NI高速数字ATE和鼓励呼应特性

1. 数字ATE特性

测验工程师能够从具有多种运用特性的不同数字I/O仪器中挑选适宜的设备进行通讯与测验。数字测验设备的中心特性是能够生成硬件守时以及/或完结预界说数字测验形式的收集，这些形式一般存储在设备所包括的存储器中。数字仪器现已逾越了驱动1和0等数字形式功用，它一般支撑包括部分或一切表1所列出的逻辑状况的波形。

如表1所示，六种逻辑状况操控电压驱动器和数字测验仪的比较引擎（假如能够被支撑）。这些状况指定测验仪在特定的通道中驱动哪些鼓励数据以及被测设备的希望呼应。当这些状况出现在数字测验仪器中时，它们能够完结双向通讯以及收集呼应数据的直接比较。

NI 655x数字波形产生器/剖析仪支撑表1中所示的悉数6种逻辑状况。以下章节解说了这些特性的硬件完结，供给了每周期双向操控和实时硬件比较的更为具体的剖析。

2. 每周期双向操控

通讯方向操控功用是为被测设备挑选数字测验体系的非常要害的特性。最根本的数字I/O仪器包括简略的单向操控，这意味着一个通道不是将数据传送到管脚上便是进行数据收集。更为杂乱的设备能够被装备为将鼓励数据驱动到管脚上，或是从该管脚收集数据，但无法在同一操作中完结。两个根本的逻辑状况，1代表驱动逻辑高，0代表驱动逻辑低，能够操控这些设备一切的产生操作。它们无法在同一个操作中支撑双向功用。这些设备的典型运用包括根本形式I/O、握手和数字数据记载。

更为杂乱的数字测验仪答应在同一个数字操作中完结双向功用，这意味着仪器能够在接连的时钟周期内，在产生数据和收集数据之间进行切换。为了支撑双向操控，因为鼓励通道有必要还能够禁用电压驱动器，因而需求超越两种根本逻辑状况。第三种状况称为三态，或许也一般被称为高Z状况或是高阻状况。三态供给了在一个设备正在驱动一个通道时，保证不会有多个设备一起驱动这个通道的操控才能，不然或许会导致接纳到过错的数据。三态关于I2C通讯、IC测验、比特过错率测验（BERT）和通用数字鼓励/呼应测验等双向运用而言是有必要的。

NI 655x支撑每通道、每周期三态，或许也称为高阻抗和“Z”状况。图1显现了单一三态通道是如安在NI 655x数字波形产生器/剖析仪的FPGA完结的。在图中，产生逻辑显现在数字测验仪的上半部分，收集电路鄙人半部分显现。

图1：单一NI 655X数字通道的方块图

典型的双向设备测验，例如存储器存储器芯片等，首要需求将鼓励数据或测验形式下载到数字测验仪的板载存储器中。然后，鼓励数据经过解码，决议是否需求激活通道电压驱动，假如需求激活，那么应该激活哪些数据的驱动。在NI 655x设备中，收集电路比较器直接衔接到数字测验仪电压驱动器的输出上。这意味着来自数字测验仪和被测设备的鼓励数据能够用NI 655x进行收集。因为比较器无法分辩是被测设备仍是数据测验仪（或许两者都是）将数据传送到通道中，所以您有必要在读操作中将数字测验仪的电压驱动器设置为三态，避免数据一起从被测设备和数字测验仪的电压驱动器传送到通道中。

在完结信号收集之后，数据解码电路判别收集信号是逻辑低仍是逻辑高，并将成果存储在板载存储器中。收集得到的呼应数据终究被写入PC中，进行剖析和记载。下一章节将这个方块图进行进一步扩展，引入了NI 655x设备能够对收集呼应数据进行直接比较的特性。

3. 实时硬件比较

另一个数字测验仪器的重要功用是验证被测设备在不同用户运用景象和鼓励数据的状况下，都能够回来正确呼应数据的才能。为了完结这个方针，主要有两种将收集的呼应数据与预期数据进行比较的办法。榜首种办法是收集实践呼应数据，并运用软件解说成果。运用程序只需求两种根本逻辑状况来装备测验仪的鼓励数据。另一种办法是将鼓励数据和预期呼应数据预先载入硬件中，保证在收集数据的一起进行实时数据比较。曩昔，第二种办法只适用于高价的数字测验仪，现在强壮贱价的FPGA技能经过运用表1列出的三种比较状况，完结实时硬件比较，极大地扩展了这种功用的用户集体。只需波形包括比较状况，收集的呼应数据就能够与猜测呼应进行比较。

