采用多功能混合信号管脚实现汽车IC的高效益低成本测试

与过去机械系统的改进决定汽车工业的革新不同的是，下一代汽车90％的创新都来自更复杂的集成电路。半导体器件在满足客户对汽车功能方面的需求上扮演着非常重要的角色 。
　　
根据Frost&Sullivan的数据，西欧的汽车半导体市场将在未来的几年内将近翻一番。原本用于高端汽车的电子器件向低端汽车的转移是这种快速增长的原因之一。
　　
现代高级汽车的电子系统是高度分散的实时系统，它由多于300个电机或电磁阀组成的控制单元连接到多达五个总线系统，该系统带有100MB的嵌入式代码，提供了动力系统、安全、舒适、信息和通讯方面的功能。
　　
动力传输调节燃料的消耗和排放。汽车生产商宣称他们的目标之一就是生产三升汽车并且符合欧3标准和京都协议。没有电子器件和软件的支持，想要达到严格的控制规章是不可能的。
　　
因此这些技术手段正在逐渐应用于混合发电机或使用燃料电池的车辆。另一个趋势是柴油驱动的汽车逐渐取代汽油驱动的汽车。
　　
汽车的安全性和舒适性已经越来越重要。市场对乘坐汽车的安全性的需求越来越高。汽车生产商们已经对此采取了措施。同时各种技术，如防闭锁刹车系统或气囊已经成为众多中小型车的标准配置。
　　
各种技术如电子稳定程序或牵引控制系统已经进入高端汽车市场，其进入低端汽车也只是时间的问题。
　　
通过实施各种新型应用增强汽车的舒适度，如无钥匙进入、座椅控制、车内环境控制或导航控制，汽车制造商竭力提供与竞争对手不同的产品以获得竞争优势。
　　
可以预见市场的进一步需求来自汽车中的通讯和信息网络。人们期望其拥有的汽车能够接收广播、视频、移动通讯、导航系统和数字音频/视频广播。
　　
远程交通控制和服务也可在不久的将来实现。
　　
近几年42V电网已经成为讨论焦点。尽管每个汽车半导体供应商都已经可以提供42V兼容的产品，但对作为产品引入及批量生产的时间仍存有争议。可以清楚预见的是42V电源网络一定会到来。根据Frost&Sullivan提供的数据，到2015年半数的新产汽车将采用42 V电源网络技术。


图1， 在未来，多于90％的汽车创新主要由电子器件和软件来推动。

测试挑战
　　
ATE制造商的主要考虑是VBAT上的最大电压必须保持低于某一限定值 (通常为68 V)。在这一电压限制之内，汽车不需要进一步的保护措施防止大电压对人造成危险。汽车是“低压”的，这同样适用于42V电源网络，其电压不得超过68 V。
　　
另一种情况是“负向电池”。这种情况对于42V汽车来说很难处理，因为电压变为3倍，电压不能降至低于-2V，所以即使采用42V电源网络的汽车仍处于低压调制状态。显然42 V电源网络不能驱动较大的负电压，但增加了对能够提供42 V/80 V电压的VI通道的需求。
　　
另外汽车总线系统需要高压数字管脚用于功能测试，电压需求高达20 V。测试设备制造商不得不考虑到这一点。
　　
汽车市场在价格和质量方面的竞争越来越激烈。这意味着半导体制造商不得不寻找高性能、高效益低成本的测试解决方案以降低生产成本，保证利润空间维持在一定水平。
　　
汽车类器件的发展趋势是在单一芯片、封装或模块中集成各种技术，也就是所谓的“片上系统”。传感器变得越来越重要。它们用于安全系统，如气囊、驾驶控制或汽车动力系统。
　　
过去10年市场的高速增长为实现质量、产品面市时间和成本目标设置了严峻的挑战。因此汽车电子的设计过程是未来汽车项目成功的关键因素。汽车电子的生命周期对于半导体制造商来说非常重要。研发过程（包括通常的重设计）需要花费12-36个月。汽车款型每6到8年改变一次，但其使用的电子器件更新换代周期仅2到4 年。产品使用时间最少为10年。因此随着新技术的采用，电子器件可能会改变得更快，同时能够为汽车制造商创造竞争优势。
　　
汽车用器件的设计和测试面临的严峻挑战是成品率和失效率方面的要求。移动电话的失效率允许达0.5%，而汽车器件的失效率必须小于0.005%。新器件的测试需求甚至超过下列要求：ASIC失效率要低于0.0003%，标准器件的失效率必须小于0.0001%，分立器件的失效率不能超过0.00005%。
　　
为了管理不断增加的设计复杂度并保持设计工作的经济性，复杂的设计和测试工具必须支持并行和分布式的规范、设计、实现、集成以及测试工作和测试解决方案。


图2，半导体器件分别工作在14 V 和 42 V电压。

测试解决方案
　　
器件的复杂性需要高性能、高灵活度的ATE系统，但同时必须提高生产率以保持利润空间并获利。实现这一目标必须采用芯片并行测试，这样才能提高产能并降低测试成本。创造新应用的时间必须尽可能短，以配合新测试程序的生成和维护工作。
　　
对于汽车器件混合信号测试系统，最大的挑战是在一个全面且成本效益高的解决方案中提供数字、模拟、DSP和电源测试的能力。系统结构必须是可扩展的，以覆盖汽车电子产品广泛的测试需求。灵活性和速度可以通过真正的每管脚测试仪的结构实现。高速系统总线必须提供最大的产能和最低的测试成本。高性能仪器必须能够与数字图型完全同步。混合信号管电子性能必须能够支持高达50 MHz的高数据传输率，提供-2 V ～ +28 V的电压摆幅。
　　
科利登复杂的电源混合信号测试系统Falcon和 Piranha能够应对这些挑战。


图 3， 3种不同的管脚类型覆盖广泛的测试需求：

- DPIN： 数字混合信号管脚，用于高速数字需求 ；
- VPIN： 具有高压测试能力的数字混合信号管脚，其30 V的电压摆    幅和50 MHz的数据速率很好的满足了汽车器件的测试需求 ；
-APIN： 模拟混合信号管脚，用于高压高精度，提供 +-100 V/40      mA的每管脚参数测量单元（PMU）用于汽车工业的电源    混合信号测试。


图 4，多功能混合信号管脚结构图。