PXI 半导体测试模块

NI PXI 半导体测试仪器

NI PXI 半导体测试仪器在模块化 PXI Express 平台上提供 ATE 级数字模式生成、响应比较、逐引脚参数测量和多站点执行功能。它们专为数字和混合信号集成电路的半导体特性分析、验证和生产测试而设计。

PXI半导体测试产品类别目前包括PXIe-6570和PXIe-6571数字模式测试仪。这些模块集成了可编程数字引脚电子器件、基于矢量的模式执行、硬件比较、源和捕获资源、频率测量以及单引脚参数测量功能。

什么是PXI数字模式识别仪器？

PXI 数字模式测试仪将程序逻辑状态施加到半导体器件上，并在定义的时序点将待测器件 (DUT) 的响应与预期值进行比较。与基本的静态数字 I/O 不同，它提供专为半导体测试设计的引脚电压电平控制、精确的边沿定位、矢量时序控制、硬件合格/不合格比较和调试功能。

每个数字通道都可以通过引脚映射表分配给一个逻辑 DUT 引脚。工程师无需为每次测试重写硬件接口，即可定义电压电平、时序集、模式文件、规范和测试流程。

典型的数字半导体测试包括：

数字接口功能验证；
数字通信协议测试；
输入输出电压特性分析
；时序和频率特性分析
；连续性、泄漏和参数测量；
扫描模式执行和可测试性设计验证；
多站点生产测试；
混合信号集成电路数字子系统测试

PXI半导体测试系统功能

测试功能
典型 PXI 仪器
用途
选择因素

数字功能测试
数字模式仪
驱动数字模式，并比较被测设备 (DUT) 在硬件中的响应，包括
通道数、矢量速率、时序精度、电压范围和模式存储器。

每个引脚的参数测试
集成了 PPMU
，可对各个数字引脚施加力或测量电压和电流，并可
评估力范围、测量范围、精度、顺应性和库架构。

精密直流特性
测量源测量单元
可测量器件漏电流、I-V特性和电源轨行为，
包括电压、电流、灵敏度、沟道密度、脉冲能力和稳定时间。

射频和混合信号测试
VST、信号发生器、分析仪或数字化仪，
用于生成和分析射频或模拟信号，包括
频率、带宽、动态范围、同步和校准平面。

信号路由
PXI 开关模块
可将共享仪器连接到多个 DUT 引脚或测试点。
拓扑结构、电压、电流、带宽、漏电流和开关寿命等参数均已列出。

系统同步
PXI 定时模块
负责在仪器或数字子系统之间分配时钟和触发信号，并满足
时钟精度、触发路由、时延偏差和多机箱要求。

此类别包含专用的 PXIe-6570 和 PXIe-6571 数字模式测试仪。用于构建半导体测试系统的 SMU、射频测试仪、开关和数字万用表仍保留在各自的 PXI 产品类别中，以避免将同一型号分配到多个类别。

PXIe-6570 和 PXIe-6571 对比

模型
独特类别
核心架构
最佳匹配

PXIe-6570
双槽数字模式测试仪
，32 个双向数字通道，双槽 PXIe 外形尺寸，最大矢量速率 100 MVector/s，每个通道 128M 矢量存储器，单个数字子系统最多可容纳 256 个通道。
现有 PXIe-6570 测试程序、成熟的半导体平台和 32 通道数字功能测试。

PXIe-6571
高密度数字模式测试仪，提供
8 通道或 32 通道两种版本，采用单槽 PXIe 外形尺寸，最大矢量速率为 100 MVector/s，每个通道拥有 128M 矢量内存，使用 32 通道模块时最多可达 512 个通道。适用于
高密度数字子系统、多站点测试以及新型半导体表征或生产平台。

这两款仪器均支持半导体功能、时序、电压和参数测试。虽然它们都具有 100 MHz 的最大矢量速率，但这并不意味着它们可以互换：物理宽度、通道变体、子系统可扩展性、散热要求、支持的版本以及同步架构等因素也必须考虑在内。

如何选择PXI半导体测试仪器

1. 计算所需的数字信道数量

统计测试期间需要驱动、比较或测量的每个被测器件 (DUT) 引脚的数量。包括控制引脚、通信接口、时钟引脚、扫描引脚、复位引脚、中断引脚以及未来器件版本所需的备用通道。

PXIe-6570 提供 32 个数字通道，占用两个 PXIe 插槽。PXIe-6571 提供 8 通道和 32 通道两种配置，占用一个插槽。因此，在构建大型数字子系统时，PXIe-6571 可提供更高的通道密度。

