好处，但对于工程师来说，庞大的物联网规模却带来了诸多挑战。 从测试最小的集成电路（IC）到完全组装的无线设备，loT给当前的测试测量行业带来了模式级的转变。 在半导体行业，对更小且集成度更高的传感器技术的需求正在推动新的、更低成本的混合信号测试方法。 在消费电子领域，尽管无线技术的复杂性提高了，但保持测试覆盖率仍是推动并行测试等创新测试方法的动力。loT系统的发展不仅需要改进机架堆叠式台式仪器或交钥匙ATE系统的现状，还需要具有能满足或超出待测设备（DUT）需求的连接和解决问题能力。鉴于当前的创新速度，依靠仪器或者ATE供应商实现快速创新会是一个很可怕的想法。

2. 远比智能待测设备（DUT）更智能

怎么样才能让测试系统智能化？ 这需要灵活的软件定义I/O模块来感测正确的连接以实现同步和数据传输（无论是本地还是云端），更需要强大的计算能力来进行信号处理，这正是智能设备发挥最大作用的所在。

NI借助自动化测试方法实现了更智能的测试系统。借助一个专为自定义（无论是通过最新的商业技术还是专业知识进行自定义）而完全重新开发的平台，您已经成为这个有生命、会呼吸且不断演进的生态系统的一部分，她正致力于为各行各业提供创新的自动测试方法。 没有其他测试与测量技术公司会比NI投入更多的研发资金来升级测试系统的智能性， 也没有其它供应商拥有如此长期的成长记录以及与客户保持如此密切的合作关系。 而这些只是刚刚开始。

阅读这篇文章，您将会了解到如何借助一个开放式平台以及充满活力的生态系统来构建更加智能的测试系统，以满足智能设备的测试需求。

3. 专为自定义化而开发的平台

所有的技术供应商都在谈论平台。 对于大型工程团队，层次结构和模块化的应用是高效开发的关键。 放弃基于平台的做法意味着每当系统遇到瓶颈时，你通常要从头开始重新开发。 过去，你可能能够将这个必要性延长几年甚至几十年，但现在智能设备的快速创新步伐往往令我们措手不及。

因此，所有的测试测量厂商使用这种或那种形式的平台来为用户开发产品功能。 但是，这并不意味着所有平台都是一样的。 有些平台纯粹是为了提高内部设计效率而设计。 如果示波器供应商可以针对所有示波器使用相同的计算电路子板，这意味着他们在设计中使用的是一个通用的平台，而示波器的采样速率、带宽或屏幕大小却可以不一样。 客户并没有看到计算“平台”或与之互动，但它可以帮助供应商更快速发行新示波器，这就是平台的价值。

图1. 更智能的技术平台为设计人员和开发者提供了较高的起点，

使其可重复利用核心功能元素以及商业现成技术。

供应商使用一个平台并不是理想的做法。为了让客户可以更灵活的使用该平台，他们必须为其进行投资构建。 并非一切都需要百分之百开源，（这会带来诸多管理挑战）但该平台的演进速度必须比供应商的管理步伐要更快速。

在NI，我们采取一种完全不同的平台方法。 我们创建这些平台来帮助我们的用户提高效率——即使有时候会牺牲我们自己的效率。 我们为软件提供了API，为硬件提供了机械/电气接口，这样不同组件可以以任何方式互连，这使得用户可以获得最高的效率。 除了刚才关于示波器计算“平台”的比喻，NI平台还让您指定示波器所需的计算类型，而且在需要时进行升级，以便与处理需求的变化保持一致。 其他厂商会让您买一个全新的示波器，但NI模块化示波器能够让您单独优化仪器内的各个组件。

越来越多的硬件功能正转移到软件领域。 为了与智能设备的创新步伐保持同步，您需要软件或仪器和测试系统具有极大的灵活性。 以RF放大器技术的新数字预失真技术为例， 为了有效地构建这些算法的模型并进行测试，您的仪器需要通过易于理解的软件实现开放性和可修改性。仪器成功测试功率放大器的技术专利其实与仪器本身并没有关系——但很显然，它需要能够与仪器进行良好的配合。 专为自定义而构建的平台方法不仅满足了这一需求，而且在智能设备上结合正确的专业知识也可以轻松实现。

