Alat uji otomatis melakukan pengujian kompleks pada papan sirkuit tercetak, sirkuit terpadu, dan perangkat elektronik lainnya. Pengujian biasanya dilakukan di lingkungan produksi di mana pengujian otomatis berkecepatan relatif tinggi adalah penting. Peralatan pengujian otomatis dapat menggunakan berbagai teknik, termasuk pengujian sirkuit fungsional, pemeriksaan optik, dan pemeriksaan sinar-X. Ini sering digunakan oleh produsen semikonduktor untuk menguji mikroprosesor, chip memori, dan sirkuit terintegrasi analog. Alat uji otomatis juga digunakan oleh produsen elektronik untuk memverifikasi pengoperasian papan sirkuit, sistem avionik, dan komponen elektronik yang benar
Di mana itu digunakan
ATE banyak digunakan dalam industri manufaktur elektronik untuk menguji komponen dan sistem elektronik setelah dibuat. ATE juga digunakan untuk menguji avionik dan modul elektronik di mobil. Ini digunakan dalam aplikasi militer seperti radar dan komunikasi nirkabel.
Dalam industri semikonduktor
Semikonduktor ATE, dinamai untuk menguji perangkat semikonduktor, dapat menguji berbagai perangkat dan sistem elektronik, mulai dari komponen sederhana (resistor, kapasitor, dan induktor) hingga sirkuit terintegrasi (IC), papan sirkuit tercetak (PCB), dan kompleks, dirakit lengkap sistem elektronik. Untuk tujuan ini, kartu probe digunakan. Sistem ATE dirancang untuk mengurangi jumlah waktu pengujian yang diperlukan untuk memverifikasi bahwa perangkat tertentu berfungsi atau untuk menemukan kesalahannya dengan cepat sebelum suku cadang memiliki kesempatan untuk digunakan dalam produk konsumen akhir. Untuk mengurangi biaya produksi dan meningkatkan hasil, perangkat semikonduktor harus diuji setelah dibuat untuk mencegah perangkat yang rusak berakhir di tangan konsumen.
Komponen
Arsitektur ATE semikonduktor terdiri dari pengontrol utama (biasanya komputer) yang menyinkronkan satu atau lebih sumber dan instrumen penangkap (tercantum di bawah). Secara historis, pengontrol atau relai yang dirancang khusus digunakan oleh sistem ATE. Device Under Test (DUT) terhubung secara fisik ke ATE oleh mesin robot lain yang disebut handler atau prober dan melalui Interface Test Adapter (ITA) atau “fixture” yang disesuaikan yang mengadaptasi sumber daya ATE ke DUT.
komputer industri
PC industri adalah komputer desktop biasa yang dikemas dalam standar rak 19 inci dengan slot PCI / PCIe yang memadai untuk mengakomodasi kartu stimulator/penginderaan Sinyal. Ini mengambil peran pengontrol di ATE. Pengembangan aplikasi pengujian dan penyimpanan hasil dikelola di PC ini. Sebagian besar ATE semikonduktor modern menyertakan beberapa instrumen yang dikendalikan komputer untuk mencari atau mengukur berbagai parameter. Instrumen tersebut dapat mencakup catu daya perangkat (DPS), unit pengukuran parametrik (PMU), generator bentuk gelombang arbitrer (AWG), digitizer, IO digital, dan suplai utilitas. Instrumen melakukan pengukuran yang berbeda pada DUT, dan instrumen disinkronkan sehingga sumber dan pengukuran bentuk gelombang pada waktu yang tepat. Berdasarkan persyaratan waktu respons, sistem waktu nyata juga dipertimbangkan untuk stimulasi dan penangkapan sinyal.
Interkoneksi massal
Interkoneksi massa adalah antarmuka konektor antara instrumen uji (PXI, VXI, LXI, GPIB, SCXI, & PCI) dan perangkat/unit yang diuji (D/UUT). Bagian ini bertindak sebagai titik nodal untuk sinyal masuk/keluar antara ATE dan D/UUT.
