El equipo de prueba automático o equipo de prueba automatizado ( ATE ) es cualquier aparato que realiza pruebas en un dispositivo, conocido como dispositivo bajo prueba (DUT), equipo bajo prueba (EUT) o unidad bajo prueba (UUT), utilizando la automatización para realizar mediciones rápidamente. y evaluar los resultados de la prueba. Un ATE puede ser un simple multímetro digital controlado por computadora o un sistema complicado que contiene docenas de instrumentos de prueba complejos ( equipos de prueba electrónicos reales o simulados ) capaces de probar y diagnosticar automáticamente fallas en piezas empaquetadas electrónicas sofisticadas o en pruebas de obleas , incluido el sistema en chips y circuitos integrados .
ATE se utiliza ampliamente en la industria de fabricación electrónica para probar componentes y sistemas electrónicos después de su fabricación. ATE también se utiliza para probar la aviónica y los módulos electrónicos de los automóviles. Se utiliza en aplicaciones militares como radar y comunicación inalámbrica.
Semiconductor ATE, llamado así por probar dispositivos semiconductores , puede probar una amplia gama de dispositivos y sistemas electrónicos, desde componentes simples ( resistencias , condensadores e inductores ) hasta circuitos integrados (CI), placas de circuito impreso (PCB) y complejos, completamente ensamblados. sistemas electrónicos. Para ello se utilizan tarjetas de sonda . Los sistemas ATE están diseñados para reducir la cantidad de tiempo de prueba necesario para verificar que un dispositivo en particular funciona o para encontrar rápidamente sus fallas antes de que la pieza tenga la oportunidad de usarse en un producto de consumo final. Para reducir los costos de fabricación y mejorar el rendimiento, los dispositivos semiconductores deben probarse después de su fabricación para evitar que los dispositivos defectuosos terminen en manos del consumidor.
La arquitectura de semiconductores ATE consta de un controlador maestro (generalmente una computadora ) que sincroniza uno o más instrumentos de fuente y captura (enumerados a continuación). Históricamente, los sistemas ATE utilizaban controladores o relés diseñados a medida . El dispositivo bajo prueba (DUT) está conectado físicamente al ATE mediante otra máquina robótica llamada controlador o probador y a través de un adaptador de prueba de interfaz (ITA) personalizado o "accesorio" que adapta los recursos del ATE al DUT.
La PC industrial es una computadora de escritorio normal empaquetada en un bastidor estándar de 19 pulgadas con suficientes ranuras PCI/PCIe para acomodar las tarjetas de detección/estimulador de señal. Éste asume el papel de controlador en el ATE. En esta PC se gestiona el desarrollo de aplicaciones de prueba y el almacenamiento de resultados. La mayoría de los ATE de semiconductores modernos incluyen múltiples instrumentos controlados por computadora para generar o medir una amplia gama de parámetros. Los instrumentos pueden incluir fuentes de alimentación de dispositivos (DPS), [1] [2] unidades de medición paramétrica (PMU), generadores de formas de onda arbitrarias (AWG), digitalizadores, IO digitales y suministros de servicios públicos. Los instrumentos realizan diferentes mediciones en el DUT y están sincronizados para generar y medir formas de onda en los momentos adecuados. En base al requerimiento de tiempo de respuesta, también se consideran sistemas en tiempo real para estimulación y captura de señales.
La interconexión masiva es una interfaz de conector entre instrumentos de prueba (PXI, VXI, LXI, GPIB, SCXI y PCI) y dispositivos/unidades bajo prueba (D/UUT). Esta sección actúa como un punto nodal para las señales que entran/salen entre ATE y D/UUT.
Por ejemplo, para medir el voltaje de un dispositivo semiconductor en particular, los instrumentos de procesamiento de señales digitales (DSP) en el ATE miden el voltaje directamente y envían los resultados a una computadora para el procesamiento de la señal, donde se calcula el valor deseado. Este ejemplo muestra que es posible que los instrumentos convencionales, como un amperímetro , no se utilicen en muchos ATE debido al número limitado de mediciones que el instrumento podría realizar y al tiempo que llevaría utilizar los instrumentos para realizar la medición. Una ventaja clave de utilizar DSP para medir los parámetros es el tiempo. Si tenemos que calcular el voltaje máximo de una señal eléctrica y otros parámetros de la señal, entonces tenemos que emplear un instrumento detector de picos, así como otros instrumentos, para probar los otros parámetros. Sin embargo, si se utilizan instrumentos basados en DSP, se realiza una muestra de la señal y los demás parámetros se pueden calcular a partir de una única medición.