对于多站点测试，请计算每个被测器件 (DUT) 所需的通道数，并乘以可并行运行的最大站点数。不要仅使用封装引脚数，因为电源、接地、模拟和未使用的引脚可能不需要数字模式通道。

2. 定义逻辑电压和参数要求

确认被测设备 (DUT) 的逻辑系列、标称电源电压、输入阈值、输出电平和允许的引脚电压。两款仪器系列均提供可编程数字电平和逐引脚参数测量功能，但测试限值必须保持在支持的电压和电流范围内。

确定测试是否需要：

可编程高电平驱动和低电平驱动；
可编程高电平比较和低电平比较阈值；
有源负载或终端行为；
强制电压和测量电流操作；
强制电流和测量电压操作；
连续性、泄漏或开路/短路测试；
被测设备接地检测，可在高电流下提高精度

集成式 PPMU 可用于引脚级测量，但当应用需要较低的电流灵敏度、较高的源功率、四象限操作或特殊脉冲时，它不能替代精密 SMU。

3. 确定所需的矢量速率

矢量速率定义了仪器执行模式矢量的速度。PXIe-6570 和 PXIe-6571 均支持最大 100 MVector/s 的矢量速率，对应于最小标准矢量周期为 10 ns。

有效数字数据速率还取决于边沿倍频模式、码型格式、脉冲宽度要求和所选的时序边沿。最大矢量速率不应被视为每种电压、边沿或码型配置都能以最大速度运行的保证。

对于协议测试，应根据完整的事务处理过程计算时序，而不是仅根据接口时钟频率选择仪器。建立时间、保持时间、边沿位置、周转周期和响应延迟都会影响所需的模式配置。

4. 评估时序精度和边沿放置

数字半导体特性分析通常需要扫描输入边沿或比较选通信号与被测器件 (DUT) 响应之间的关系。这些测量用于确定建立时间、保持时间、传播延迟和时序裕量。

审查矢量周期分辨率、边缘定位分辨率、驱动和比较精度以及定时重复性。所需的仪器定时精度应足够小，以满足被测器件 (DUT) 的规格和生产保护带的要求。

时序分辨率和时序精度是不同的指标。一个非常小的可编程时序步长并不意味着实际边沿也具有相同的绝对精度。

5. 规划多站点测试架构

多站点测试将相同的测试流程并行应用于多个被测设备 (DUT)。它可以提高生产效率，但整个系统必须为每个站点配备足够的数字通道、信号源和采集资源、直流通道、射频路径、开关和夹具连接。

PXIe-6570 和 PXIe-6571 均可为每个数字模式测试仪提供最多八个测试站点的资源。实际站点数量取决于每个被测设备 (DUT) 所需的数字引脚数量，以及站点之间是否可以安全地共享资源。

评估多站点效率时，请考虑以下因素：

每个测试点的 DUT 引脚数；
共享和特定测试点的电源轨；
模式分支和每个测试点的通过/失败行为；
PPMU 库组织；
源、捕获和历史 RAM 资源；
夹具和设备接口板布局；
处理器或探针通信；
串行操作增加的测试时间

6. 复习模式和历史记忆

数字模式仪器将编译后的向量存储在板载存储器中。这两个产品系列每个通道均提供 1.28 亿向量的大容量向量存储器。实际模式容量取决于编译后的模式结构、操作码、源数据和采集数据以及扫描模式的实现方式。

历史内存会记录故障相关信息，以支持调试。在测试多个站点时，历史资源可以在各个活动站点之间分配，从而减少每个站点保留的内存周期数。

在系统最终定稿前，应评估大型扫描测试模式。支持的扫描操作码可以降低长时间串行扫描操作所需的矢量存储器容量，但压缩效果取决于扫描输入输出引脚的数量和排列方式。

7. 确认同步要求

多个数字模式测量仪可以同步运行，从而构建一个更大的数字子系统。这可能需要兼容的模块类型、匹配的通道配置、合适的机箱插槽以及支持的定时模块。

PXIe-6570 和 PXIe-6571 不应被视为组成一个同步数字子系统。NI 同步配置需要兼容的仪器，并且同一组中使用的 PXIe-6571 模块必须具有匹配的通道数。