Contoh: Pengukuran tegangan sederhana
Misalnya, untuk mengukur voltase perangkat semikonduktor tertentu, instrumen Digital Signal Processing (DSP) di ATE mengukur voltase secara langsung dan mengirimkan hasilnya ke komputer untuk pemrosesan sinyal, di mana nilai yang diinginkan dihitung. Contoh ini menunjukkan bahwa instrumen konvensional, seperti ammeter, tidak dapat digunakan di banyak ATE karena terbatasnya jumlah pengukuran yang dapat dilakukan instrumen, dan waktu yang diperlukan untuk menggunakan instrumen untuk melakukan pengukuran. Salah satu keuntungan utama menggunakan DSP untuk mengukur parameter adalah waktu. Jika kita harus menghitung tegangan puncak sinyal listrik dan parameter sinyal lainnya, maka kita harus menggunakan instrumen detektor puncak serta instrumen lain untuk menguji parameter lainnya. Namun, jika instrumen berbasis DSP digunakan, maka sampel sinyal dibuat dan parameter lainnya dapat dihitung dari pengukuran tunggal.
Uji persyaratan parameter vs waktu uji
Tidak semua perangkat diuji sama. Pengujian menambah biaya, sehingga komponen berbiaya rendah jarang diuji sepenuhnya, sedangkan komponen medis atau berbiaya tinggi (di mana keandalan penting) sering diuji.
Tetapi menguji perangkat untuk semua parameter mungkin diperlukan atau tidak, tergantung pada fungsionalitas perangkat dan pengguna akhir. Misalnya, jika perangkat menemukan aplikasi dalam produk medis atau penyelamat jiwa, maka banyak parameternya harus diuji, dan beberapa parameter harus dijamin. Tetapi memutuskan parameter yang akan diuji adalah keputusan yang rumit berdasarkan biaya vs hasil. Jika perangkat adalah perangkat digital yang kompleks, dengan ribuan gerbang, maka uji cakupan kesalahan harus dihitung. Di sini sekali lagi, keputusannya rumit berdasarkan uji ekonomi, berdasarkan frekuensi, jumlah dan jenis I/O di perangkat dan aplikasi penggunaan akhir…
Handler atau probe dan adaptor uji perangkat
ATE dapat digunakan pada bagian yang dikemas (tipikal ‘chip’ IC) atau langsung pada wafer silikon. Bagian yang dikemas menggunakan penangan untuk menempatkan perangkat pada papan antarmuka yang disesuaikan, sedangkan wafer silikon diuji langsung dengan probe presisi tinggi. Sistem ATE berinteraksi dengan handler atau prober untuk menguji DUT.
Bagian yang dikemas ATE dengan penangan
Sistem ATE biasanya berinteraksi dengan alat penempatan otomatis, yang disebut “handler”, yang secara fisik menempatkan Device Under Test (DUT) pada Interface Test Adapter (ITA) sehingga dapat diukur oleh peralatan. Mungkin juga ada Interface Test Adapter (ITA), perangkat yang hanya membuat koneksi elektronik antara ATE dan Device Under Test (juga disebut Unit Under Test atau UUT), tetapi juga mungkin berisi sirkuit tambahan untuk mengadaptasi sinyal antara ATE dan DUT serta memiliki fasilitas fisik untuk pemasangan DUT. Terakhir, socket digunakan untuk menjembatani koneksi antara ITA dan DUT. Soket harus bertahan dari tuntutan ketat lantai produksi, sehingga biasanya sering diganti.
Diagram antarmuka kelistrikan sederhana: ATE → ITA → DUT (package) ← Handler
Silicon wafer ATE dengan probe
ATE berbasis wafer biasanya menggunakan perangkat yang disebut probe yang bergerak melintasi wafer silikon untuk menguji perangkat.
Diagram antarmuka listrik sederhana: ATE → Prober → Wafer (DUT)
Multi-situs
Salah satu cara untuk meningkatkan waktu pengujian adalah dengan menguji beberapa perangkat sekaligus. Sistem ATE sekarang dapat mendukung beberapa “situs” di mana sumber daya ATE digunakan bersama oleh setiap situs. Beberapa sumber daya dapat digunakan secara paralel, yang lain harus diserialisasikan ke setiap DUT.
Pemrograman ATE
Komputer ATE menggunakan bahasa komputer modern (seperti C, C++, Java, Python, LabVIEW, atau Smalltalk) dengan pernyataan tambahan untuk mengontrol peralatan ATE melalui antarmuka pemrograman aplikasi (API) standar dan berpemilik. Juga ada beberapa bahasa komputer khusus, seperti Bahasa Uji Singkat untuk Semua Sistem (ATLAS). Alat uji otomatis juga dapat diotomatisasi menggunakan mesin eksekusi uji seperti TestStand NI.
