物聯(lián)網(wǎng)熱潮驅(qū)使半導(dǎo)體測(cè)試選擇新方向

　　眾所周知，在傳感、無(wú)線、MCU和云服務(wù)等多項(xiàng)技術(shù)發(fā)展起來(lái)之后，醞釀了數(shù)十年的“物聯(lián)網(wǎng)”概念正式爆發(fā)。這個(gè)旨在連接所有可連接設(shè)備的所孕育出的萬(wàn)億市場(chǎng)吸引了眾多上游芯片廠商、方案設(shè)計(jì)商、模塊商和終端廠商的參與。在他們的合力下，就孵化出了包括可穿戴設(shè)備、智慧家庭、智慧交通、智慧工廠、智慧能源與智慧城市在內(nèi)的多種應(yīng)用領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)。

　　特別是日前NB-IoT（窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)協(xié)議獲得了國(guó)際組織3GPP通過(guò)，標(biāo)準(zhǔn)化工作的完成，意味著NB-IOT將進(jìn)入規(guī)模商用階段，有望對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。有分析人士則預(yù)測(cè)國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)有望2017年實(shí)現(xiàn)商用，正式落地的步伐漸近。

　　有數(shù)據(jù)顯示我國(guó)2015年物聯(lián)網(wǎng)整體市場(chǎng)規(guī)模達(dá)7500億元，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年行業(yè)年均增速將達(dá)30%左右，2018年行業(yè)規(guī)模有望超過(guò)1.5萬(wàn)億元。如此巨大的市場(chǎng)前景吸引了包括半導(dǎo)體芯片原廠在內(nèi)的眾多廠商參與，物聯(lián)網(wǎng)作為半導(dǎo)體業(yè)界的“下一件大事”，撬動(dòng)的是萬(wàn)億市場(chǎng)，但整個(gè)市場(chǎng)無(wú)論從上游的設(shè)計(jì)、參與者到下游的制造、生產(chǎn)，較之以往的硬件產(chǎn)品，都需要更多的支持，特別是在測(cè)試方面。

　　為什么這樣說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的產(chǎn)品更新越加迅速，不僅僅要求更高質(zhì)量的產(chǎn)品，還要求能夠迅速滿足市場(chǎng)的需求變化。而在中國(guó)市場(chǎng)，在創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)下，眾多的創(chuàng)客與創(chuàng)新公司涌現(xiàn)，量小、更新快、集成功能多、融合更多的新技術(shù)是非常明顯的趨勢(shì)。傳統(tǒng)的測(cè)試儀器已經(jīng)不能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的測(cè)試需求，相比傳統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)，PXI儀器能提供更多優(yōu)勢(shì)：更高的測(cè)量品質(zhì)、低延遲&高吞吐率、軟件自定義功能、集成定時(shí)和同步、高性能處理能力、更小的尺寸/重量/功耗、完整的模塊化儀器、更低的成本。而且NI提供的模塊化SMU能夠更靈活的應(yīng)對(duì)各不同行業(yè)的特殊測(cè)試需求，使得用戶可以按照自己的想法來(lái)控制測(cè)試系統(tǒng)，利用其靈活性來(lái)完成測(cè)量工作。

　　開啟未來(lái)測(cè)試之門 滿足用戶需求

　　我們都知道，源測(cè)量單元（SMU）對(duì)測(cè)試工程師和設(shè)計(jì)工程師而言非常重要，無(wú)論是進(jìn)行金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電流-電壓特性分析還是高亮度LED的性能分析均必不可缺。幾十年前，SMU便開始在半導(dǎo)體行業(yè)嶄露頭角，如今它已發(fā)展成熟，可服務(wù)于更廣泛的應(yīng)用范圍，成為當(dāng)下許多自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的核心組件。模塊化SMU能夠執(zhí)行與傳統(tǒng)儀器相同甚至更好的測(cè)量，同時(shí)提供了一個(gè)平臺(tái)來(lái)支持具有測(cè)量和通道功能的現(xiàn)代技術(shù)，以滿足不斷變化的需求。

　　在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，隨著各種應(yīng)用需求的發(fā)展，對(duì)SMU性能的要求也在逐步增加。例如，為了捕獲設(shè)備的詳細(xì)瞬態(tài)特性，許多測(cè)試工程師亟需的是SMU提供該功能而不是外部示波器的功能。這凸顯了新一代SMU和傳統(tǒng)方法之間的性能差異。越來(lái)越多新的測(cè)試系統(tǒng)采用具有更高速、更高通道密度的模塊化SMU，這不僅能滿足測(cè)試工程師的測(cè)量性能需求，也可滿足設(shè)備主管最大程度減小測(cè)試系統(tǒng)占地空間的需求。

