优化开关测量子系统软件_提高测试系统性能_图文

1、S p e c i a l R e p o r t技 术 专 题测 试 与 测 量人们期望自动化测试系统能够完 成精密的测量,并从待测器件(DUT 上收集到各种数据。 在大多数情况下, 自动化的测试必须在保证测量精度的 前提下, 以尽可能短的时间完成, 从而最大限度减少产品的成本和资本投入。 本文将讨论最大限度减少自动化测试 的时间和保证测量精度的一些技术手 段。能快速完成自动测量的最有效的 方法之一, 就是采用仪器双向触发, 因为它减少了发送给各仪器的指令数量。 本文通过一个开关系统和 D M M 实例 对双向触发概念进行阐释。其他减少 测试时间的途径还包括:采用扫描列 表, 配置建立时间、

2、 孔径、 自动归零和优化开关测量子系统软件,提高测试系统性能OptimizingSoftwareofaSwitchingSubsystemWillIncreaseTestSystemPerformanceAgilentTechnologiesDarleneCarpenter数据传输等。双向触发与真正进行测量的时间相比,测 试中大量的时间是花在将单独的指令发送给不同的仪器、对其进行配置并 完成测量初始化和读取数据上。为了 缩短总的测试时间,可以停止使用单 条仪器指令构成的指令序列,而代之 以一组数量少得多的指令采用双向触 发来实现多次测量。 要做到这一点, 可以将两个仪器(如开关系统和 D M

3、M 配置为在与 DUT 完成连接后相互触发 对方(双向触发 ,执行测量操作。 开 关系统和 D M M 的双向触发可以按如 下的流程进行:开关系统让选中的继电器闭合,随后触发 DMM 读数。读取 完成后,DMM 触发开关系统。开关系统继续选择下一个继电器,并重复这 一过程直到结束。双向触发过程可利 用 D M M 的同一功能实现连续的多次 读数。在对仪器进行集成以实现双向触 发的过程中,要完成的第一步是弄清仪器的触发子系统。仪器的触发子系 统将有助于确定在触发前应该完成什 么样的配置, 仪器需要怎样收发信号。基于 D M M 触发系统的示例在配置一个系统 DMM ,让它对外 部触发作出响应时,

4、必须完成如下一 些特定的步骤。按一个特定的测量要 S p e c i a l R e p o r t 技 术 专 题 73测 试 与 测 量求对 DMM 进行配置;找出触发源;确 定 D M M 已经准备好接收一个触发信 号;随后,一旦 DMM 接收到一路触发 信号, 就开始进行测量。 图1示出的流 程图给出了 DMM 的配置步骤(包括仪 器指令 。采用开关 /控制触发系统的示 例开关触发系统不同于 D M M 之处, 在于它包含3种触发状态 :闲置、 待命 和触发, 如图2所示。 只要不处于待命 或者触发状态,开关系统就处于空闲 状态。 当指令 (SCAN, GET 或者Trig 被发送到开

5、关系统,触发器就开始工 作, 仪器转入待命状态。 该开关的待命 子系统容许在触发流程中添加事件控 制(扫描或者延迟 。例如, 它容许利 用同一个INITiate指令让一个扫描表执 行多次扫描, 以及/或者设定定时器以 保证扫描间隔中的延迟。仪器检测到 一个待命源时, 就离开待命状态, 转入 触发状态。在触发状态下检测到一个 触发源时, 它执行设定的开关动作, 而 后仪器转为闲置状态。使用扫描表由于取消了很多发给开关系统和 DMM 的串行指令,而代之以少数几条 能实现多种测量的指令,扫描表可以 极大地提高测试速度。开关系统将按 照与扫描表相同的顺序对规定的通道 进行自动扫描。若要将开关系统配置