Terkadang pembuatan pola pengujian otomatis digunakan untuk membantu merancang rangkaian pengujian.
Data uji (STDF)
Banyak platform ATE yang digunakan dalam data output industri semikonduktor menggunakan Standard Test Data Format (STDF)
Diagnostik
Diagnostik alat uji otomatis adalah bagian dari tes ATE yang menentukan komponen yang rusak. Tes ATE melakukan dua fungsi dasar. Yang pertama adalah menguji apakah Perangkat yang Diuji berfungsi dengan benar atau tidak. Yang kedua adalah ketika DUT tidak berfungsi dengan benar, untuk mendiagnosis penyebabnya. Bagian diagnostik dapat menjadi bagian tes yang paling sulit dan mahal. Biasanya ATE mengurangi kegagalan pada kluster atau kelompok komponen yang ambigu. Salah satu metode untuk membantu mengurangi kelompok ambiguitas ini adalah penambahan pengujian analisis tanda tangan analog ke sistem ATE. Diagnostik sering dibantu dengan penggunaan pengujian probe terbang.
Pergantian peralatan uji
Penambahan sistem peralihan kecepatan tinggi ke konfigurasi sistem pengujian memungkinkan pengujian beberapa perangkat yang lebih cepat dan hemat biaya, dan dirancang untuk mengurangi kesalahan pengujian dan biaya. Merancang konfigurasi switching sistem pengujian memerlukan pemahaman tentang sinyal yang akan dialihkan dan pengujian yang akan dilakukan, serta faktor bentuk perangkat keras switching yang tersedia.
Platform peralatan uji
Beberapa platform instrumentasi elektronik modular saat ini umum digunakan untuk mengonfigurasi sistem pengujian dan pengukuran elektronik otomatis. Sistem ini banyak digunakan untuk inspeksi masuk, jaminan kualitas, dan pengujian produksi perangkat elektronik dan subassemblies. Antarmuka komunikasi standar industri menghubungkan sumber sinyal dengan instrumen pengukuran dalam sistem berbasis “rack-and-stack” atau sasis/mainframe, seringkali di bawah kendali aplikasi perangkat lunak khusus yang dijalankan pada PC eksternal.
GPIB/IEEE-488
General Purpose Interface Bus (GPIB) adalah antarmuka paralel standar IEEE-488 (standar yang dibuat oleh Institute of Electrical and Electronics Engineers) yang digunakan untuk memasang sensor dan instrumen yang dapat diprogram ke komputer. GPIB adalah antarmuka komunikasi paralel 8-bit digital yang mampu mencapai transfer data lebih dari 8 Mbytes/s. Memungkinkan daisy-chain hingga 14 instrumen ke pengontrol sistem menggunakan konektor 24-pin. Ini adalah salah satu antarmuka I/O paling umum yang ada dalam instrumen dan dirancang khusus untuk aplikasi kontrol instrumen. Spesifikasi IEEE-488 membakukan bus ini dan menentukan spesifikasi kelistrikan, mekanik, dan fungsionalnya, sementara juga menentukan aturan komunikasi perangkat lunak dasarnya. GPIB berfungsi paling baik untuk aplikasi dalam pengaturan industri yang memerlukan koneksi kasar untuk kontrol instrumen.
Standar GPIB asli dikembangkan pada akhir 1960-an oleh Hewlett-Packard untuk menghubungkan dan mengontrol instrumen yang dapat diprogram yang diproduksi perusahaan. Pengenalan pengontrol digital dan alat uji yang dapat diprogram menciptakan kebutuhan akan antarmuka standar berkecepatan tinggi untuk komunikasi antara instrumen dan pengontrol dari berbagai vendor. Pada tahun 1975, IEEE menerbitkan ANSI/IEEE Standard 488-1975, IEEE Standard Digital Interface for Programmable Instrumentation, yang berisi spesifikasi kelistrikan, mekanik, dan fungsional dari sistem interfacing. Standar ini kemudian direvisi pada tahun 1978 (IEEE-488.1) dan 1990 (IEEE-488.2). Spesifikasi IEEE 488.2 mencakup Standard Commands for Programmable Instrumentation (SCPI), yang menentukan perintah khusus yang harus dipatuhi oleh setiap kelas instrumen. SCPI memastikan kompatibilitas dan konfigurasi di antara instrumen ini.
