基于LabVIEW的高速加載板自動校準技術(shù)研究?

孫崇鈞 張明虎

（武漢數(shù)字工程研究所 武漢 430205）

1 引言

加載板是集成電路測試系統(tǒng)測試通道口彈簧針與被測集成電路引腳之間的連接電路，通常是以絕緣板為基材，切成一定尺寸，附有設(shè)計好的導(dǎo)電圖形，實現(xiàn)集成電路輸入/輸出端口與被測集成電路的輸入/輸出引腳之間的互連。圖1是集成電路測試系統(tǒng)工作時高速數(shù)字信號的傳輸路徑示意圖，高速數(shù)字信號從高速信號驅(qū)動/比較模塊發(fā)出后，通過測試通道口彈簧針（Pogo Pin）到達高速加載板，在高速加載板上傳輸后到達被測集成電路引腳（DUT I/O）。

目前，隨著集成電路的數(shù)據(jù)速率越來越高，集成電路測試系統(tǒng)可提供的測試速率能力也越來越高，對加載板傳輸性能的要求也越來越高，當傳輸速率高于200Mbps或者信號上升時間小于1ns時，加載板的性能對測試信號的信號完整性產(chǎn)生較大的影響，需要定期對加載板進行校準。

圖1 集成電路測試系統(tǒng)工作時高速數(shù)字信號的傳輸路徑示意圖

2 高速加載板校準方法

由于集成電路測試系統(tǒng)加載板大多數(shù)是以送檢方式進行校準的，一般采用基于外部儀表的校準方法，該方法無需集成電路測試系統(tǒng)，解決了在沒有配套集成電路測試系統(tǒng)時的加載板校準，更適合于日常的校準服務(wù)，增強了加載板校準方法的使用靈活度，擴大了加載板校準技術(shù)的應(yīng)用范圍。如圖2所示，使用示波器、誤碼儀等外部儀表，在加載板與測試通道口彈簧針（Pogo Pin）的連接處（Pogo Via）發(fā)送高速數(shù)字信號，在加載板與集成電路的接口處采集信號，通過對比信號的參數(shù)（傳輸速率、幅值衰減、誤碼率以及上升時間等）的變化情況來實現(xiàn)高速加載板的校準［4～6］。

圖2 高速加載板校準方法示意圖

3 高速加載板校準軟件設(shè)計

高速加載板校準軟件作用是將校準過程中儀表控制、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集和處理、報表生成等功能進行整合，以實現(xiàn)集成電路測試系統(tǒng)加載板校準裝置對被校加載板每個通道、所有參數(shù)的校準，并能夠?qū)崿F(xiàn)較好的用戶交互性、系統(tǒng)模塊化及擴展性。校準軟件屬于過程檢測、控制類軟件，所以采用LabVIEW的事件結(jié)構(gòu)對校準軟件進行有效的規(guī)劃，增加可讀性并且便于修改，有效提高了軟件運行效率［7～10］。

3.1 校準流程設(shè)計

校準軟件的工作流程（如圖3所示）如下：

1）使用LabVIEW自動化測試工具Measurement&Automation來搜索與計算機連接的儀器，獲取儀器IP地址；

2）控制加載板焊盤上的探針切換到被校通道N；

3）系統(tǒng)初始化，根據(jù)需要選擇工作模式，校準軟件的操作面板使用Tab控件作為容器，在對應(yīng)的操作面板上的“參數(shù)配置”進行設(shè)置；

4）向儀器發(fā)送開始校準的指令；

5）等待完成加載板所有通道和所有參數(shù)的校準，讀取校準結(jié)果；

6）對此結(jié)果進行處理，并將結(jié)果保存至對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫文件中；

7）操作結(jié)束，等待用戶新的指令，并重復(fù)上述操作。

高速加載板校準軟件實現(xiàn)了整個校準流程的全自動化，以高速加載板誤碼率校準為例，誤碼儀會根據(jù)其上一次檢測時的配置情況對碼型發(fā)生器輸出的碼流進行采集，當當前碼流的幅值、頻率或碼長與上一次不一致時，誤碼檢測單元會檢測不到碼流，會產(chǎn)生同步丟失錯誤（sync loss），校準過程就無法正常運行，如果手動進行這一過程，將嚴重影響校準效率，校準軟件的價值也會大打折扣。針對碼流同步丟失的問題，校準軟件在“初始化及校準參數(shù)配置”步驟中加入控制語句實現(xiàn)自動同步配置。