　　而且測(cè)試工程師需要選擇使用最新SMU技術(shù)測(cè)試各種真實(shí)的DUT，同時(shí)確保DUT的安全，這一點(diǎn)非常重要。大多數(shù)測(cè)試工程師都習(xí)慣依賴一個(gè)SMU來(lái)提供精確的供電和測(cè)量功能—通常適用于DC測(cè)量—同時(shí)也依賴其他儀器，如示波器來(lái)捕獲波形或任意波形發(fā)生器來(lái)生成波形。事實(shí)是大多數(shù)測(cè)試需求不僅包括直流電源，也需要更高的頻率。而選用最新模塊化SMU能夠提供所有功能，既可節(jié)省測(cè)試成本，又可簡(jiǎn)化測(cè)試。

　　最新的NI模塊化SMU采用稱為NI SourceAdapt 技術(shù)的數(shù)字控制循環(huán)技術(shù)來(lái)取代傳統(tǒng)模擬控制循環(huán)。該技術(shù)使得測(cè)試工程師能夠針對(duì)給定負(fù)載自定義調(diào)整SMU響應(yīng)，進(jìn)而從根本上解決電容或電感負(fù)載造成的問(wèn)題。由于該技術(shù)的控制循環(huán)采用數(shù)字方式，因而可讓您通過(guò)編程來(lái)控制關(guān)鍵的控制循環(huán)參數(shù)，這反過(guò)來(lái)使測(cè)試工程師可以針對(duì)特定負(fù)載調(diào)整SMU輸出。

　　同時(shí)，在物聯(lián)網(wǎng)浪潮的推動(dòng)下，用戶新的測(cè)試需求對(duì)于模塊化SUM而言，成本限制、性能和未來(lái)可擴(kuò)展性都是需要衡量的因素。在NI看來(lái)，一個(gè)智能的測(cè)試系統(tǒng)，不僅僅是固定測(cè)試功能的儀器而已，同時(shí)它也是為了自動(dòng)化和自定義而誕生。一個(gè)新的趨勢(shì)是模塊化硬件平臺(tái)通用化向軟件定義功能綜合化的轉(zhuǎn)變。如NI全球市場(chǎng)高級(jí)副總裁Ajit Gokhale所說(shuō)，過(guò)去封閉式的測(cè)試方法已經(jīng)不夠智能，它已經(jīng)跟不上物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代智能設(shè)備的創(chuàng)新所需求的步伐。新的平臺(tái)式的測(cè)試方法則讓“用戶知道一切”，靈活互通，并且可以提供可定制的解決方案。

　　據(jù)NI中國(guó)區(qū)半導(dǎo)體業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理何為介紹：NI 模塊化系統(tǒng)的每個(gè)配件都可針對(duì)您的切實(shí)需求進(jìn)行優(yōu)化。例如，模塊化SMU以模塊化板卡的形式提供了高功率、精度和速度，而不需要額外的顯示器和外殼。現(xiàn)成的PC技術(shù)為您提供了所需的可編程控制和同步，同時(shí)還可添加多個(gè)模塊化SMU來(lái)滿足通道數(shù)需求，也可添加其他類型的儀器，而不會(huì)浪費(fèi)任何空間和成本。這對(duì)于很多的創(chuàng)新公司來(lái)說(shuō)就顯得異常重要，既節(jié)省成本，又適合新產(chǎn)品轉(zhuǎn)型時(shí)的再次利用。

　　值得一提的是，NI的最新模塊化SMU具有1.8 MS/ s的采樣速率，這樣就無(wú)需使用外部示波器。此外，這些SMU具有高電壓電流范圍的浮置輸入，這對(duì)需要使用示波器且示波器需要配有外部衰減器或電流探針的應(yīng)用而言非常方便。

　　采用NI模塊化SMU測(cè)試方法，測(cè)試工程師就可通過(guò)編寫軟件來(lái)設(shè)置儀器的工作方式，從而使測(cè)試工程師能夠采用最高效的儀器來(lái)執(zhí)行任務(wù)。相比傳統(tǒng)SMU，該方法使得測(cè)量速度提高了100倍。這種速度才能夠響應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)需求。

　　半導(dǎo)體測(cè)試同樣有新方向

　　NI 是第一家將 PXI 導(dǎo)入于測(cè)試機(jī) （Tester）的廠商，藉由單一系統(tǒng)，客戶得以從研發(fā)端的特征性分析到產(chǎn)線端的量產(chǎn)應(yīng)用，皆在 PXI 平臺(tái)上一次完成?？梢詤f(xié)助客戶優(yōu)化成本效益、大幅簡(jiǎn)化建立數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的程序，進(jìn)而縮短上市時(shí)間。PXI機(jī)箱和控制器、PXI RF產(chǎn)品及模塊化儀器、NI LabVIEW （圖形化編程軟件） 及NI TestStand （測(cè)試管理軟件）都能用于包括特征性分析和產(chǎn)線測(cè)試在內(nèi)的半導(dǎo)體測(cè)試;針對(duì)產(chǎn)線測(cè)試，NI還特別推出了半導(dǎo)體測(cè)試系統(tǒng)STS，它是基于PXI平臺(tái)建立的，兼容標(biāo)準(zhǔn)化Docking和線纜接口，ATE標(biāo)準(zhǔn)彈簧針接口 （ Pogo Pin Loadboard interface），方便與Handler/Prober集成，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試數(shù)據(jù)文件（STDF）生成，提供系統(tǒng)校準(zhǔn)等功能。在PXI平臺(tái)上，業(yè)界首款基于PCIe Gen3技術(shù)的混合插槽PXI機(jī)箱PXIe-1085 24 GB/s機(jī)箱，就可用于多site半導(dǎo)體測(cè)試。

