原创 利用PXI、LXI、TSPTM和GPIB混合系统分布式编程和并行执行技术缩短测试时间（三）

二极管混合测试系统的实例

为了说明模块化、分布式编程以及并行测试执行技术的优势，我们构建了一个混合测试系统（如图4所示），用于测试红外发光二极管的I-V特性和发光特征。

待测器件

在这个测试实例中，我们使用了Vishay的TSHF5210型T-13/4高速红外发光二极管。在这个器件中，100mA电流下20ms的正向电流脉冲将会产生1.5V的正向电压，最高可达1.8V。为了测试信号传输情况，我们采用了与之配套的Vishay BPV23NF(L)红外光电二极管。

光电二极管脉冲响应测试

在测试DUT的发光特征时，我们将发光二极管安装在一个测试夹具上，选用能够在正确的频率范围内进行响应的光电二极管。实验中采用了一个快速电流源为发光二极管提供长度为10us大小为10mA的脉冲电流。对于在脉冲起始点进行触发的大小为10ms的测试窗口，我们监测光电二极管的电流响应情况。为了通过测试，光电二极管必须记录大于100uA的峰值电流。

I-V特征测试

我们通过测试器件的正向电压、反向电压和漏电流，来测试它的I-V特征。

测试子系统的需求

光电二极管脉冲响应测试子系统需要多个极具挑战的功能：快速电流源、快速低电流测量和紧密触发功能。我们选择吉时利仪器公司的6221型AC/DC电流源提供所需的电流脉冲。该仪器还能够在脉冲的起始点触发测量设备。本实验中所需的电流测量速度对于传统的皮可安培计来说太快了，因此我们选择吉时利428型电流放大器，将光电二极管的低电流输出信号转换为较大的同比例电压信号。我们将该电流放大器与吉时利KPXI-AI-2-65M型数字转换器相连，选择该数字转换器的原因是由于它采样发光二极管正向电压和电流放大器输出信号的速度足够快，能够满足我们实验的需要。它还可以通过编程，接收6221电流源的触发信号，启动信号采样。这个实验所需的电流测量灵敏度、脉冲速度和数字转换带宽要求我们必须为这个应用开发一套混合测试子系统。之所以选择一台PXI数字转换器而不是一个单独的示波器，是因为它还具有通过嵌入式VIA控制器实现子系统编程控制的优势。

对于I-V特征测试子系统，我们认为该应用需要采用一个SMU来实现所有的源与测量功能。为了缩短测试时间，我们选择了吉时利2601型系统数字源表，利用这台支持TSP功能的仪器执行所有的I-V特征测试工作，并向系统控制器报告pass/fail信号。
由于我们从主控制器上去掉了编程功能，所以可以使用PXI控制器执行光电二极管脉冲响应测试子系统的程序（通过以太网控制6221电流源和PXI总线上的数字转换器），同时也将PXI控制器用作总体系统控制器，以节省测试机架内的空间。我们还在PXI机架上增加了一个数字I/O模块，用于触发SMU测试并采集SMU的pass/fail读数；并增加一个PXI-GPIB接口，用于在系统重启的时候预加载TSP代码。

 
图4. PXI混合系统二极管测试范例的配置

在选定测试子系统所需的各个仪器以及总的系统控制方案之后，我们分析了该测试系统的最佳定时模型。每完成一次该测试需要30～50ms。在这个例子中，测试时间是我们最关心的指标，因此我们采用每次测试两个器件和并行测试的方法。为了优化测试过程，我们通过配置SMU子系统来触发6221启动脉冲测试。这使我们能够在不需要软件干预的前提下并行启动测试过程。在这个系统设计中采用分布式编程技术所带来的灵活性也是至关重要的。如果在这个设计中将实现最低的设备成本作为主要目标，那么我们只能每次测试一个器件，并且要顺序执行测试过程——我们需要改动的唯一之处就是TSP子系统中SMU触发器的位置。在并行测试方案下，应该在开始I-V特征测试的时候触发6221；在顺序测试的方案下，应该在特征测试完成之后再触发6221。

结束语

为了说明开发混合测试系统的好处，我们在两种不同的配置结构下，对上述实例应用中的I-V特征测试与脉冲响应子系统测试进行了时间统计。首先，我们不使用分布式测试方法（配置1），直接从PXI控制器执行所有的测试。然后，我们并行执行经过优化的测试（配置2）。时间统计结果如表1所示。

表1.

良好的系统设计能够提供优化测试平台满足应用变化需求所需的灵活性。对于很多应用来说，分布式编程和并行执行是能够大大缩短测试时间降低开发成本的系统设计技术。将这种模块化的系统开发策略与合适的测试仪器结合起来，能够构建出速度快成本低的生产测试系统。