6、为执行扫描, 可先规定一个待命源、 一 个触发源、 扫描表规定的扫描次数, 以 及 (如果需要的话 扫描的间隔延迟。 在触发状态下,当检测出触发源发出开 关 系 统 就 进 行 扫 描 表 中 已 设 定 步 对 扫 描 表 中 规 定 的 通 道 都 完 成 一 遍 扫 描 并 达 到待 命 计 数 次 数时, 扫描将 终止, 仪器恢 复 到 闲 置 状 态。为 了 将 开 关 系 统 定 义 为 双 向 触 发, 必需激活 外 部 触 发 线 和 触 发 输 出(见图 3所示的指令 。 此外, 待命端应 该被设定为IMMediate, 而触发端设定 为 MIX。 图3所示的流程图包括了对开

7、 关系统进行配置的仪器指令示例。用 户只需向开关系统发送为数不多的指 令, 就可以选择任意数量的串行通道,而且可以选择对扫描序列进行重复, 以及/或者包括延迟间隔。D M M 和开关系统间的触发信 号连接完成单个仪器的配置后,就需要 将它们连接起来, 实现相互间的触发。 使用 DMM 控制开关系统的扫描,需要 若干路进/出开关触发控制线的外部连 接 (见图4 。 可以将开关系统配置为 :有一个继电器闭合,就输出触发脉冲通知 DMM。开关系统的触发源必须定 义为 MIX,以便能接收总线触发信号, 启动扫描,然后接收来自 DMM 的外部 触发,从而扫描表中列出的每一个通 道。 此时, 配置信息已经

8、输入到自动化 的程序中,而且开关和 DMM 都已完成硬件连接, 就开始执行代码, 实现以下 的流程 (见图5 。双向触发仅仅是让一个测试系统运行得更快、更加高效的多种技术手 段中的一种。 下面, 我们来讨论其他一 些同样有用的技术,它们能够很好地 协调测试系统的处理能力。测量编组在一个程序中, 对于相同的测量, 扫描列表可以多次使用。避免多次的S p e c i a l R e p o r t 技 术 专 题测 试 与 测 量测量变动,可将省下时间留给 DMM 来 切换功能。DMM 功能的切换需要对硬 件进行重新配置,以及对不同校准常 数的恢复。 本文认为, 在测试开发过程 中花一些时间来对测

9、试程序进行组织, 保证所有相同的测量都在同一时间内 完成, 以减少总的测试时间。测量建立时间如果刚启动开关连接或者更改测 量范围, 就立即进行测量, 可能会出现 测量误差。某些 D M M 能够根据功能、 范围、 积分时间和AC 滤波器来动态地 确定测量所需的延迟。在大多数情况 下,这一自动产生的延迟是可以接受 的。在少数情况下,电缆电容和其他 的器件会引入与RC时间常数有关的时 延, 使得建立时间比预期的延长。 如果 测量需要更长的建立时间,就可以手 工设定测量的触发延迟。不过如果一 个触发延迟被设定为自动以外的其他 选项的话,仪器可能会毫无必要地把 相同的时延设置运用于所有的功能和 测量范

10、围。 本文认为, 先明确需要的测 量建立时间,然后去验证 DMM(或测 量仪器缺省的测量建立时间对待测 器件的信号来说是否最优。设定测量范围与范围自动设定 当不能确定返回的测量值时,自 动调整测量范围的 D M M 就十分有用 了。 自动调整范围的缺点是, 对每次测 量而言,DMM 都需要多花一些时间才 能确定所适用的范围。对于自动测试 系统来说, 规定一个具体的、 对每种测 量来说都是最佳的范围才是上策。将 仪器的自 动调整范围 关 闭设定特定的测量范围。这可以 避 免D M M 在确定各测量应采用的范围上花费的时间 。 当D M M 以固定的测量范围进行测量时,可以快速获得结果,也可以事先

11、知道测量时间。 另外, 如果要完成的测量涉及多种范围,可将范围相同的测量组合到一起, 将它们一并完成。 这可以减少你对 D M M 的测量范围进行重新定义的次数, 并进而省下更多测试时间,本文认为, 在测试应用中, 采用固定的测量范围,把类似的测量和测量值归入一类。信号滤波有些仪器利用自动化的滤波器来处理输入信号,这些滤波器在进行测量之前必须经过一定的时间才能稳定。比如, 采用滤波器进行 AC 电压和电流测量的 D M M 。如果正在测量一个 200H z 300kHz 信号, 而且能够更改缺省的滤波器,而不至于影响到快速滤波器的精度, 就能将测量的速度提高10倍。 本文认为, 弄清AC信号输

