發布日期：2022-07-15 點擊率：37
隨著人們對通信網絡與設備的要求越來越高,萬兆位以太網現已成為通信行業一個重要的發展契機,這也給自動測試設備帶來了新的挑戰。本文論述如何用正確的測試方法加快萬兆位網絡產品面市時間,并保證其批量生產測試符合經濟效益。
盡管人類過去都是用語言進行溝通,但現在的計算機技術又提供了多種其它交換信息的新方法。目前電信業中語音業務部分增長緩慢,而對高速大容量數據傳輸的需求正日益增長,能夠以較低成本提供很高帶寬的技術非常有吸引力,特別是在新老電信運營商們面臨激烈競爭,尋求增加利潤以緩解金融市場壓力的時候。
萬兆位以太網技術將建立在信息包基礎上的以太網傳輸數據從局域網無縫接入到城域和廣域網。在整個傳輸通路上使用一種技術能帶來極大方便,并大大降低成本,除此之外,萬兆位以太網誘人之處還在于它采用的容錯協議能夠從容應付通信線路上的干擾。萬兆位以太網不像SDH/SONET那樣追求零失效傳輸,它依靠基于IP協議的糾錯技術,對所使用的器件規格要求不用太嚴格,產生抖動更易于接受,上升與下降的時間也更加寬松。所以制造商不必使用昂貴的分立式砷化鎵器件,可以轉而采用低成本、高集成度的CMOS器件。CMOS工藝簡單,集成度高,可降低制造成本,減少分立器件的數目,相應地也就降低了器件和系統的最終價格。
測試思路的改變
雖然萬兆位以太網沿用了有線通信接口的速度概念,但實際上各部件是以不同速度在運行。電路板上芯片與芯片互連遵循萬兆位連接單元接口(XAUI)標準在四條通道上運行,每個速度均為；背板運行速度相同,近期內可望達到5Gbps和10Gbps。向高集成度方向發展意味著不久前一直是獨立部件的并串轉換器(SerDes)將被集成到網絡處理器中,后者里面現已包括復雜邏輯和嵌入式存儲器。
除了測試實際速度存在困難之外,這些數字ASIC和NPU內部混合了復雜邏輯、嵌入式存儲器和存儲器接口,集成度很高,使得對引線數一般都要超過800個的此類器件進行測試存在一些物理上的困難。由于把CMOS技術推向極限(工作于3Gbps以上)有一定風險,另外也難以把多個SerDes集成到一個電路上,所以ATE系統必須要能進行參數測量,檢查接口工作是否正常,并對電路的邏輯內核進行測試。
作為一個重要的新興技術,新老設備供應商都急切想進入萬兆位以太網市場。因接口標準已有明確定義,故集成度和工藝能力成為區別不同供應商的主要標志。雖然競爭激烈,但還沒有明顯的市場巨頭,所以這時候面市時間非常關鍵,給研發帶來了壓力。也就是說生產出高質量的首批樣品必須快,向大批量生產轉換必須平穩,另外應有足夠把握進行批量生產,這也意味著ATE方法能夠容易地對測試結果、設備性能和批量生產之間的關系進行協調。當然產品的價格應有競爭力,這也給測試成本帶來壓力,表明測試還應保證量產的產量,并能適應新技術變化以保護ATE設備投資。
BER測試新任務
如前所述,測試萬兆位以太網設備并不僅僅指測試在10Gbps速度下工作的設備,而是要在不同數據速率下測試多種元件。利用現有技術和ATE系統,現已有了測試設備功能和結構解決方案,但主要困難在于10Gbps和XAUI接口參數測試。應用新技術可能的風險會使人聯想到負載板測試策略,然而快速達到量產需要可靠?穩定?靈活和可升級的固定測量方案。在ATE系統中置入適當的外部儀器即可以應用試驗臺測試技術而不會犧牲生產環境所要求的完整性。
既然這些設備本來就是數字設備,主要要求在規定速度下進行功能測試,一種顯而易見的解決方案就是加入高速誤碼率(BER)測試增加現有ATE性能。ATE信道通常將結果與所期望的圖形相比較,誤碼率測試儀(BERT)則是把標準ATE的功能朝這個方面擴展到10Gbps。