4. 基于平台的生态系统

当您赞同用户可自定义的平台是与智能设备创新步伐保持一致的关键的观点后，您可能会开始担心自己的自定义能力。 相比之下，数几十年来，台式仪器为常见的测量提供按钮式方法以及基于固件的算法，这在测量的有效性和可追溯性上有较高的置信度。 那您自定义的仪器如何具有相同的置信度水平呢？ 答案是： 一个由自定义IP组成的生态系统。

这一情况也同样适用于iPhone。 如果每个人都需要自己编写所有的应用程序，那App Store的前景显然并不那么有吸引力。 但是在创建一个真正开放的平台后，又加入清晰定义的API和硬件规格，一个生态系统就建立起来了。 这就是iPhone成为数十亿个应用程序下载机器的秘密，这也是NI自动化测试方案成为降低测试成本最值得信赖的方法的原因。

图2. NI生态系统的能力不仅仅在于能够通过开放式平台规避开发复杂测试系统过程中产生的风险。

NI生态系统由许多部分组成：

用户社区——包含了成千上万个使用LabVIEW、TestStand和LabWindows™/CVI等NI软件的活跃用户。 这还不包括使用NI硬件驱动程序的开发人员的数量。 在很多方面，他们正面临着与您同样的智能设备挑战，并积极地在NI在线和面对面用户社区分享他们的经验。 如果您在大型跨国组织工作，很有可能贵公司已经成立了一个LabVIEW用户群。 小型企业的测试工程师也可通过社区获得来自数千个热心同行的在线帮助。 很多时候，这些同仁开发的算法或代码范例已经通过社区审核，可通过LabVIEW工具网络下载。 NI社区提供的资源数量之庞大和速度之快是我们、您或任何其他测试厂商的研发部门都无法做到的。

合作伙伴和集成商 - 如果您的资源紧张或领域专业知识有限，可能会需要专家的帮助。 无论是简单的咨询或交钥匙系统交付和支持，NI联盟合作伙伴网络在全球拥有1000多家合作伙伴，可随时为您提供帮助。 许多合作商在类似的自动化测试应用上拥有丰富的专业知识和经验，知道如何构建可随需求变化和升级的智能自动化测试系统。

NI支持——当您需要向NI咨询时，我们在全球的700多个应用工程师和系统工程师团队可以为您提供服务。 基于对NI工具的熟练掌握和快速响应客户需求以及帮助客户成功的坚定承诺，NI支持团队可以通过电话、电子邮件或亲自上门来帮助您开发或优化测试测量系统，以满足不断变化的需求。

NI现场工程师-NI拥有一个世界一流的网站，方便您收集信息和订购测试设备。 但是在您购买之后，我们的当地销售工程师和内部销售工程师仍会与您保持密切联系，了解您的需求。 您可从使用过产品和熟悉产品目录的工程师那里获得答案和建议，他们甚至可以在适当的情况下提供产品发展路线图和生命周期信息。

第三方硬件和软件—当开放式平台描述对外开放后（通过API和支持的硬件接口），就会促进第三方产品生态系统蓬勃发展。 将近20年来，PXI这个由PXI系统联盟管理的多厂商联盟标准证实了这一点。 LabVIEW工具网络可供下载的第三方软件的数量也非常可观，到目前为止，下载次数已经超过三百万。 除了查找应用所需的特定IP外，LabVIEW工具网络还提供了一个平台来让您分享您在NI生态系统的投资，并从中获取一定的利益。

NI硬件服务—NI提供硬件服务来帮助您在系统的整个生命周期内实现最低总体拥有成本。 NI硬件服务包括维修、更换、区域性备件、系统配置和组装以及不同级别的返修或现场校准选项。 在出售超过15万台PXI系统后，校准和模块化仪器售后服务是NI及其他认证机构必须抓住的核心竞争力。

