拿什么拯救你：我的模拟芯片测试

当今的半导体测试难度越来越高，而采用模块化、软件定义的测试平台，正在逐渐显示出其在芯片测试，特别是模拟芯片测试方面的优势。

模块化的测试技术和平台PXI由NI公司于1997年发明并推出。其可以根据技术发展和应用需求，持续地、从容地添加所需要的功能模块。另外，PXI平台是基于软件定义的，采用图形化操作界面，具有极强的灵活性，这一点对于测试工程师来说很重要，不但简化了工作，还可以享受到测试工作的乐趣。

NI很强调开放的生态系统建设，具体来说就是技术和平台的开放，海纳百川，可以使更多的软硬件合作伙伴参与到模块化测试平台的搭建和优化工作当中，这样，最终受益的是客户，以及广大的测试工程师。

在为客户提供测试解决方案策略方面，很多企业比较强调提供一套完整的解决方案，而NI则有所不同，由于市场及客户需求在不断变化，该公司认为很难提供一套真正完整的解决方案，其更强调技术和平台的灵活性，关键在于提供优良的软硬件工具，让用户去选择使用。

由于IoT、5G等新技术的兴起，出现了越来越多的模拟芯片、混合芯片。测试难度也随之增加，传统的测试设备难以满足时刻变化的测试需求。这时候，PXI灵活的平台优势逐渐在半导体测试领域凸显。

在芯片测试方面，NI认为，传统的半导体测试工具和方法，比较适合数字、逻辑芯片（如CPU、存储器等）的测试，而且极具优势。而在模拟、混合信号和RF IC测试方面，PXI模块化的软硬件平台则更具优势，特别是5G和物联网的大面积部署，对模拟和RF芯片的需求量大增，这也是NI在半导体测试领域的重点发展方向。

许多半导体检验实验室，都依赖机架堆叠仪器搭配大量的手动测试程序，而量产端测试则使用完整、高效且昂贵的自动化测试设备ATE来完成。如果能实现这两端测试平台的统一，则可以最大化的复用数据和算法，提升效率，进而降低成本。

半导体测试系统（STS）采用“集成到测试头”的设计，把产品的所有关键测试资源整合在一起，包括系统控制器、直流交流电源、射频仪器、待测设备接口以及分拣仪器和探头接口。这样的紧凑型设计减小了额外的占地空间，降低了功耗，减轻了传统AE测试员的维护负担，从而节约了测试或本。此外，STS采用开放的、模块化的设计，可以利用最新工业标准的PXI模块，获得更多的仪器资源和更强的计算能力，测试效率甚至比ATE还高。

由于芯片的复杂度越来越高，在实验室中使用的半导体测试仪器也越来越多，此时，需要用GPIB或网线将这些仪器连接起来使用，但这种方式很难实现高精度的同步测试，使得测试速度和效率比较低。

而在芯片量产阶段，通常都是使用ATE设备进行测试，但这里有一个问题，就是ATE的测试数据经常要与实验室的数据进行比对，进行一致性的关联，这样的方式效率较低，不利于产品快速上市。对此，可以采用PXI模块化仪器进行更优化地芯片测试工作。

在实验室一侧，通过PXI总线高精度的特点，将所有仪器串联起来，可发挥其自动化特性，提升了效率。在量产一侧，同样可以使用PXI模块化仪器，而且这一侧的PXI设备是专门针对量产芯片的特点定制的，机台设计更符合量产环境的需求。

由于在实验室端和量产端使用的都是PXI模块化仪器，是完全兼容和无缝连接的，可以将实验室的测试数据和代码直接移植到量产阶段，最大化了复用代码和硬件资源，保证了数据的关联性，节省了时间。

在软件工具方面，PXI交互体验系统InstrumentStudio可以将PXI仪器集成到单个视图中，仪器配置一步导入至编程环境中，还具有监控与调试自动化测试系统功能。通过InstrumentStudio与PXI硬件的结合，工程师可大幅提升测试系统开发的工作效率，加速产品上市时间。

这里举一个例子，是使用InstrumentStudio工具，实现从实验室到量产的优化芯片测试流程。

为了缩短测试时间，提升效率，在实验室测试阶段要尽量快速完成，就需要测试界面更加直观、易读，测试数据便于监测。以一个电源管理芯片的测试为例，用PXI总线连接用于测试的电源、信号源、示波器等多种仪器。进入InstrumentStudio工具的显示界面后，可以发现，不同于以往每个仪器都有其单独的显示界面，InstrumentStudio将所有的测试设备集成在了一起显示，如左边是示波器界面，右边是电源和信号发生器。这样集中显示，工程师可以避免来回切换不同仪器的显示界面，极大提升了测试效率。

此外，InstrumentStudio还为工程师提供了截图、数据保存等功能，有了这两个功能，大家会不会觉得写测试报告时就会方便很多了呢！

ATE团队根据测试计划进行程序开发的时候，需要与实验室的数据进行比对和关联，这时，一些关键的算法，比如FFT数据需要保持高度的一致。可以利用InstrumentStudio帮助ATE团队团队加速测试开发，保持数据的一致性，极大化地复用实验室侧的数据。

还以电源管理芯片测试为例，在InstrumentStudio中，可以将仪器配置快速导出，然后倒入到编程环境，辅以LabView等软件。运行时，InstrumentStudio与程序代码是并行进行的，这样就可以保持数据的一致性，极大化地复用代码。此外，InstrumentStudio还有很多功能，如帮助工程师开发自制平台等。

此外，在高精度数据转换芯片测试方面，由于测试仪器的成本很高，基于PXI平台，通过模块化仪器方法将仪器有效整合，可快速实现实验室ADC芯片搭建。据悉，NI高精度ADC测试方案覆盖INL、DHL、SNR、THD、SFDR等。这些系统可缩短开发时间并减少设备体积。

Coherent Solutions通过与NI的合作开发了基于PXI平台的光子学测试模块，在PXI平台上同时实现电学和光子学测试，简化自动化测试系统，在降低测试系统体积和成本的同时提升测试效率。

在大功率半导体测试系统方面，基于博电模块化功率测试平台和NI PXI研发的大功率半导体测试系统，结合了博电高速、高频、高压、大电流功率模块、与NI高速、高精度的采集技术和强大的信号仿真技术。该平台根据不同需求可完成各类大功率半导体器件、模块、芯片的动态和静态，热力及力学，功率寿命等参数测试。

半导体行业观察/张健

今天是《半导体行业观察》为您分享的第1634期内容，欢迎关注。