應對汽車器件混合信號測試的Falcon和Piranha解決方案

應對汽車器件混合信號測試的Falcon和Piranha解決方案

佚名 發表於 2020-04-06 18:03:00

與過去機械系統的改進決定 工業的革新不同的是，下一代汽車90％的創新都來自更複雜的集成電路。 器件在滿足客戶對汽車功能方面的需求上扮演著非常重要的角色 。

根據Frost&Sullivan的數據，西歐的汽車半導體市場將在未來的幾年內將近翻一番。原本用於高端汽車的電子器件向低端汽車的轉移是這種快速增長的原因之一。

現代高級汽車的電子系統是高度分散的實時系統，它由多於300個電機或電磁閥組成的控制單元連接到多達五個 系統，該系統帶有100MB的 代碼，提供了 、安全、舒適、信息和通訊方面的功能。

動力傳輸調節燃料的消耗和排放。汽車生產商宣稱他們的目標之一就是生產三升汽車並且符合歐3標準和京都協議。沒有電子器件和軟體的支持，想要達到嚴格的控制規章是不可能的。

因此這些技術手段正在逐漸應用於混合發電機或使用燃料電池的車輛。另一個趨勢是柴油驅動的汽車逐漸取代汽油驅動的汽車。

汽車的安全性和舒適性已經越來越重要。市場對乘坐汽車的安全性的需求越來越高。汽車生產商們已經對此採取了措施。同時各種技術，如防閉鎖剎車系統或氣囊已經成為眾多中小型車的標準配置。

各種技術如電子穩定程序或牽引控制系統已經進入高端汽車市場，其進入低端汽車也只是時間的問題。

通過實施各種新型應用增強汽車的舒適度，如無鑰匙進入、座椅控制、車內環境控制或導航控制， 竭力提供與競爭對手不同的產品以獲得競爭優勢。

可以預見市場的進一步需求來自汽車中的通訊和信息網絡。人們期望其擁有的汽車能夠接收廣播、視頻、移動通訊、導航系統和數字音頻/視頻廣播。

遠程交通控制和服務也可在不久的將來實現。

近幾年42V電網已經成為討論焦點。儘管每個汽車半導體供應商都已經可以提供42V兼容的產品，但對作為產品引入及批量生產的時間仍存有爭議。可以清楚預見的是42V 網絡一定會到來。根據Frost&Sullivan提供的數據，到2015年半數的新產汽車將採用42 V電源網絡技術。

圖1， 在未來，多於90％的汽車創新主要由電子器件和軟體來推動。

測試挑戰

ATE製造商的主要考慮是VBAT上的最大電壓必須保持低於某一限定值 （通常為68 V）。在這一電壓限制之內，汽車不需要進一步的保護措施防止大電壓對人造成危險。汽車是「低壓」的，這同樣適用於42V電源網絡，其電壓不得超過68 V。

另一種情況是「負向電池」。這種情況對於42V汽車來說很難處理，因為電壓變為3倍，電壓不能降至低於-2V，所以即使採用42V電源網絡的汽車仍處於低壓調製狀態。顯然42 V電源網絡不能驅動較大的負電壓，但增加了對能夠提供42 V/80 V電壓的VI通道的需求。

另外汽車總線系統需要高壓數字管腳用於功能測試，電壓需求高達20 V。測試設備製造商不得不考慮到這一點。

汽車市場在價格和質量方面的競爭越來越激烈。這意味著 商不得不尋找高性能、高效益低成本的測試解決方案以降低生產成本，保證利潤空間維持在一定水平。

汽車類器件的發展趨勢是在單一晶片、 或模塊中集成各種技術，也就是所謂的「片上系統」。 變得越來越重要。它們用於安全系統，如氣囊、駕駛控制或 。

過去10年市場的高速增長為實現質量、產品面市時間和成本目標設置了嚴峻的挑戰。因此 的設計過程是未來汽車項目成功的關鍵因素。汽車電子的生命周期對於半導體製造商來說非常重要。研發過程（包括通常的重設計）需要花費12-36個月。汽車款型每6到8年改變一次，但其使用的電子器件更新換代周期僅2到4 年。產品使用時間最少為10年。因此隨著新技術的採用，電子器件可能會改變得更快，同時能夠為汽車製造商創造競爭優勢。

汽車用器件的設計和測試面臨的嚴峻挑戰是成品率和失效率方面的要求。行動電話的失效率允許達0.5%，而汽車器件的失效率必須小於0.005%。新器件的測試需求甚至超過下列要求：ASIC失效率要低於0.0003%，標準器件的失效率必須小於0.0001%，分立器件的失效率不能超過0.00005%。

為了管理不斷增加的設計複雜度並保持設計工作的經濟性，複雜的設計和測試工具必須支持並行和分布式的規範、設計、實現、集成以及測試工作和測試解決方案。

圖2，半導體器件分別工作在14 V 和 42 V電壓。

測試解決方案

器件的複雜性需要高性能、高靈活度的ATE系統，但同時必須提高生產率以保持利潤空間並獲利。實現這一目標必須採用晶片並行測試，這樣才能提高產能並降低測試成本。創造新應用的時間必須儘可能短，以配合新測試程序的生成和維護工作。