对于结合了数字模式、SMU、RF 和模拟仪器的系统，定义这些仪器是否只需要一个公共启动触发，还是需要与相位相关的时钟和精确对齐的事件。

8. 检查机箱电源和冷却情况

尽管 PXIe-6571 采用单槽设计，但它对功耗和散热的要求却很高。8 通道版本需要至少 58W 的槽位散热，而 32 通道版本在规定的工作条件下则需要 82W 的槽位散热。

此要求可能会限制兼容的机箱型号。合适的配置方案可以是：对于紧凑型高功率系统，使用PXIe-1092；而当需要更大的仪器容量时，则使用PXIe-1095 。

对于 PXIe-6570，请确认所选机箱、风扇设置、可用相邻插槽以及系统总功率。机箱风扇必须按照仪器规格进行配置。

9. 设计被测设备接口

数字模式模块只是信号路径的一部分。半导体测试通常需要兼容的电缆和设备接口板，该接口板将仪器通道连接到被测器件 (DUT) 插座、探针卡或生产处理程序接口。

界面设计应考虑以下方面：

引脚映射和连接器兼容性；
受控阻抗和回流路径；
走线长度和通道间偏移；
接地和被测设备接地检测；
过压和静电放电保护；
继电器和开关寄生参数；
插座、探针和夹具接触电阻；
校准和维护通道

即使数字仪器满足所需规格，劣质的设备接口板也会降低信号完整性和测量精度。

PXIe-6570 还是 PXIe-6571？

选择要求
PXIe-6570 方向
PXIe-6571 方向

现有已验证的测试程序
适用于现有平台已开发并验证为 PXIe-6570 的情况。
迁移需要检查夹具、同步、软件和重新验证。

每 32 个通道的插槽数：
两个 PXIe 插槽、
一个 PXIe 插槽

可选频道版本：
32频道、
8频道或32频道

最大数字子系统规模：
最多 256 通道；
使用 32 通道模块时最多 512 通道。

新型高密度平台，
通道密度较低
，适用于需要单槽密度和更大通道可扩展性的场合。

机箱散热：
确认机箱兼容性和所需的风扇配置。8
通道运行至少需要 58 瓦，32 通道运行至少需要 82 瓦。

不要仅仅因为 PXIe-6571 占用插槽数量少就选择它。它对每个插槽的散热要求很高，必须根据具体的机箱型号进行核对。即使 PXIe 插槽空置，也可能无法提供足够的电力和散热。

构建完整的PXI半导体测试系统

数字功能测试

PXIe-6570 或 PXIe-6571 执行数字模式、施加编程电压电平、比较被测器件 (DUT) 的响应并执行逐引脚测量。这构成了测试平台的数字子系统。

功率和直流参数测量

PXI电源和SMU可为被测器件供电、测量电源电流、进行I-V扫描、泄漏测试和精密直流特性分析。可根据电压、电流、灵敏度、脉冲和通道密度要求进行选择。

信号路由

PXI 开关模块可用于在被测设备 (DUT) 引脚或测试点之间路由共享仪器。必须对开关性能进行评估，包括漏电、接触电阻、带宽、电压、电流和建立时间。

射频和混合信号测试

射频前端、收发器、无线集成电路和混合信号设备除了数字模式硬件外，可能还需要PXI 射频和无线仪器、示波器、数字化仪或信号发生器。

精密测量

当所需的功能或精度超出集成 PPMU 的能力范围时，PXI 数字万用表可以提供额外的电压、电阻和电流测量。

用于 PXI 半导体测试的软件

PXIe-6570 和 PXIe-6571 使用 NI 数字模式驱动程序。数字模式编辑器提供了一个交互式环境，用于创建和调试引脚映射、规格、电平、时序集、模式和测试配置。

常用软件功能包括：

引脚和通道映射；
数字电平和时序配置；
模式编译和执行；
用于电压和时序特性分析的Shmoo绘图；
数字示波器和引脚状态调试
；历史RAM故障分析；
源波形和捕获波形配置；
单站点结果和通过/失败处理

自动化应用程序可以使用受支持的 LabVIEW、C 或 .NET API。TestStand 可以协调数字模式执行与 SMU、射频仪器、切换、处理程序和报告，作为生产测试序列的一部分。

在为现有系统购买硬件之前，请确认所需的 NI-Digital Pattern Driver 版本、Digital Pattern Editor 版本、操作系统和应用程序开发环境。

典型的半导体应用

数字和混合信号集成电路特性分析；
电源管理集成电路验证；
射频前端和无线集成电路测试；
微控制器和片上系统功能测试；
传感器和接口集成电路验证；
数字通信协议测试；
存储器和扫描模式执行；
晶圆级工程特性分析；
多站点封装器件生产测试；
器件鉴定和回归测试

