Кіріспе

Автоматты сынау жабдықтары немесе автоматтандырылған сынау жабдықтары (АТҚ) – сыналатын құрылғы (СҚ), сыналатын жабдық (СЖ) немесе сыналатын блок (СБ) деп аталатын нысанда сынақтарды автоматтандыру арқылы жылдам өлшеулер жасау және сынақ нәтижелерін бағалау үшін қолданылатын кез келген аппарат. АТҚ қарапайым компьютерлік басқарылатын цифрлық мультиметр немесе ондаған күрделі сынақ құралдарын (нақты немесе электрондық сынақ жабдықтарының модельдеуін) қамтитын күрделі жүйе болуы мүмкін, олар күрделі электрондық компоненттерді немесе микросхемалар мен интегралды схемаларды қоса алғанда, кремний пластиналарын автоматты түрде сынауға және ақауларды диагностикалауға қабілетті. АТҚ электрондық өндіріс саласында электрондық компоненттер мен жүйелерді өндірістен кейін сынау үшін кеңінен қолданылады. Сондай-ақ АТҚ авиацияда және автомобильдердегі электрондық модульдерді сынау үшін пайдаланылады. Ол радар және сымсыз байланыс сияқты әскери салаларда қолданылады.

Жартылай өткізгіш өнеркәсібінде

Жартылай өткізгіш АТЭ, жартылай өткізгіш құрылғыларды сынау үшін арналған, қарапайым компоненттерден (резисторлар, конденсаторлар және индукторлар) бастап интегралдық схемаларға (IC), баспа схемалық тақталарға (PCB) және күрделі, толық жиналған электрондық жүйелерге дейін электрондық құрылғылар мен жүйелердің кең ауқымын сынауға қабілетті. Осы мақсатта зондтық карталар қолданылады. АТЭ жүйелері нақты құрылғының жұмыс істейтінін тексеруге немесе бөлшек соңғы тұтынушы өнімінде қолданылудан бұрын оның ақауларын жылдам анықтауға қажетті сынақ уақытын қысқартуға арналған. Өндіріс шығындарын төмендету және өнімділікті арттыру үшін жартылай өткізгіш құрылғылар жасалғаннан кейін сыналып, ақаулы құрылғылардың тұтынушыға жетіп кетуіне жол бермеу керек.

Құралымдары

Жартылай өткізгіштік АТЭ архитектурасы бір немесе бірнеше көзді және түсіру құралдарын (төменде тізімделген) синхрондайтын бас контроллерден (әдетте компьютерден) тұрады. Бұрын ATE жүйелерінде арнайы жасалған контроллерлер немесе релелер қолданылып келген. Сыналатын құрылғы (DUT) физикалық түрде тағы бір роботтық машина – басқарушы немесе зонд арқылы, сондай-ақ DUT-қа АТЭ ресурстарын бейімдейтін интерфейстік сынау адаптері (ITA) немесе "қондырғы" арқылы АТЭ-мен байланысады.

Өнеркәсіптік компьютер

Өнеркәсіптік компьютер — бұл 19 дюймдік тіректе орналасқан, сигналды стимуляциялау/сезгіш карталарды орналастыруға жеткілікті PCI/PCIe ұялары бар стандартты үстел компьютері. Ол ATE (автоматты тестілеу жабдығы) жүйесінде басқарушы рөлін атқарады. Тестілеу бағдарламаларын жасау және нәтижелерді сақтау осы компьютерде жүзеге асырылады. Көптеген қазіргі заманғы жартылай өткізгіш ATE жүйелері кең ауқымды параметрлерді беру немесе өлшеу үшін бірнеше компьютермен басқарылатын құралдарды қамтиды. Бұл құралдарға құрылғы қуат көздері (DPS), параметрлік өлшеу бірліктері (PMU), кездейсоқ толқын формасын жасау генераторлары (AWG), цифрлық түрлендіргіштер, цифрлық кіріс-шығыс (IO) және қосымша жабдықтар кіруі мүмкін. Құралдар сыналып жатқан құрылғыда (DUT) әртүрлі өлшемдерді жүргізеді, ал құралдар синхронды жұмыс істейді, осылайша толқын формаларын қажетті уақытта беру және өлшеу процесін қамтамасыз етеді. Жауап беру жылдамдығының талаптарына сәйкес, стимуляциялау және сигналды түсіру үшін нақты уақыт жүйелері де қарастырылады.