Bus IEEE-488 telah lama populer karena mudah digunakan dan memanfaatkan banyak pilihan instrumen dan rangsangan yang dapat diprogram. Sistem besar, bagaimanapun, memiliki keterbatasan berikut:
- Kapasitas fanout driver membatasi sistem hingga 14 perangkat plus pengontrol.
- Panjang kabel membatasi jarak perangkat pengontrol hingga dua meter per perangkat atau total 20 meter, mana yang lebih kecil. Ini menimbulkan masalah transmisi pada sistem yang tersebar di ruangan atau pada sistem yang memerlukan pengukuran jarak jauh.
- Alamat primer membatasi sistem hingga 30 perangkat dengan alamat primer. Instrumen modern jarang menggunakan alamat sekunder sehingga membatasi ukuran sistem menjadi 30 perangkat
Ekstensi LAN untuk Instrumentasi (LXI)
Standar LXI mendefinisikan protokol komunikasi untuk sistem instrumentasi dan akuisisi data menggunakan Ethernet. Sistem ini didasarkan pada instrumen modular kecil, menggunakan LAN (Ethernet) standar terbuka berbiaya rendah. Instrumen yang sesuai dengan LXI menawarkan keunggulan ukuran dan integrasi dari instrumen modular tanpa kendala biaya dan faktor bentuk dari arsitektur sangkar kartu. Melalui penggunaan komunikasi Ethernet, Standar LXI memungkinkan pengemasan yang fleksibel, I/O berkecepatan tinggi, dan penggunaan standar konektivitas LAN dalam berbagai aplikasi komersial, industri, kedirgantaraan, dan militer. Setiap instrumen yang sesuai dengan LXI menyertakan driver Interchangeable Virtual Instrument (IVI) untuk menyederhanakan komunikasi dengan instrumen non-LXI, sehingga perangkat yang sesuai dengan LXI dapat berkomunikasi dengan perangkat yang tidak sesuai dengan LXI (yaitu, instrumen yang menggunakan GPIB, VXI, PXI, dll.). Ini menyederhanakan pembuatan dan pengoperasian konfigurasi instrumen hybrid.
Instrumen LXI terkadang menggunakan skrip menggunakan prosesor skrip uji tersemat untuk mengonfigurasi aplikasi pengujian dan pengukuran. Instrumen berbasis skrip memberikan fleksibilitas arsitektural, peningkatan kinerja, dan biaya lebih rendah untuk banyak aplikasi. Pembuatan skrip meningkatkan manfaat instrumen LXI, dan LXI menawarkan fitur yang mengaktifkan dan menyempurnakan pembuatan skrip. Meskipun standar LXI saat ini untuk instrumentasi tidak mengharuskan instrumen dapat diprogram atau mengimplementasikan scripting, beberapa fitur dalam spesifikasi LXI mengantisipasi instrumen yang dapat diprogram dan menyediakan fungsionalitas berguna yang meningkatkan kemampuan scripting pada instrumen yang sesuai dengan LXI.
Ekstensi VME untuk Instrumentasi (VXI)
Arsitektur bus VXI adalah platform standar terbuka untuk pengujian otomatis berdasarkan VMEbus. Diperkenalkan pada tahun 1987, VXI menggunakan semua faktor bentuk Eurocard dan menambahkan jalur pemicu, bus lokal, dan fungsi lain yang cocok untuk aplikasi pengukuran. Sistem VXI didasarkan pada mainframe atau sasis dengan hingga 13 slot di mana berbagai modul instrumen VXI dapat dipasang. Sasis juga menyediakan semua kebutuhan catu daya dan pendinginan untuk sasis dan instrumen yang ada di dalamnya. Modul bus VXI biasanya memiliki tinggi 6U.
Ekstensi PCI untuk Instrumentasi (PXI)
PXI adalah bus periferal khusus untuk akuisisi data dan sistem kontrol real-time. Diperkenalkan pada tahun 1997, PXI menggunakan faktor bentuk CompactPCI 3U dan 6U dan menambahkan jalur pemicu, bus lokal, dan fungsi lain yang sesuai untuk aplikasi pengukuran. Spesifikasi perangkat keras dan perangkat lunak PXI dikembangkan dan dikelola oleh Aliansi Sistem PXI. Lebih dari 50 produsen di seluruh dunia memproduksi perangkat keras PXI.