No todos los dispositivos se prueban por igual. Las pruebas añaden costos, por lo que los componentes de bajo costo rara vez se prueban completamente, mientras que los componentes médicos o de alto costo (donde la confiabilidad es importante) se prueban con frecuencia.
Pero es posible que sea necesario o no probar el dispositivo para todos los parámetros, según la funcionalidad del dispositivo y el usuario final. Por ejemplo, si el dispositivo encuentra aplicación en productos médicos o que salvan vidas, entonces muchos de sus parámetros deben probarse y algunos de ellos deben garantizarse. Pero decidir los parámetros que se van a probar es una decisión compleja basada en el costo frente al rendimiento. Si el dispositivo es un dispositivo digital complejo, con miles de puertas, entonces se debe calcular la cobertura de fallas de prueba. Nuevamente, la decisión es compleja basada en la economía de la prueba, basada en la frecuencia, el número y el tipo de E/S en el dispositivo y la aplicación de uso final...
ATE se puede utilizar en piezas empaquetadas ('chip' IC típico) o directamente en la oblea de silicio . Las piezas empaquetadas utilizan un manipulador para colocar el dispositivo en una placa de interfaz personalizada, mientras que las obleas de silicio se prueban directamente con sondas de alta precisión. Los sistemas ATE interactúan con el manejador o probador para probar el DUT.
Los sistemas ATE generalmente interactúan con una herramienta de colocación automatizada, llamada "manipulador", que coloca físicamente el dispositivo bajo prueba (DUT) en un adaptador de prueba de interfaz (ITA) para que el equipo pueda medirlo. También puede haber un adaptador de prueba de interfaz (ITA), un dispositivo que simplemente realiza conexiones electrónicas entre el ATE y el dispositivo bajo prueba (también llamado unidad bajo prueba o UUT), pero también puede contener un circuito adicional para adaptar las señales entre el ATE. y el DUT y cuenta con instalaciones físicas para montar el DUT. Finalmente, se utiliza un enchufe para puentear la conexión entre el ITA y el DUT. Un enchufe debe sobrevivir a las rigurosas demandas de un piso de producción, por lo que generalmente se reemplazan con frecuencia.
Diagrama de interfaz eléctrica simple: ATE → ITA → DUT (paquete) ← Handler
Los ATE basados en obleas suelen utilizar un dispositivo llamado sonda que se mueve a través de una oblea de silicio para probar el dispositivo.
Diagrama de interfaz eléctrica simple: ATE → Prober → Wafer (DUT)
Una forma de mejorar el tiempo de prueba es probar varios dispositivos a la vez. Los sistemas ATE ahora pueden admitir múltiples "sitios" donde cada sitio comparte los recursos ATE. Algunos recursos se pueden utilizar en paralelo, otros deben serializarse en cada DUT.
La computadora ATE utiliza lenguajes informáticos modernos (como C , C++ , Java , VEE , Python , LabVIEW o Smalltalk ) con declaraciones adicionales para controlar el equipo ATE a través de interfaces de programación de aplicaciones (API) estándar y propietarias. También existen algunos lenguajes informáticos dedicados, como el lenguaje de prueba abreviado para todos los sistemas (ATLAS). Los equipos de prueba automáticos también se pueden automatizar utilizando un motor de ejecución de pruebas como TestStand de NI . [3]
A veces se utiliza la generación automática de patrones de prueba para ayudar a diseñar la serie de pruebas.
Muchas plataformas ATE utilizadas en la industria de semiconductores generan datos utilizando el formato de datos de prueba estándar (STDF)
El diagnóstico automático del equipo de prueba es la parte de una prueba ATE que determina los componentes defectuosos. Las pruebas ATE realizan dos funciones básicas. La primera es probar si el dispositivo bajo prueba funciona correctamente o no. El segundo es cuando el DUT no funciona correctamente, para diagnosticar el motivo. La parte de diagnóstico puede ser la parte más difícil y costosa de la prueba. Es típico que ATE reduzca una falla a un grupo o grupo ambiguo de componentes. Un método para ayudar a reducir estos grupos de ambigüedad es agregar pruebas de análisis de firmas analógicas al sistema ATE. Los diagnósticos suelen verse favorecidos por el uso de pruebas con sondas voladoras .
La adición de un sistema de conmutación de alta velocidad a la configuración de un sistema de prueba permite realizar pruebas más rápidas y rentables de múltiples dispositivos y está diseñado para reducir tanto los errores como los costos de las pruebas. El diseño de la configuración de conmutación de un sistema de prueba requiere una comprensión de las señales que se conmutarán y las pruebas que se realizarán, así como los factores de forma del hardware de conmutación disponibles.