雖然參數測試偏離了數字ATE更加通常的通過/失效和建立保留測試,但萬兆位以太網設備需要測試嵌入式PLL?時鐘數據恢復單元(CDR)和通信接口的不同失效機理,這里BERT有很多有用地方可以加入到ATE環境,如它能判定AC特性和抖動容差。特別是CMOS接近其極限時,把這類特性與工藝變量如溫度聯系起來,結果能夠提供重要的反饋信息以幫助提高產量。盡管應用BERT需要十分小心以保證有足夠的產量,但它具有在時域直接給出結果的明顯優勢,確保設備不會因重新計算或從頻域轉換而得到錯誤的結果。
嵌入式BERT也能協調測試設備結果之間的關系,多數時候通過采用相同的測試技術而得到。雖然萬兆位以太網大部分初期測試也包括數字通信分析儀,但BERT是每個測試設備的關鍵部分,人們對BER測試的普遍感覺是速度較慢,這也就是量產經常會被認為有問題的原因。然而如果考慮到能對結果進行協調以及每個比特都具有價值(無需其它方法所要求的設置時間),優化測試方法是完全可能的,而且結果具有可追溯性,能夠幫助提高產量。
速度與精度兼顧
雖然系統硬性指標決定了它是否適合于萬兆位以太網測試,但系統在制造環境中應用方式不同會得到不同的結果。測試設備結果和ATE環境下BERT之間易于協調使得可用某個近似值減少測試時間,同時并不影響結果的質量。
例如采用很長序列來測量抖動,這對調整開發設計是必須的,但在生產中卻不用在萬兆位以太網標準(1×10-12)規定的誤碼率下測量,而是在更低BER(如1×10-3或1×10-6)下進行,即可推算出技術指標。這樣可使測試時間呈指數倍下降,如圖1所示,得到的BER浴盆曲線表示總抖動,第一個導數表示邊緣轉換概率,可用于判斷確定的或任意的抖動。
BERT還能用于測量高速串聯鏈路的AC特性參數,同樣,智能化應用可縮短測試時間。為了對開發中的設計進行細微調整,BERT或者使用偽隨機二進制序列(PRBS)或者用多個不同水平和探測位置最壞情況下的圖形進行眼圖測量,得到欠調與過調?振鈴?上升時間和下降時間。在生產中可減少測試點數量進行單誤碼率測量以得到快速眼圖測試結果(圖3),這樣能夠確保眼圖的高度和寬度是獨立的,在大幅降低測試時間情況下得到行或不行的結果。
并行測試方法
為了在實際中應用這種方法,安捷倫在其93000 SoC系列測試儀上集成了一個并行BERT(ParBERT)。這樣使本地差分信道運行速度上升到,或者達到,可滿足高速多通道XAUI互連以及萬兆位線路接口的測試要求。ParBERT并行測試結構反映了93000 SoC系列測試儀每個引出端測試處理器結構,允許同時測量多個信道,從而進一步縮短每個端口的測試時間(圖3)。
通過融入內部開發技術并將ParBERT納入ATE系統,使得其功能已延伸為測試儀的一個全集成硬件和軟件組成部分,在測試端上有高速連接的ParBERT可補充系統混合與匹配信道的其它功能,滿足每個引腳測試要求。系統標準信道測試存儲器、存儲器接口、邏輯和高速鏈路,保證連續時鐘以解決延遲和再同步問題,這正是在生產中進行功能和參數測量所需要的,可在復雜的萬兆位以太網設備上得到所必需的精度。
生產中的測試
同樣系統的可升級性也可以協調研發出的新設備與進入市場產品之間的相互關系,可在向批量生產轉換中發揮作用,生產中測試成本已是一個非常重要的考慮因素。對批量生產而言,測試方法很大程度上取決于最終客戶的需求、設計成熟度和所需要的數量,批量生產對ATE的價格在每引腳1,500美元到3,500美元之間是可以接受的,但高速接口測試的價格卻要呈幾何倍增加。一些制造商在研究降低這些成本的可能性,如以比額定速度低的速度進行功能測試,或者是把PRBS發生器設計到設備中再利用回送法繼續在額定速度下的測試(無論有無加入抖動)。另外一些制造商計劃大批量采用BERT作為保證質量的唯一客觀途徑,繼續與最終客戶通常在其系統測試中應用的功能測試保持一致。
任何技術在應用早期其明確的發展趨勢都沒有出現,對于開發萬兆位以太網CMOS技術來說把BERT置入ATE系統的方法似乎目前最能滿足加快推向市場的要求,同時也是符合批量生產成本效益的測試方式。
作者:Markus Knoch
應用顧問
安捷倫科技