12、入的具体情况,只要有可能就使用更快的 D M M 。分辨率分辨率是指一个仪器可以测量或 者显示的位数。 为了提高测量精度, 改 善对噪声的抑制,应选用最高的分辨 率。这种配置用于产品开发和早期测 试时效果最佳。然而,要提高测量速 度, 则应该选用最小的分辨率。 一旦设 计确定后,常常可以降低制造中的测 试分辨率并提高测试速度。典型的 DMM 有4、 5、 6.5位等分辨率以供选择。 在大多数情况下,分辨率可以根 据每一种测量功能的情况来选择和设 定。 这使得工程师能灵活地进行处置 :通过降低那些无需最高精度的测量的 分辨率来加快自动测试的速度;而在 测量要求极高的精度时调高分辨率。 本文认为,

13、采用完成精确测量所需的 最低分辨率。让分辨率超出 DUT 的能 力只会拖长测试时间。积分时间(孔径积分时间 (孔径 是一台仪器的模 拟-数字变换器对测量的输入信号进 行采样所需的时间。 积分时间 (孔径S p e c i a l R e p o r t 技 术 专 题 75测 试 与 测 量直接影响到测量分辨率和测量速度。 要提高分辨率,可以选用较长的积分 时间。孔径太短的不利之处是测量到 的量值会出现更多的噪声。此外, 必须注意 :尽可能减少一个 程序中对孔径的更改次数。仪器在孔 径的更改过程中要从内存中检索新的 校准常数,故更改孔径要花去额外的 时间。要避免无意中对孔径时间进行 更改,最好

14、的办法是直接对其设定积 分时间, 一般是以电力线周数 (NPLC 来规定的。一个 DMM 的缺省积分时间 可以长达 10NPLC。对于不受 AC 噪声 影响的测试系统来说,积分时间的设 定可以短至0.02、 0.2或者1NPLC。 本 文认为, 对于较快的测量来说, 将积分 时间设定为10以下, 而为了避免AC噪 声, 该值应该大于 1个电力线周期。自动归零自动归零用于防止多用表的输入 电路中出现的偏移电压影响测量精度。 两次测量之间的那段时间或者温度的 波动都会引起偏移电压。启动缺省的 自动归零后,多用表的内部将在每次 测量结束后切断输入信号,然后读取 零位读数。多用表再以该零位读数减 以前

15、读取的数据。如果自动归零被关 闭, 则多用表获取一次零位读数, 并从 所有的测量值中减去它。当功能、范围或者积分时间出现 变更时,DMM 将进行一次新的零位读 取。自动归零关闭时,DC 电压、 双线 电阻和直流电流等功能可以让测量速 度加倍。 本文认为, 如果同一种测量执 行的间隔不长且温度相近的话,可以 关闭自动归零以提高测量速度。数据显示减少总的测试时间的另一种办法 是通过限制或者关闭前面板显示来缩 短测量的时间。每次测量完成后对 DMM 前面板的刷新将花去 10100ms 的时间。如果测试是自动完成的, 很有 可能无需观察测量结果, 因此, 可以通 过关闭前面板的显示来节省时间。本 文建

16、议, 在自动测试时, 关闭前面板显 示。数据传输时间从一台仪器上通过远程接口传送 数据可导致延迟,即使采用缓冲也是 如此。 大多数仪器同时支持RS-232和 GPIB,也可以使用 USB/GPIB 和 LAN/GPIB 转换器。为了达到最佳的数据传 输速度,应当采用RS -232之外的其 他通信接口, 如GPIB、 USB/GPIB或者 LAN/GPIB。 目前GPIB对单次测量来说 是最快的I/O 方法。 USB 和 LAN 非常适合于大的文件传输。 因此本文建议, 要保证更快的数据传输, 采用GPIB或者 USB/GPIB 或 LAN/GPIB 转换器。结语在缩短测试时间方面,现在有多 种易