Массалық өзара байланыс

Массалық өзара байланыс – сынақ аспаптары (PXI, VXI, LXI, GPIB, SCXI және PCI) мен сынақтан өтетін құрылғылар/топтамалар (D/UUT) арасындағы қосылыс интерфейсі. Бұл бөлім АТЭ мен D/UUT арасындағы сигналдардың кіру/шығу орталық нүктесі болып табылады.

Мысал: Қарапайым кернеуді өлшеу

Мысалы, белгілі бір жартылай өткізгіш құрылғысының кернеуін өлшеу үшін АТҚ-дағы (Автоматты тестілеу жабдығы) Цифрлық сигналды өңдеу (DSP) құралдары кернеуді тікелей өлшейді және нәтижелерді сигналды өңдеу үшін компьютерге жібереді, онда қажетті мән есептеледі. Бұл мысал көрсеткендей, амперметр сияқты дәстүрлі құралдар, құралдың жасай алатын өлшемдерінің шектеулі саны және өлшеуді жүзеге асыру үшін қажетті уақыт себепті көптеген АТҚ-да қолданылмайды. Параметрлерді өлшеу үшін DSP-ны пайдаланудың басты артықшылығы – уақыт. Егер электр сигналының жоғары кернеуін және сигналдың басқа параметрлерін есептеу қажет болса, онда жоғары кернеуді анықтау құралын және басқа параметрлерді тексеру үшін басқа құралдарды пайдалану керек. Алайда, егер DSP негізіндегі құралдар қолданылса, сигналдың бір ғана үлгісі алынып, қалған параметрлерді сол өлшемнен есептеуге болады.

Сынау параметрлері мен сынау уақыты

Барлық құрылғылар бірдей сынақтан өткізілмейді. Сынау шығындарды арттырады, сондықтан төмен құнға ие компоненттер көбінесе толыққанды сынақтан өткізілмейді, ал медициналық немесе жоғары құнға ие компоненттер (сенімділік маңызды болғандықтан) жиі сынақтан өтеді. Бірақ құрылғының барлық параметрлерін сынау қажеттігі құрылғының функционалдығына және соңғы пайдаланушыға байланысты болады. Мысалы, егер құрылғы медициналық немесе өмірді сақтап қалатын өнімдерде қолданылса, оның көптеген параметрлері сынақтан өтуі керек, ал кейбір параметрлеріне кепілдік берілуі тиіс. Бірақ сынақтан өтетін параметрлерді анықтау – шығын мен өнімділікті ескере отырып, күрделі шешім. Егер құрылғы мыңдаған логикалық элементтері бар күрделі цифрлық құрылғы болса, сынақ кезіндегі қателерді қамту деңгейі есептелуі керек. Мұнда да шешім сынақ экономикасына, құрылғыдағы I/O-лардың жиілігіне, санына және түріне, сондай-ақ соңғы пайдалану саласына байланысты күрделі болады.

Қолмен басқару немесе зонд және құрылғыны сынау адаптері

АТЭ жинақталған микросхемаларда (әдеттегі IC "чип") немесе тікелей кремний пластинасында қолданылуы мүмкін. Жинақталған бөлшектер құрылғыны бейімделген интерфейс тақтасына орналастыру үшін ұстағыш пайдаланады, ал кремний пластиналары жоғары дәлдіктегі зерттеу тілшелерімен тікелей тексеріледі. АТЭ жүйелері сыналып жатқан құрылғыны (DUT) тексеру үшін ұстағышпен немесе зерттеу тілшесімен өзара әрекеттеседі.