Actualmente se utilizan comúnmente varias plataformas modulares de instrumentación electrónica para configurar sistemas electrónicos automatizados de prueba y medición. Estos sistemas se emplean ampliamente para la inspección entrante, el control de calidad y las pruebas de producción de dispositivos y subconjuntos electrónicos. Las interfaces de comunicación estándar de la industria vinculan fuentes de señal con instrumentos de medición en sistemas " rack-and-stack " o basados en chasis/mainframe, a menudo bajo el control de una aplicación de software personalizada que se ejecuta en una PC externa.
El bus de interfaz de propósito general ( GPIB ) es una interfaz paralela estándar IEEE-488 (un estándar creado por el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos ) que se utiliza para conectar sensores e instrumentos programables a una computadora. GPIB es una interfaz de comunicaciones digitales paralelas de 8 bits capaz de lograr transferencias de datos de más de 8 MB/s. Permite conectar en cadena hasta 14 instrumentos a un controlador de sistema mediante un conector de 24 pines. Es una de las interfaces de E/S más comunes presentes en los instrumentos y está diseñada específicamente para aplicaciones de control de instrumentos. Las especificaciones IEEE-488 estandarizaron este bus y definieron sus especificaciones eléctricas, mecánicas y funcionales, al tiempo que definieron sus reglas básicas de comunicación de software. GPIB funciona mejor para aplicaciones en entornos industriales que requieren una conexión robusta para el control de instrumentos.
El estándar GPIB original fue desarrollado a finales de la década de 1960 por Hewlett-Packard para conectar y controlar los instrumentos programables que fabricaba la empresa. La introducción de controladores digitales y equipos de prueba programables creó la necesidad de una interfaz estándar de alta velocidad para la comunicación entre instrumentos y controladores de varios proveedores. En 1975, el IEEE publicó el estándar ANSI/IEEE 488-1975, Interfaz digital estándar IEEE para instrumentación programable, que contenía las especificaciones eléctricas, mecánicas y funcionales de un sistema de interfaz. Este estándar fue revisado posteriormente en 1978 (IEEE-488.1) y 1990 (IEEE-488.2). La especificación IEEE 488.2 incluye los comandos estándar para instrumentación programable (SCPI), que definen comandos específicos que cada clase de instrumento debe obedecer. SCPI garantiza compatibilidad y configurabilidad entre estos instrumentos.
El bus IEEE-488 ha sido popular durante mucho tiempo porque es fácil de usar y aprovecha una gran selección de instrumentos y estímulos programables. Los sistemas grandes, sin embargo, tienen las siguientes limitaciones:
El Estándar LXI define los protocolos de comunicación para sistemas de instrumentación y adquisición de datos mediante Ethernet. Estos sistemas se basan en instrumentos pequeños y modulares que utilizan LAN (Ethernet) de estándar abierto y de bajo costo. Los instrumentos compatibles con LXI ofrecen las ventajas de tamaño e integración de los instrumentos modulares sin las limitaciones de costo y factor de forma de las arquitecturas de jaula de tarjetas. Mediante el uso de comunicaciones Ethernet, el estándar LXI permite paquetes flexibles, E/S de alta velocidad y uso estandarizado de conectividad LAN en una amplia gama de aplicaciones comerciales, industriales, aeroespaciales y militares. Cada instrumento compatible con LXI incluye un controlador de instrumento virtual intercambiable (IVI) para simplificar la comunicación con instrumentos que no son LXI, de modo que los dispositivos compatibles con LXI puedan comunicarse con dispositivos que no son compatibles con LXI (es decir, instrumentos que emplean GPIB, VXI, PXI, etc.). Esto simplifica la construcción y operación de configuraciones híbridas de instrumentos.
Los instrumentos LXI a veces emplean secuencias de comandos utilizando procesadores de secuencias de comandos de prueba integrados para configurar aplicaciones de prueba y medición. Los instrumentos basados en scripts brindan flexibilidad arquitectónica, rendimiento mejorado y menor costo para muchas aplicaciones. Las secuencias de comandos mejoran los beneficios de los instrumentos LXI y LXI ofrece funciones que permiten y mejoran las secuencias de comandos. Aunque los estándares LXI actuales para instrumentación no requieren que los instrumentos sean programables o implementen secuencias de comandos, varias características en la especificación LXI anticipan instrumentos programables y brindan una funcionalidad útil que mejora las capacidades de secuencias de comandos en instrumentos compatibles con LXI. [5]
La arquitectura del bus VXI es una plataforma estándar abierta para pruebas automatizadas basada en VMEbus . Introducido en 1987, VXI utiliza todos los factores de forma de Eurocard y agrega líneas de activación, un bus local y otras funciones adecuadas para aplicaciones de medición. Los sistemas VXI se basan en una unidad central o chasis con hasta 13 ranuras en las que se pueden instalar varios módulos de instrumentos VXI. [6] El chasis también proporciona todos los requisitos de suministro de energía y refrigeración para el chasis y los instrumentos que contiene. Los módulos de bus VXI suelen tener una altura de 6U .