Bus Seri Universal (USB)
USB menghubungkan perangkat periferal, seperti keyboard dan mouse, ke PC. USB adalah bus Plug and Play yang dapat menangani hingga 127 perangkat pada satu port, dan memiliki throughput maksimum teoretis 480 Mbit/s (USB berkecepatan tinggi ditentukan oleh spesifikasi USB 2.0). Karena port USB adalah fitur standar PC, ini adalah evolusi alami dari teknologi port serial konvensional. Namun, ini tidak banyak digunakan dalam membangun sistem pengujian dan pengukuran industri karena sejumlah alasan; misalnya, kabel USB bukan kelas industri, sensitif terhadap kebisingan, dapat terlepas secara tidak sengaja, dan jarak maksimum antara pengontrol dan perangkat adalah 30 m. Seperti RS-232, USB berguna untuk aplikasi di lingkungan laboratorium yang tidak memerlukan koneksi bus yang kokoh.
RS-232
RS-232 adalah spesifikasi untuk komunikasi serial yang populer dalam instrumen analitik dan ilmiah, juga untuk mengontrol periferal seperti printer. Tidak seperti GPIB, dengan antarmuka RS-232, dimungkinkan untuk menghubungkan dan mengontrol hanya satu perangkat dalam satu waktu. RS-232 juga merupakan antarmuka yang relatif lambat dengan kecepatan data tipikal kurang dari 20 kbytes/s. RS-232 paling cocok untuk aplikasi laboratorium yang kompatibel dengan koneksi yang lebih lambat dan tidak terlalu kasar. Ini bekerja pada pasokan ± 24 Volt
JTAG/Boundary-scan IEEE Std 1149.1
JTAG/Boundary-scan dapat diimplementasikan sebagai bus antarmuka level PCB atau level sistem untuk tujuan mengontrol pin IC dan memfasilitasi tes kontinuitas (interkoneksi) pada target tes (UUT) dan juga tes klaster fungsional pada logika perangkat atau kelompok perangkat. Itu juga dapat digunakan sebagai antarmuka pengontrol untuk instrumentasi lain yang dapat disematkan ke dalam IC itu sendiri (lihat IEEE 1687) atau instrumen yang merupakan bagian dari sistem pengujian eksternal yang dapat dikontrol.
Uji pemroses skrip dan bus perluasan saluran
Salah satu platform sistem pengujian yang paling baru dikembangkan menggunakan instrumentasi yang dilengkapi dengan prosesor skrip pengujian onboard yang dikombinasikan dengan bus berkecepatan tinggi. Dalam pendekatan ini, satu instrumen “master” menjalankan skrip pengujian (program kecil) yang mengontrol pengoperasian berbagai instrumen “budak” dalam sistem pengujian, yang dihubungkan melalui sinkronisasi pemicu berbasis LAN berkecepatan tinggi dan bus komunikasi antar unit. Scripting adalah menulis program dalam bahasa scripting untuk mengoordinasikan urutan tindakan.
Pendekatan ini dioptimalkan untuk transfer pesan kecil yang merupakan karakteristik aplikasi pengujian dan pengukuran. Dengan overhead jaringan yang sangat kecil dan kecepatan data 100Mbit/detik, ini jauh lebih cepat daripada GPIB dan 100BaseT Ethernet dalam aplikasi nyata.
Keuntungan dari platform ini adalah bahwa semua instrumen yang terhubung berperilaku sebagai satu sistem multi-saluran yang terintegrasi dengan erat, sehingga pengguna dapat menskalakan sistem pengujian mereka agar sesuai dengan jumlah saluran yang diperlukan dengan biaya yang efektif. Sistem yang dikonfigurasikan pada jenis platform ini dapat berdiri sendiri sebagai solusi pengukuran dan otomasi yang lengkap, dengan unit induk yang mengontrol sourcing, pengukuran, keputusan lulus/gagal, kontrol aliran urutan pengujian, binning, dan penangan komponen atau probe. Dukungan untuk jalur pemicu khusus berarti bahwa operasi sinkron antara beberapa instrumen yang dilengkapi dengan Prosesor Skrip Tes onboard yang dihubungkan oleh bus berkecepatan tinggi ini dapat dicapai tanpa memerlukan koneksi pemicu tambahan