Көп орынды

Сынақ уақытын жақсартудың бір жолы – бірнеше құрылғыны бір уақытта сынау. АТЭ жүйелері енді әрбір "сайттың" АТЭ ресурстарын бөлісетін көптеген "сайттарды" қолдай алады. Кейбір ресурстарды параллель қолдануға болады, ал қалғандары әрбір сыналып жатқан құрылғыға (DUT) тізбектей берілуі тиіс.

АТЕ бағдарламалау

ATE компьютері қазіргі заманғы компьютерлік тілдерді (C, C++, Java, VEE, Python, LabVIEW немесе Smalltalk сияқты) қосымша операторлармен ATE жабдықтарын стандартты және эксклюзивті бағдарламалық интерфейстер (API) арқылы басқару үшін пайдаланады. Барлық жүйелерге арналған қысқартылған тест тілі (ATLAS) сияқты арнайы компьютерлік тілдер де бар. Автоматты сынақ жабдықтары NI TestStand сияқты сынақ орындау жүйесін пайдалану арқылы автоматтандырылуы мүмкін. Кейде тесттік үлгілерді автоматты түрде жасау, сынақ сериясын жобалауға көмектеседі.

Диагностика

Автоматты сынау жабдықтарының диагностикасы – АТТ сынағының құрылғыдағы ақаулы компоненттерді анықтайтын бөлігі. АТТ сынақтары екі негізгі функцияны орындайды. Біріншісі – сыналып жатқан құрылғының дұрыс жұмыс істейтінін тексеру. Екіншісі – егер сыналып жатқан құрылғы дұрыс жұмыс істемесе, оның себебін анықтау. Диагностикалық бөлім сынақтың ең қиын және қымбат бөлігі болуы мүмкін. АТТ әдетте ақауды компоненттердің кластеріне немесе белгісіздік тобына дейін қысқартады. Осы белгісіздік топтарын азайтуға көмектесетін әдістердің бірі – АТТ жүйесіне аналогтық қолтаңба талдау сынағын қосу. Диагностикаға көбінесе ұшатын зондты сынау көмектеседі.

Сынау жабдығының ауысуы

Сынау жүйесінің конфигурациясына жоғары жылдамдықты коммутациялық жүйені қосу, бірнеше құрылғыны жылдамырақ және экономикалық тиімдірек сынауға мүмкіндік береді, сондай-ақ сынақ қателіктерін және шығындарды азайтуға бағытталған. Сынау жүйесінің коммутациялық конфигурациясын жобалау үшін коммутацияланатын сигналдар мен жүргізілетін сынақтарды, сондай-ақ қолжетімді коммутациялық аппараттық құрылым түрлерін түсіну қажет.

Сынау жабдығының платформалары

Қазіргі уақытта автоматтандырылған электрондық сынақ және өлшеу жүйелерін құру үшін бірнеше модульдік электрондық аспаптық платформалар жиі қолданылады. Бұл жүйелер электрондық құрылғылар мен түйіндерді кіріс бақылаудан өткізуге, сапасын растауға және өндірістік сынақтар жүргізуге кеңінен пайдаланылады. Стандартты өнеркәсіптік байланыс интерфейстері сигнал көздерін өлшеу құралдарымен "стек және рек" немесе шасси/негізгі блок негізіндегі жүйелерде байланыстырады, көбінесе сыртқы компьютерде іске қосылған арнайы бағдарламалық жасақтамамен басқарылады.