　　NI半導(dǎo)體測(cè)試系統(tǒng)的核心組件包括源測(cè)量單元 （SMU）和可編程電源、高密度矩陣開關(guān)和高速數(shù)字I/O，專用組件有混合信號(hào)儀器和RF儀器。NI半導(dǎo)體測(cè)試方案已經(jīng)得到行業(yè)大廠商ADI、高通、IDT的認(rèn)可。

　　據(jù)NI自動(dòng)化測(cè)試產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理陳宇睿先生分析，隨著物聯(lián)網(wǎng)爆炸式的發(fā)展，對(duì)測(cè)試任務(wù)提出了前所未有的挑戰(zhàn)。因?yàn)檫@些設(shè)備往往包含著多種傳感器、不同的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，同時(shí)需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)采集和分析等，這些變化都導(dǎo)致了傳統(tǒng)的臺(tái)式儀器不能適應(yīng)。而在此時(shí)，PXI平臺(tái)就得到了市場(chǎng)極大的認(rèn)可。因?yàn)檫@一平臺(tái)具有開放、靈活的軟件，模塊化的硬件，以及非常完整的生態(tài)系統(tǒng)。

　　陳宇睿先生還介紹了三個(gè)典型案例來(lái)說(shuō)明NI的優(yōu)勢(shì)所在。

　　高通使用NI基于PXI的矢量信號(hào)收發(fā)器（VST）進(jìn)行WLAN協(xié)議測(cè)試，與傳統(tǒng)設(shè)備相比，將測(cè)試速度提升了200倍，大大提高了測(cè)試覆蓋率。

　　ADI公司大批量MEMS生產(chǎn)測(cè)試也采用了NI PXI。我們知道ADI公司的產(chǎn)品以高精度和高質(zhì)量著稱，他們都愿意用PXI取代之前的ATE，證明NI PXI在產(chǎn)線測(cè)試上的實(shí)力。據(jù)悉，ADI MEMS 產(chǎn)線測(cè)試基于PXI設(shè)備加LabVIEW，實(shí)現(xiàn)與特征性分析階段的數(shù)據(jù)相關(guān)性。成本是傳統(tǒng)方案的1/11，能耗是原來(lái)的1/16，PXI 架構(gòu)的 ATE 新系統(tǒng)，讓 ADI 大幅節(jié)省廠房空間。

　　被RFMD以16億美元收購(gòu)的TriQuint，在GSM、EDGE、WCDMA測(cè)試中，通過(guò)采用NI PXI，能夠?qū)⑿陆M件的特征化時(shí)間從兩周縮短為大約一天。

　　特別是在降低成本上NI的優(yōu)勢(shì)明顯，半導(dǎo)體晶片的設(shè)計(jì)難度不斷提升，并需要更高階的測(cè)試系統(tǒng)描述效能特性，而物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的快速更新?lián)Q代都進(jìn)一步推高了測(cè)試成本。NI透過(guò)高彈性的硬體平臺(tái)PXI，與多Site平行測(cè)試排程軟體，可降低晶片測(cè)試的成本。

　　從1976年開始，NI就一直致力于提供各種強(qiáng)大的基于平臺(tái)的系統(tǒng)來(lái)幫助工程師和科學(xué)家提高效率和加速創(chuàng)新，以解決全球面臨的重大工程挑戰(zhàn)。PXI 技術(shù)自問(wèn)世以來(lái)經(jīng)過(guò)了19年的發(fā)展，到現(xiàn)在PXI平臺(tái)已經(jīng)成為了自動(dòng)化測(cè)試和控制的主流平臺(tái)，NI作為PXI平臺(tái)的創(chuàng)辦者，一直在這一領(lǐng)域有不斷的投入，并且不斷的有持續(xù)創(chuàng)新，例如在2004年將FPGA技術(shù)引入PXI平臺(tái)，在2012年又發(fā)布了業(yè)界第一款矢量信號(hào)收發(fā)儀。可以說(shuō)創(chuàng)新一直是NI的基因?，F(xiàn)在我們可以看到，PXI為各行各業(yè)的測(cè)試都帶來(lái)的革命，半導(dǎo)體行業(yè)也不例外。