對於汽車器件 測試系統，最大的挑戰是在一個全面且成本效益高的解決方案中提供數字、模擬、 和電源測試的能力。系統結構必須是可擴展的，以覆蓋汽車電子產品廣泛的測試需求。靈活性和速度可以通過真正的每管腳測試儀的結構實現。高速系統總線必須提供最大的產能和最低的測試成本。高性能儀器必須能夠與數字圖型完全同步。混合信號管電子性能必須能夠支持高達50 MHz的高數據傳輸率，提供-2 V ～ +28 V的電壓擺幅。

科利登複雜的電源混合信號測試系統Falcon和 Piranha能夠應對這些挑戰。

圖 3， 3種不同的管腳類型覆蓋廣泛的測試需求：

- DPIN： 數字混合信號管腳，用於高速數字需求 ；

- VPIN： 具有高壓測試能力的數字混合信號管腳，其30 V的電壓擺 幅和50 MHz的數據速率很好的滿足了汽車器件的測試需求 ；

-APIN： 模擬混合信號管腳，用於高壓高精度，提供 +-100 V/40 mA的每管腳參數測量單元（PMU）用於汽車工業的電源 混合信號測試。

圖 4，多功能混合信號管腳結構圖。

多功能混合信號管

腳電子性能

多功能混合信號管腳VPIN包括幾個功能模塊，如向量存儲器、ATE管腳控制器、驅動器、 、負載和每個通道獨立的PMU。

控制器由序列產生器、時序發生器、格式化器件和比較邏輯組成。數字矩陣提供接入數字儀器的接口，如定時器、計數器、時間測量單元和用於同步及觸發的觸發器。

通過模擬矩陣，每個管腳通道都能夠使用模擬儀器，如VI 源、系統電壓表和DSP儀器，通過編寫軟體可以簡化負載板的設計和額外的 電路的集成。板上控制器允許進行並行測量。驅動/反饋技術保證精確的模擬激勵並允許在拆分模式下使用VPIN，這樣可以使測試管腳通道加倍。拆分模式允許驅動和探測路徑同向。

新的數字管腳VPIN 被設計用於滿足汽車器件的特殊測試需求，電壓最高需達25V （通常值為14V） 才能進行受力測試。VPIN是高壓混合信號管腳，具有較好的數字測試性能。它提供30V 電壓擺幅和最高50MHz 的數據率用於測試高壓高速混合信號器件。

真正的每管腳測試儀結構提供高靈活性和完整的並行測試能力。每個管腳獨立的序列產生允許以不同的數據頻率發生同步或異步數字圖型。

向量存儲器存儲測試向量、序列指令、格式和時序信息。存儲器中包含激勵/預期數據，用於驗證器件的輸出數據。發送和接收存儲器支持實時記錄，ADC測試需要這種能力。可以在向量運行時讀取存儲器中的數據。每個管腳獨立的PMU允許並行的直流參數測試。通過軟體控制線路切換，每個通道都可以連接到模擬和數字儀器。板上控制器存儲不同的測試設置，可以並行的調用從而可以快速的執行測試。進行高精度模擬測量時可以關閉控制器以降低噪聲。驅動/反饋結構保證了先進的模擬精度。

科利登Falcon系統的VPIN管腳最多可達128 個。

圖 5，多功能混合信號管腳。

重要的儀器

VI 源

可以選擇高性能VI源，覆蓋廣泛的汽車應用的測試需求。VI源的操作可以從低電流到高 。所有的源都是浮地的，可以進行四象限操作。板上測量支持並行測試，可以通過測試向量對VI進行控制和觸發。通過報警和保護功能可以獲得最高的可靠性。很多其它特性，如VI源的疊加和並行使用，保證了用戶可以獲得最高性能和靈活性。

圖6， V/I源—— 從nA到 kW的靈活性。

DSP發生器和數位化儀

科利登的Falcon和Piranha系統提供幾個DSP儀器選件，解析度可達20位，採樣頻率可達200 MHz。DSP發生器和數位化儀可以滿足廣泛的汽車器件模擬波形的測試需求。每個DSP儀器都有專用的DSP引擎，可以提供真正的並行測試能力。每通道獨立的數位化儀DSP引擎提供 或頻域最快速的測量。所有的數位化儀和DSP發生器能夠與提供的相關採樣同步。

系統總線

嵌入式的同步總線保證了系統所有儀器間的同步。數字、模擬、DSP和電源儀器的同步可以順利的進行。使用觸發線觸發同步信號的發生並測量能夠較容易地進行關鍵時間參數的測量。這些獨特的同步能力保證了系統的最大靈活性和產能。

總的來說， Falcon和Piranha是一種靈活的解決方案，用於應對汽車器件混合信號測試的挑戰。根據需要，科利登測試系統能夠滿足汽車工業用器件在數字、模擬、DSP和電源測試方面的需要。通過高速儀器和並行測試技術，科利登的系統可以提供最高的產能和最低的測試成本。每管腳測試儀的結構和互連保證了高度的靈活性。先進的 提供集成的工具，可以獲得最短的開發到生產時間。

圖 7，DSP發生器和數位化儀——從高精度到高速的靈活性。

責任編輯：gt

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