GPIB/IEEE-488

Жалпы мақсаттағы интерфейс шинасы (GPIB) — IEEE 488 (Электр және электроника инженерлері институты жасаған стандарт) стандартты параллель интерфейсі, ол сенсорлар мен бағдарламаланатын құралдарды компьютерге қосу үшін қолданылады. GPIB — 8 МБ/с жылдамдықпен деректерді тасымалдауға қабілетті 8 биттік цифрлық параллель байланыс интерфейсі. Ол 24 контактілі жалғау арқылы 14 құралды жүйелік контроллермен тізбектеуге мүмкіндік береді. Бұл құралдарда кездесетін ең көп таралған I/O интерфейстерінің бірі болып табылады және арнайы құралдарды басқару үшін жасалған. IEEE 488 спецификациясы осы шинаны стандарттады және оның электрлік, механикалық және функционалдық сипаттамаларын анықтады, сонымен қатар оның негізгі бағдарламалық байланыс ережелерін белгіледі. GPIB құралдарды басқару үшін берік қосылымды қажет ететін өнеркәсіптік ортада ең жақсы жұмыс істейді. GPIB стандартын 1960 жылдардың соңында Hewlett Packard компаниясы өзінің бағдарламаланатын құралдарын қосу және басқару үшін әзірлеген. Цифрлық контроллерлерді және бағдарламаланатын сынақ жабдықтарын енгізу әртүрлі өндірушілерден құралдар мен контроллерлер арасындағы байланыс үшін стандартты, жоғары жылдамдықты интерфейске қажеттілік тудырды. 1975 жылы IEEE ANSI/IEEE Standard 488 1975 жариялады, IEEE Standard Digital Interface for Programmable Instrumentation, онда интерфейстік жүйенің электрлік, механикалық және функционалдық сипаттамалары қамтылған. Бұл стандарт кейіннен 1978 жылы (IEEE 488.1) және 1990 жылы (IEEE 488.2) қайта қарастырылды. IEEE 488.2 спецификациясына бағдарламаланатын құралдарға арналған стандартты командалар (SCPI) кіреді, олар әрбір құрал класы орындауы тиіс нақты командаларды анықтайды. SCPI осы құралдардың үйлесімділігі мен конфигурациялануын қамтамасыз етеді. IEEE 488 шинасы ұзақ уақыт бойы танымал болды, өйткені оны пайдалану оңай және бағдарламаланатын құралдар мен стимулдардың үлкен таңдауын пайдалануға болады. Алайда, үлкен жүйелердің мынадай шектеулері бар:

Драйвердің шығыс сыйымдылығы жүйені 14 құрылғыға және контроллерге шектейді. Кабельдің ұзындығы контроллерлік құрылғы аралығын екі метрден немесе жалпы 20 метрден кем емес етеді. Бұл бөлмеде орналасқан жүйелерге немесе қашықтан өлшеуді қажет ететін жүйелерге беріліс мәселелерін тудырады. Негізгі адрестер жүйеде негізгі адрестері бар 30 құрылғыны шектейді. Қазіргі заманғы құралдар екіншілік адрестерді сирек қолданады, сондықтан бұл жүйе өлшеміне 30 құрылғы шек қояды.

Құрал-саймандар үшін LAN кеңейтулері (LXI)