5. 改变半导体测试的现状

2014年，我们针对RF和混合信号特性分析以及生产测试推出了适用于生产的智能系统——半导体测试系统（Semiconductor Test System， STS）。 不同于采用封闭式架构的ATE，STS采用的是开放式模块化架构，可兼容最先进的PXI仪器。 这对于RF和混合信号测试尤为重要，因为传统ATE的测试覆盖范围往往无法满足最新半导体技术的要求。

图3. NI半导体测试系统（STS）

STS搭载了TestStand半导体模块、业界标准的TestStand测试管理和数据分析软件的专用版本以及LabVIEW系统设计软件，包含了针对半导体生产环境的一系列丰富功能，包括一个可定制的操作界面、分选机（Handler）/探针台（Prober）集成、具有引脚/通道匹配功能且以设备为中心的编程、标准测试数据格式报告生成，以及集成式多站点支持。 有了这些功能，您可以快速开发、调试和部署测试程序，缩短整体上市时间。 此外，STS具有全封闭的“零占用空间”测试头，集成了“Optimal+实时大数据”分析解决方案，采用了Reid Ashman的标准接口连接和对接机制，可轻松集成到半导体生产测试单元中。

Cirrus Logic公司针对其为IoT设备供电的Audio-CODEC产品的量产测试选择了STS。 在测试系统的基准测试比较中，STS在以下方面完胜专用的封闭式ATE： 速度、测试覆盖率和价格。 根据比较结果，Cirrus Logic公司正在尝试将STS应用于更多产品的测试。 “STS的速度快了约30%。 此外，它满足了我们提出的所有其他运营要求，包括成本。 最后我们的结论是，购买STS比租用传统ATE更便宜，”Cirrus Logic公司的产品和工程测试经理John Cooke表示。

“由于测试系统不断更新换代，或者无法满足新的测试需求，因此传统的ATE系统往往需要高昂的测试工具替换成本，但是STS的开放式PXI架构却可以让我们保有原本的投资，并且以此为基础进行优化，无需淘汰任何设备。 此外该架构还提供了所需的灵活性来帮助我们重新配置和扩展测试平台，使其满足我们不断提高的性能需求。”

—Glen E. Peer， Integrated Device Technology Inc.

6. 改变无线测试现状

在自动化测试价值链中，验证半导体芯片功能之后的下一步是消费设备的板卡级和器件级测试。 正如STS是在PXI的基础上添加了一个坚固的外壳、连接选项和专用软件，我们也对无线设备测试进行了同样的研发，并于2015年推出无线测试系统（WTS）。WTS结合了PXI硬件、LabVIEW和TestStand的最新进展，为WLAN接入点、手机、信息娱乐系统和其他包含蜂窝、无线连接和导航标准等多标准设备的多标准、多设备、多端口测试提供了一个统一的平台。

图4. NI无线测试系统（WTS）

WTS结合NI PXI矢量信号收发仪（VST）和多核处理技术，提供业界领先的测试速度。 通过更快速的测量，用户可减少无线设备制造测试的成本。 在软件方面，基于TestStand的无线测试模块为Qualcomm和Broadcom等无线芯片厂商提供了可立即运行的测试序列，SCPI接口可允许基于以太网的远程自动化，使该模块能够轻松集成到现有的生产线。

借助这些功能，用户将可大大提高其测试设备的效率，并进一步降低测试成本。 哈曼公司选择WTS来测试其紧急呼叫装置，并与NI铂金级联盟伙伴NOFFZ合作，将WTS直接集成到生产线中。 “使用NI无线测试系统，我们可以在同一个设备上测试多种无线技术，包括蓝牙、WIFI、GPS和蜂窝。”HARMAN/Becker汽车系统公司的Markus Krauss表示， “WTS和NOFFZ的RF测试工程专业知识帮助我们显著减少了测试时间，且可以快速安装和运行测试系统。”

7. 总结

随着待测设备日益智能化，有一个问题出现了： 我是否能够相信我的仪器供应商具有足够快速的创新能力来满足我的业务需求？ 或许更重要的一点是，这是否值得我冒着风险去寻找答案？

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