NI高速数字ATE和激励响应特性

1. 数字ATE特性

测试工程师能够从具备多种应用特性的不同数字I/O仪器中选择合适的设备进行通信与测试。数字测试设备的核心特性是能够生成硬件定时以及/或实现预定义数字测试模式的采集，这些模式通常存储在设备所包含的存储器中。数字仪器已经超越了驱动1和0等数字模式功能，它通常支持包含部分或所有表1所列出的逻辑状态的波形。

表1：部分数字测试设备支持的数字逻辑状态

如表1所示，六种逻辑状态控制电压驱动器和数字测试仪的比较引擎（如果可以被支持）。这些状态指定测试仪在特定的通道中驱动哪些激励数据以及被测设备的期望响应。当这些状态出现在数字测试仪器中时，它们能够完成双向通信以及采集响应数据的直接比较。

NI 655x数字波形发生器/分析仪支持表1中所示的全部6种逻辑状态。以下章节解释了这些特性的硬件实现，提供了每周期双向控制和实时硬件比较的更为详细的分析。

2. 每周期双向控制

通信方向控制功能是为被测设备选择数字测试系统的十分关键的特性。最基本的数字I/O仪器包含简单的单向控制，这意味着一个通道不是将数据传送到管脚上就是进行数据采集。更为复杂的设备可以被配置为将激励数据驱动到管脚上，或是从该管脚采集数据，但无法在同一操作中完成。两个基本的逻辑状态，1代表驱动逻辑高，0代表驱动逻辑低，能够控制这些设备所有的发生操作。它们无法在同一个操作中支持双向功能。这些设备的典型应用包括基本模式I/O、握手和数字数据记录。

更为复杂的数字测试仪允许在同一个数字操作中完成双向功能，这意味着仪器能够在连续的时钟周期内，在发生数据和采集数据之间进行切换。为了支持双向控制，由于激励通道必须还能够禁用电压驱动器，因此需要超过两种基本逻辑状态。第三种状态称为三态，或者也通常被称为高Z状态或是高阻状态。三态提供了在一个设备正在驱动一个通道时，确保不会有多个设备同时驱动这个通道的控制能力，否则可能会导致接收到错误的数据。三态对于I2C通信、IC测试、比特错误率测试（BERT）和通用数字激励/响应测试等双向应用而言是必须的。

NI 655x支持每通道、每周期三态，或者也称为高阻抗和“Z”状态。图1显示了单一三态通道是如何在NI 655x数字波形发生器/分析仪的FPGA实现的。在图中，发生逻辑显示在数字测试仪的上半部分，采集电路在下半部分显示。

图1：单一NI 655X数字通道的方块图

典型的双向设备测试，例如存储器存储器芯片等，首先需要将激励数据或测试模式下载到数字测试仪的板载存储器中。然后，激励数据经过解码，决定是否需要激活通道电压驱动，如果需要激活，那么应该激活哪些数据的驱动。在NI 655x设备中，采集电路比较器直接连接到数字测试仪电压驱动器的输出上。这意味着来自数字测试仪和被测设备的激励数据可以用NI 655x进行采集。由于比较器无法分辨是被测设备还是数据测试仪（或者两者都是）将数据传送到通道中，所以您必须在读操作中将数字测试仪的电压驱动器设置为三态，防止数据同时从被测设备和数字测试仪的电压驱动器传送到通道中。

在完成信号采集之后，数据解码电路判断采集信号是逻辑低还是逻辑高，并将结果存储在板载存储器中。采集得到的响应数据最终被写入PC中，进行分析和记录。下一章节将这个方块图进行进一步扩展，引入了NI 655x设备能够对采集响应数据进行直接比较的特性。

3. 实时硬件比较

另一个数字测试仪器的重要功能是验证被测设备在不同用户使用情形和激励数据的情况下，都能够返回正确响应数据的能力。为了实现这个目标，主要有两种将采集的响应数据与预期数据进行比较的方法。第一种方法是采集实际响应数据，并使用软件解释结果。应用程序只需要两种基本逻辑状态来配置测试仪的激励数据。另一种方法是将激励数据和预期响应数据预先载入硬件中，确保在采集数据的同时进行实时数据比较。过去，第二种方法只适用于高价的数字测试仪，现在强大低价的FPGA技术通过使用表1列出的三种比较状态，实现实时硬件比较，极大地扩大了这种功能的用户群体。只要波形包含比较状态，采集的响应数据就能够与预测响应进行比较。

图2显示了带有硬件比较电路和之前讨论过的每通道三态特性的NI 655X通道的完整方块图。

图2：带有硬件比较电路的NI 655X数字通道的方块图

FPGA的数据比较逻辑将发生电路与采集电路结合在一起。数据解码器从板载存储器接收数据，根据每个采样的逻辑状态启用或禁用