LXI стандарты Ethernet желісін пайдаланатын өлшеу құралдары мен деректерді жинау жүйелері үшін байланыс протоколдарын анықтайды. Бұл жүйелер кішкентай, модулдік құралдарға негізделген, төмен құнға ие, ашық стандартты LAN (Ethernet) желісін қолданады. LXI стандартына сәйкес келетін құралдар модулдік құралдардың өлшемдері мен интеграциялау артықшылықтарын, карталы шасси архитектурасының құны мен пішін факторларының шектеулерінен безері ұсынады. Ethernet байланысын пайдалану арқылы LXI стандарты икемді жинақтауға, жоғары жылдамдықты I/O-ға және LAN қосылымын коммерциялық, өнеркәсіптік, аэроғарыштық және әскери салалардағы кең ауқымды қолдануда стандарттауға мүмкіндік береді. LXI стандартына сәйкес келетін әрбір құрал, LXI стандартына сәйкес келмейтін құралдармен байланысты жеңілдету үшін бір-бірімен алмастырылатын виртуалды құрал (IVI) драйверін қамтиды, сондықтан LXI стандартына сәйкес келетін құрылғылар GPIB, VXI, PXI сияқты басқа технологияларды қолданатын құрылғылармен де байланыса алады. Бұл құралдардың гибридтік конфигурацияларын құру және пайдалануды жеңілдетеді. LXI құралдары кейде сынақ және өлшеу қолданбаларын конфигурациялау үшін кіріктірілген сынақ скрипттері процессорларын пайдалана отырып, скрипттерді қолданады. Скрипт негізіндегі құралдар архитектуралық икемділікті, өнімділікті жақсартуды және көптеген қолданулар үшін төмен құнды қамтамасыз етеді. Скрипттер LXI құралдарының тиімділігін арттырады, ал LXI скрипттерді іске қосуға және жақсартуға мүмкіндік беретін мүмкіндіктерді ұсынады. Құралдар үшін қазіргі LXI стандарттары құралдардың бағдарламаланатын немесе скрипттерді іске асыратындығын міндетті етпесе де, LXI спецификациясындағы бірнеше ерекшеліктер бағдарламаланатын құралдарды ескереді және LXI стандартына сәйкес келетін құралдарда скрипттердің мүмкіндіктерін арттыратын пайдалы функционалдық мүмкіндіктерді қамтамасыз етеді.

Құрал-саймандар үшін VME кеңейтулері (VXI)

VXI шина архитектурасы VMEbus негізіндегі автоматтандырылған тестілеу үшін ашық стандартты платформа болып табылады. 1987 жылы ұсынылған VXI, барлық Eurocard форматтарын пайдаланады және өлшеу қолданбаларына қажетті триггерлік желілер, жергілікті шина және басқа да функцияларды қосады. VXI жүйелері 13 слотқа дейін сыйымдылығы бар негізгі блок немесе шассиде құрылады, оған әртүрлі VXI құралдарының модульдерін орнатуға болады. Шасси сондай-ақ шассидің өзі мен оның ішіндегі құралдарға қажетті қуат беру және салқындатуды қамтамасыз етеді. VXI шина модульдері әдетте 6U биіктігінде болады.

Құрал-саймандар үшін PCI кеңейтулері (PXI)

PXI – деректерді жинау және нақты уақытты бақылау жүйелері үшін арналған мамандық перифериялық шина. 1997 жылы ұсынылған PXI, CompactPCI 3U және 6U форматтарын пайдаланады және өлшеу саласында қолданылуға ыңғайлы триггерлік желілер, жергілікті шина және басқа да функцияларды қамтиды. PXI аппараттық және бағдарламалық құралдардың техникалық талаптары PXI Systems Alliance ұйымымен әзірленеді және күтіліп тұрады. Әлем бойынша 50-ден астам өндіруші PXI аппараттық құралдарын шығарады.

Универсалды сериялық шина (USB)

USB пернетақталар мен тышқандар сияқты сыртқы құрылғыларды компьютерлерге қосып, байланыстырады. USB – бір портқа 127 құрылғыны жалғауға мүмкіндік беретін Plug and Play шинасы, ал теориялық ең жоғары жылдамдығы 480 Мбит/с (USB 2.0 спецификациясымен белгіленген жоғары жылдамдықты USB). USB порттары компьютерлердің стандартты мүмкіндіктері болғандықтан, бұл дәстүрлі тізбектік порт технологиясының логикалық дамуы болып табылады. Дегенмен, бірнеше себептерге байланысты ол өнеркәсіптік сынақ және өлшеу жүйелерін құруда кеңінен қолданылмайды; мысалы, USB кабельдері өнеркәсіптік стандартқа сай келмейді, шуға өте сезімтал, жабысып тұруы мүмкін, сондай-ақ контроллер мен құрылғы арасындағы ең максималды қашықтық 30 метрді құрайды. RS 232 сияқты, USB берік шиналық қосылымды қажет етпейтін зертханалық жағдайлардағы қолданбалар үшін пайдалы.