旧系统替换

将 PXIe-6570 替换为 PXIe-6571 并非简单的硬件升级。虽然这两个系列都支持类似的数字模式概念，但它们在插槽宽度、通道配置、子系统可扩展性、功耗和散热要求以及支持的同步分组方面存在差异。

迁移前请先查看以下内容：

现有引脚映射、电平、时序集和模式文件；
NI-Digital模式驱动程序和软件版本；
数字模式编辑器项目兼容性；
电缆和设备接口板连接；
机箱插槽电源和散热能力；
同步和时序模块要求；
自定义API和生产测试序列；
校准和相关性要求；
生产保护带和系统重新认证

对于经过验证的生产设备，采购原始型号可能比在没有进行完整的相关性研究的情况下更改数字子系统涉及的工程风险更小。

PXI半导体测试采购和询价指南

请提供以下信息以便进行产品选择和报价：

所需模块型号和完整部件号；
所需数量和产品状况；
被测设备 (DUT) 类型和数字引脚数量；
所需逻辑电压范围；
所需矢量速率和时序精度；
模式存储器或扫描测试要求；
并行测试站点数量；
现有 PXIe 机箱和控制器型号；
时序和同步硬件；
所需电缆、连接器模块或接口板信息；
NI-Digital 模式驱动程序和软件版本；
校准要求；
所需交货日期和目的地

对于二手仪器，请索取机箱识别信息、自检结果、数字通道功能测试结果、连接器检查结果和校准信息。仅凭 NI MAX 的检测结果无法验证数字电平精度、时序性能或 PPMU 运行情况。

常问问题

PXIe-6570 和 PXIe-6571 的主要区别是什么？

PXIe-6570 采用双槽模块设计，提供 32 个通道，并支持最多 256 个通道的数字子系统。PXIe-6571 采用单槽模块设计，提供 8 通道或 32 通道版本，在使用 32 通道模块时，最多支持 512 个通道。

PXIe-6570 和 PXIe-6571 能否同步作为一个数字子系统？

不，它们不应被归为同一同步数字子系统。用于同步组的多台 PXIe-6571 仪器也必须具有匹配的通道数配置。

数字模式测量仪可以取代标准测量单元 (SMU) 吗？

不完全如此。集成的PPMU支持实用的引脚电压和电流测量，但当测试需要更高的灵敏度、更高的功率、更宽的工作范围、四象限操作或特殊的脉冲功能时，则需要专用的SMU。

PXIe-6571 需要什么样的机箱？

PXIe-6571 8通道版本需要插槽内至少58W的散热能力，而32通道版本则需要82W的散热能力。订购前请确认机箱的具体规格。

半导体数字测试中的向量是什么？

向量定义了在一个测试模式周期内施加到每个数字引脚的驱动、比较或高阻抗状态。测试模式由一系列向量以及时序集、电平和执行控制指令组成。

什么是多站点半导体测试？

多站点测试是指在多个被测设备 (DUT) 上并行运行相同的测试流程。它可以缩短每个设备的平均测试时间，但需要足够的数字通道、直流资源、交换机、接口板连接以及每个站点的结果处理能力。

数字模式乐器还需要哪些额外的硬件？

一套完整的系统通常需要兼容的 PXIe 机箱、控制器、软件、电缆和被测设备 (DUT) 接口板。根据设备的不同，可能还需要 SMU、可编程电源、射频仪器、数字化仪、开关和定时硬件。

推荐的PXI半导体测试仪器

如果要维护已建立的 32 通道测试平台或匹配现有的已验证配置，请选择PXIe-6570 。如果新系统需要单槽通道密度、8 通道或 32 通道选项，或更大的同步数字子系统，请选择PXIe-6571 。

相关 NI PXI 解决方案

构建一个完整的半导体测试平台，包括兼容的PXI 机箱、PXI 控制器、精密功率仪器、开关、射频硬件以及其他根据被测设备 (DUT) 和测试流程要求选择的PXI 模块。

来自 PXISOURCE 的 NI PXI 半导体测试仪器

PXISOURCE 为半导体实验室、系统集成商和生产测试团队提供数字模式测试仪采购、PXIe 机箱兼容性评估、模块选型、配件匹配和旧系统替换等服务。请提供被测设备 (DUT) 的引脚数、电压电平、矢量速率、测试场地数量、机箱型号和所需产品状态，以便我们为您提供技术匹配的报价。