PXI es un bus periférico especializado para adquisición de datos y sistemas de control en tiempo real. Introducido en 1997, PXI utiliza los factores de forma CompactPCI 3U y 6U y agrega líneas de activación, un bus local y otras funciones adecuadas para aplicaciones de medición. Las especificaciones de hardware y software de PXI son desarrolladas y mantenidas por PXI Systems Alliance. [7] Más de 50 fabricantes en todo el mundo producen hardware PXI. [8]
USB conecta dispositivos periféricos, como teclados y ratones, a las PC. USB es un bus Plug and Play que puede manejar hasta 127 dispositivos en un puerto y tiene un rendimiento máximo teórico de 480 Mbit/s (USB de alta velocidad definido por la especificación USB 2.0). Dado que los puertos USB son características estándar de las PC, son una evolución natural de la tecnología de puerto serie convencional. Sin embargo, no se utiliza ampliamente en la construcción de sistemas de medición y prueba industriales por varias razones; por ejemplo, los cables USB no son de calidad industrial, son sensibles al ruido, pueden desconectarse accidentalmente y la distancia máxima entre el controlador y el dispositivo es de 30 m. Al igual que RS-232 , USB es útil para aplicaciones en un entorno de laboratorio que no requieren una conexión de bus robusta.
RS-232 es una especificación para comunicación en serie que es popular en instrumentos analíticos y científicos, así como para controlar periféricos como impresoras. A diferencia de GPIB, con la interfaz RS-232 es posible conectar y controlar sólo un dispositivo a la vez. RS-232 también es una interfaz relativamente lenta con velocidades de datos típicas de menos de 20 KB/s. RS-232 es más adecuado para aplicaciones de laboratorio compatibles con una conexión más lenta y menos resistente. Funciona con un suministro de ±24 voltios.
El escaneo de límites se puede implementar como un bus de interfaz a nivel de PCB o de sistema con el fin de controlar los pines de un IC y facilitar las pruebas de continuidad (interconexión) en un objetivo de prueba (UUT) y también pruebas de clúster funcional en dispositivos o grupos lógicos. de dispositivos. También se puede utilizar como interfaz de control para otros instrumentos que pueden integrarse en los propios circuitos integrados (consulte IEEE 1687) o instrumentos que forman parte de un sistema de prueba controlable externo.
Una de las plataformas de sistemas de prueba desarrolladas más recientemente emplea instrumentación equipada con procesadores de script de prueba integrados combinados con un bus de alta velocidad. En este enfoque, un instrumento "maestro" ejecuta un script de prueba (un pequeño programa) que controla el funcionamiento de los diversos instrumentos "esclavos" en el sistema de prueba, al que está vinculado a través de una sincronización de disparador basada en LAN de alta velocidad y Bus de comunicación entre unidades. Scripting consiste en escribir programas en un lenguaje de scripting para coordinar una secuencia de acciones.
Este enfoque está optimizado para transferencias de mensajes pequeños que son características de aplicaciones de prueba y medición. Con muy poca sobrecarga de red y una velocidad de datos de 100 Mbit/s, es significativamente más rápido que GPIB y 100BaseT Ethernet en aplicaciones reales.
La ventaja de esta plataforma es que todos los instrumentos conectados se comportan como un sistema multicanal estrechamente integrado, por lo que los usuarios pueden escalar su sistema de prueba para adaptarlo al número de canales requeridos de manera rentable. Un sistema configurado en este tipo de plataforma puede funcionar por sí solo como una solución completa de medición y automatización, con la unidad maestra controlando el abastecimiento, la medición, las decisiones de aprobación/fallo, el control del flujo de la secuencia de prueba, la agrupación y el controlador o probador de componentes. La compatibilidad con líneas de activación dedicadas significa que se pueden lograr operaciones síncronas entre múltiples instrumentos equipados con procesadores Test Script integrados que están conectados por este bus de alta velocidad sin la necesidad de conexiones de activación adicionales. [9]