1）發(fā)送指令“：SYSTem：CFUNction：ASEarch”，切換到auto search模式；

2）發(fā) 送 指 令“：SENSe：MEASure：ASEarch：SELSlot 4”，選擇需要進行auto search的模塊ED；

3）發(fā) 送 指 令“：SENSe：MEASure：ASEarch：STARt”；

4）等待大概3s后完成auto search操作；

5）發(fā)送指令“：SYSTem：CFUNction OFF”，auto search結(jié)束。

圖3 校準軟件工作流程

3.2 校準軟件模塊化設(shè)計

本文將高速加載板校準軟件分為參數(shù)校準模塊、配置管理模塊、通信控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)庫操作模塊、報表生成模塊6個獨立的子vi程序，將各個模塊的主要結(jié)構(gòu)和流程描述出來，并定義和調(diào)試好各模塊框架之間的輸入、輸出關(guān)系。校準軟件的模塊化可以大大減少軟件設(shè)計開發(fā)的工作量，是提高開發(fā)效率的有效途徑，也降低了后期調(diào)試和維護的成本；模塊化的設(shè)計也能夠動態(tài)調(diào)整、刪除、新增校準儀表、校準項、人機交互形式等內(nèi)容而不影響校準軟件的整體構(gòu)架。

以參數(shù)校準模塊為例，其程序流程如圖4所示，首先從不同的參數(shù)配置文件中讀取配置值，然后向指定的儀器發(fā)送命令對儀器進行配置，然后從儀器中獲取命令執(zhí)行后的返回值，最后通過對校準數(shù)據(jù)的處理得出校準結(jié)果，結(jié)果顯示在軟件前面板，同時保存到記錄文件中。

圖4 參數(shù)校準模塊流程

由于校準儀器品牌各異、控制方式不一致帶來的控制信號接入、數(shù)據(jù)傳輸、校準結(jié)果整合等難題，在校準軟件設(shè)計中通過制定統(tǒng)一的設(shè)備接口規(guī)范來完成設(shè)備句柄、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及驅(qū)動參數(shù)的統(tǒng)一，接口規(guī)范的設(shè)計分為配置參數(shù)組織形式和配置參數(shù)訪問方法。

1）接口規(guī)范配置參數(shù)組織形式使用由“名值對”組成的配置文件來存儲。配置文件可以與數(shù)據(jù)庫中文件互相轉(zhuǎn)換。“名值對”格式如下：

channel=ch1

mode=auto

timeout=5s

…

2）接口規(guī)范配置參數(shù)訪問方法使用“LAN接口數(shù)據(jù)讀/寫”對配置參數(shù)進行訪問，針對一次讀取或修改多個配置項的情景，設(shè)計了“讀配置文件.vi”和“寫配置文件.vi”來處理對配置文件進行讀寫操作。以讀配置文件為例，其子vi流程圖如圖5所示。程序根據(jù)傳入的配置文件路徑打開配置文件，然后根據(jù)要讀取的配置項的個數(shù)循環(huán)讀取各配置值，最后將讀取的結(jié)果輸出到輸出簇并關(guān)閉配置文件。

讀配置文件.vi的輸入、輸出參數(shù)如表1所示。

圖5 讀配置文件子.vi輸入輸出接口

表1 讀配置文件.vi輸入、輸出參數(shù)

3.3 校準軟件容錯性設(shè)計

在校準軟件設(shè)計中采取預(yù)防措施，保證在校準軟件運行過程中即使出現(xiàn)錯誤，也可以盡量避免、降低錯誤帶來的傷害，不影響校準繼續(xù)執(zhí)行。具體措施包括：遇到不可預(yù)期錯誤時，后續(xù)程序停止執(zhí)行；遇到可預(yù)期錯誤時，針對此錯誤進行預(yù)定的處理，采取錯誤處理機制，比如顯示錯誤提示信息等。

4 結(jié)語

本文介紹了基于LabVIEW的高速加載板自動校準方法和具體實施方案，校準軟件采用Lab-VIEW圖形化編程語言編制，對校準儀表的控制命令以及數(shù)據(jù)的傳輸均通過以太網(wǎng)（TCP/IP協(xié)議）實現(xiàn)，通過全自動的校準流程、模塊化的設(shè)計以及容錯性設(shè)計實現(xiàn)了不同硬件設(shè)備的自動適配，最大程度解決校準儀表品牌各異、控制方式不一致的帶來的控制信號接入、數(shù)據(jù)傳輸、校準結(jié)果整合等問題，最大程度減少了校準軟件擴展的復(fù)雜度，提高校準軟件的適應(yīng)性。