Einstieg in die Mixed-Signal-Welt

Hans Jürgen Wimberger, Advantest, München

Für den Test unterschiedlicher Halbleitertypen müssen die Hersteller in der Regel verschiedene auf den jeweiligen Anwendungsbereich spezialisierte Lösungen, wie beispielsweise Memory-, Mixed-Signal-, Logik- oder HF-Tester, einsetzen. Derartige Testsysteme ermöglichen zwar eine Optimierung der Testkosten, lassen sich aber kaum für den Test von anderen Bauteiltypen nutzen. Auch eine Umrüstung oder Erweiterung der Tester ist meist nur sehr eingeschränkt möglich, so dass oft für neue Produktgenerationen auch neue Tester beschafft werden müssen. Problematisch sind auch SoC-Bauteile (System on Chip), die von Haus aus eine Reihe völlig unterschiedlicher Funktionalitäten, wie Prozessor, Speicher, Logik und analoge Schaltungen, teilweise sogar HF-Anteile in einem einzigen Chip kombinieren. Ein SoC-Tester muss dementsprechend über geeignete Backplanes und Einschubrahmen oder über ausreichend viele Steckplätze für die verschiedenen analogen, digitalen und HF-Testmodule verfügen, was hohe Grundkosten zur Folge hat. Kostenoptimierte SoC-Testlösungen lassen sich so kaum realisieren. Genau hier setzt die offene Architektur namens Openstar des Semiconductor Test Consortium (STC) an.

Neue Testsysteme wie auch die Openstar-Architektur verzichten daher auf eine Backplane, stattdessen werden die Module mit Kabeln untereinander verbunden. Jedes Test Instrument Module (TIM) bietet selbstständige Testmöglichkeiten und kann in fast jeden Steckplatz eingesetzt werden. Sowohl die Hardware- als auch die Software-Architektur sind modular aufgebaut, so dass sich auch Software-Module problemlos hinzufügen lassen, was zu hoher Flexibilität und zu einer zeitlosen Testplattform mit langer Nutzungsdauer führt. Da die Openstar-Spezifikation offen gelegt ist, können die Anwender derartige Soft- und Hardwaremodule auch auf dem freien Markt beschaffen und sind nicht an einen bestimmten Hersteller gebunden. Die reibungslose Zusammenarbeit der Komponenten wird durch die Konformität der einzelnen Komponenten zum Openstar-Standard sichergestellt und durch das STC überwacht.

Mit der T2000 hat Advantest den ersten auf dem Markt verfügbaren Tester auf der Basis des Openstar-Standards vorgestellt. Von Advantest sind hierfür schnelle digitale Testmodule für 125 MHz und 250 MHz, verschiedene Bauteilstromversorgungen sowie ein digitales 6,5-GHz-Modul für den Test schneller serieller Schnittstellen verfügbar. Besonders für den Test von SoC-Bauteilen sind neben digitalen Funktionen aber auch unterschiedlichste Analog-, HF- und Mixed-Signal-Funktionen erforderlich. Da die Openstar-Architektur noch ein relativ neuer Standard ist, war das Angebot für analoge und Mixed-Signal-Karten bislang sehr eingeschränkt. Dies hat sich nun aber geändert.

Der amerikanische Spezialist für Mixed-Signal-Instrumente Apria Technology (www.apriatech.com), bisher unter dem Namen Port Orford bekannt, hat auf der Semicon West im Juli dieses Jahres zwei neue Analogmodule für Openstar-konforme Systeme vorgestellt (Bild 2). Die beiden Module, der AWG (Arbitrary Waveform Generator) OG1000A und der Digitizer OD800A eignen sich speziell für Basisband-Produkte wie Gigabit Ethernet, DVD-, digitale TV-, IQ- und UWB-Anwendungen (Ultra Wide Band) und sind ab sofort verfügbar. Der AWG OG1000A beinhaltet vier unabhängige AWG-Kanäle mit maximal 1,0 GS/s, einer Auflösung von 16 Bit und einer Bandbreite von bis zu 500 MHz. Der vierkanalige Digitizer OD800A arbeitet mit einer Abtastrate von bis zu 800 MS/s und bietet eine Auflösung von maximal 16 Bit bei einer Bandbreite von bis zu 1,5 GHz. Beide Instrumente werden über den optischen Openstar-Bus angesteuert und sind auch zum Advantest Analog Framework kompatibel, wodurch sie im T2000 System sehr einfach grafisch programmiert werden können. Darüber hinaus sind auch umfassende Trigger-, Synchronisations-, Diagnose- und Kalibrierfunktionen enthalten.

Während sich Apria Technology mit den neuen Instrumenten eher auf High-End-Anwendungen konzentriert, beschreitet Advantest einen anderen Weg. Anstatt spezieller Analogmodule hat Advantest eine PXI-Carrier-Karte entwickelt, mit der sich bis zu sechs PXI-Instrumente in die T2000-Systeme integrieren lassen (Bild 3). Der PXI-Standard ist bereits weit verbreitet und so bieten etwa 70 verschiedene Unternehmen mehr als 850 Kartentypen am Markt an, wodurch für fast jede Messaufgabe eine passende Karte zu finden sein dürfte. Gegenüber einer Integration eines kompletten PXI-Racks in den Tester bietet die Carrier-Karte eine Reihe von Vorteilen. So lassen sich die PXI-Karten mittels des PXI-Carriers direkt in den Testhead integrieren, wogegen das PXI-Rack im Mainframe untergebracht werden müsste und somit große Leitungslängen zur Folge hätte. Zudem wurden beim PXI-Standard zwei für Testsysteme wichtige Aspekte nicht berücksichtigt: es gibt keine einheitliche Schnittstelle zum Testobjekt und kein Konzept für eine Systemkalibrierung. Beide Problempunkte wurden beim PXI-Carrier gelöst, so dass damit ATE-taugliche Lösungen verwirklicht werden können.

Durch das große Spektrum unterschiedlichster PXI-Karten lassen sich somit kundenspezifische Testlösungen innerhalb kürzester Zeit und mit niedrigen Kosten realisieren. Dass das Ganze auch funktioniert, zeigte das Unternehmen im Juli auf der Semicon West am Beispiel eines Dual Band Wireless LAN Transceiver ICs. Das dort ausgestellte T2000-System enthielt zwei PXI-Carrier-Karten mit 3-GHz-HF-Modulen (jeweils mit Quelle und Receiver) von Aeroflex sowie je einen 200 MS/s-16-Bit-AWG und einen 200 MS/s-12-Bit-Digitizer von National Instruments. Die Ansteuerung der Karten sowie die Auswertung der Tests erfolgte bei dieser Vorführung mit der LabView-Software von National Instruments.

Durch diese neuen Analog- und Mixed-Signal-Lösungen hat die Openstar-basierende Testplattform den Sprung von einer eher digitalen Lösung zu einer echten Mixed-Signal-Anwendungen geschafft. Während die Karten von Apria Technology mehr im High-End-Bereich angesiedelt sind, ermöglicht die PXI-Carrier-Karte eine schnelle Realisierung kostengünstiger Lösungen in einem breiten Anwendungsbereich. Die Openstar-Plattform stellt damit eine echte zukunftssichere Alternative zu den ansonsten auf dem Markt verfügbaren teuren SoC-Testsystemen dar.

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