RS-232

RS 232 – талдау және ғылыми құралдарда, сондай-ақ принтерлер сияқты сыртқы құрылғыларды басқаруда кеңінен қолданылатын, тізбектік байланыс стандарты. GPIB-ден өзгеше, RS 232 интерфейсі арқылы бір уақытта тек бір құрылғыны қосу және басқару мүмкін. RS 232 сонымен қатар салыстырмалы түрде баяу интерфейс болып табылады, оның деректерді беру жылдамдығы әдетте 20 КБ/с-тан кем. RS 232 баяурақ және сенімділігі төмен байланысқа үйлесімді зертханалық қолданыстар үшін ең қолайлы. Ол ±24 вольттық қуат көзімен жұмыс істейді.

Шекаралық сканерлеу

Шекаралық сканерлеуді басылымды монтаждау платасы (ПКБ) немесе жүйе деңгейінде интерфейс шинасы ретінде іске асыруға болады, мақсаты – интегралдық схема (IC) тіректерін басқару және сынақ нысанында (UUT) үздіксіздік (қосылым) сынақтарын жүргізу, сондай-ақ логикалық құрылғылар немесе құрылғылар тобының функционалдық кластерлік сынақтарын жеңілдету. Ол интегралдық схемалардың ішіне орнатылған (IEEE 1687 қараңыз) немесе сыртқы бақыланатын сынақ жүйесінің бөлігі болып табылатын басқа құралдарды басқару интерфейсі ретінде де қолданылуы мүмкін.

Сынақ скрипттер процессорлары және арна кеңейту шинасы

Соңғыда әзірленген сынақ жүйесі платформаларының бірі жоғары жылдамдықты шинамен байланыстырылған, бортында сынақ скрипттерін өңдейтін құралдарды қолданады. Бұл тәсілде бір "басты" құрал сынақ скриптін (шағын бағдарламаны) іске қосады, ол сынақ жүйесіндегі әртүрлі "құл" құралдарының жұмысын басқарады, олар жоғары жылдамдықты LAN негізіндегі триггерлік синхрондау және құралдар арасындағы байланыс шинасы арқылы байланыстырылған. Скрипттеу – әрекеттер тізбегін үйлестіру үшін скрипт тілінде бағдарламалар жазу. Бұл тәсіл сынақ және өлшеу саласындағы қолданбаларға тән кішкентай хабарламаларды беруге бағытталған. Желідегі аз жүктеме және 100 Мбит/сек деректерді беру жылдамдығының арқасында, бұл нақты қолданыстарда GPIB және 100BaseT Ethernet-тен едәуір жылдам. Бұл платформаның артықшылығы – барлық қосылған құралдар бір-бірімен тығыз байланысқан көп арналы жүйе ретінде жұмыс істейді, сондықтан пайдаланушылар өздеріне қажетті арналар санына қарай сынақ жүйесін тиімді түрде кеңейте алады. Осы типтегі платформада құрылған жүйе дербес өлшеу және автоматтандыру шешімі ретінде жұмыс істей алады, онда басты блок көзді, өлшеуді, қабылдау/қабылдамау шешімдерін, сынақ реттілігін басқаруды, сұрыптауды және компонентті ұстау құралын немесе зондты басқарады. Арнайы триггерлік желілерді қолдау, осы жоғары жылдамдықты шинамен байланыстырылған және бортында сынақ скрипттері бар бірнеше құралдар арасындағы синхронды операцияларды қосымша триггерлік қосылымдарсыз жүзеге асыруға мүмкіндік береді.