图2显现了带有硬件比较电路和之前评论过的每通道三态特性的NI 655X通道的完好方块图。

图2：带有硬件比较电路的NI 655X数字通道的方块图

FPGA的数据比较逻辑将产生电路与收集电路结合在一起。数据解码器从板载存储器接纳数据，依据每个采样的逻辑状况启用或禁用驱动器。解码器将预期呼应传送到FIFO存储器中，在呼应数据开端收集的时分，将预期数据传送到数据比较逻辑中。假如在比较的过程中检测到了过错，犯错信息将与收集数据分隔存储，保证这些数据能够运用运用软件进行拜访，用于进一步的剖析。

FPGA为每个检测到的过错存储以下信息：

• 过错采样数
• 犯错通道
• 过错总数

4. 常见数字测验运用

本末节解说了怎么完结之前章节所评论的用于通用数字测验运用的数字ATE特性，例如功用测验和特征提取。

功用测验

关于许多职业而言，最重要的测验之一是元件功用测验，例如定制ASIC和商业A/D转化器。需求扩展功用测验的常见双向设备是存储器芯片。图3显现了一个典型的SRAM集成电路（IC）及其管脚输出。

如前所述，典型的存储器集成电路包括三条地址线、八条数据线、一条写启用（WE）线和一条读启用（OE）线。表2显现了一组能够用于测验这块SRAM芯片的数字测验形式。

在WE（写启用）置为高电平时，%&&&&&%芯片从数字测验仪等外置设备接纳数据，并将数据写回由地址线指定的方位中。假如OE（读启用）置为高电平，集成电路从地址线所指定的方位接纳数据，并将数据驱动至数据线上。验证这种存储器设备的终究一个过程是经过比较预期呼应剖析输出。

下面两个末节评论了运用NI 655x数字波形产生器/剖析仪，在LabVIEW中，运用软件处理方案和硬件处理方案完结功用测验。

软件比较办法

在软件比较运用中，测验仪生成鼓励数据、收集实践呼应数据，然后在存储到主机PC存储器之后完结呼应数据的剖析。实践呼应数据剖析完全是在软件中进行的，而不是实时完结的。下面的过程更为具体地描绘了软件比较。

1、如图所示，原始测验数据是用户输入或经过文件读取的。测验数据包括了鼓励数据和呼应数据。

2、如图所示，纯鼓励数据是从测验数据中提取的，测验数据中的1和0表明鼓励数据；一切其他的字符表明没有数据生成，因而电压驱动器有必要被置入三态禁用。

3、鼓励数据经过数字测验仪生成并送入通道中，之后收集呼应数据。产生操作和收集操作并行运转。

4、在完结产生和收集之后，运用程序在软件中完结以字节为单位的比较。给出的比如是收集的呼应数据。只要当“H”或“L”出现在原始测验数据中的时分，终究经过/不经过的判别才会遭到所收集的呼应数据的影响。

软件比较要求一切数据传送到主机核算机，进行后处理，使之适合于低速运用。假如所收集到的数据超出了测验仪板载内存的巨细，将一切数据传送到主机核算机或许会超出核算机的带宽约束。在这种状况以及其他需求更高比较速率的景象下，有必要运用实时硬件比较。

NI LabVIEW是一种图形化编程言语，下面用LabVIEW展现了NI 655x设备的数字软件比较运用的功用。下面的几张图片展现了怎么树立独立的产生操作和收集操作，以及怎么将它们合并在一个同步功用测验运用中。

首要，图4显现了怎么树立产生部分的LabVIEW程序。其间的要害功用包括装备测验仪、读取测验形式并开端进行产生。

在测验数据被载入板载产生内存之前，在图5中所示的原始数字测验数据被解说为鼓励数据和预期呼应数据。在数据被解说之后，鼓励数据被下载到NI 6552进行产生。

图5：LabVIEW的数字表

树立程序的收集部分非常相似。图6给出了功用测验运用所需的收集程序。

图6：LabVIEW高速数字收集程序

虽然NI 6552支撑这两个程序一起作业，可是简略地将它们组合在一起并不是有用的测验办法。简略地一起运转咱们的收集程序和产生程序并不能将收集数据与预期呼应数据对齐。因为这些程序运转在非确定性软件中，您无法依靠程序的守时来坚持一致性。此外，经过被测设备和衔接被测设备电缆的传递推迟也有必要考虑。数据从数字测验仪经过电缆和被测设备流回测验仪所需的时分称为全程推迟，在图7中标出。

图7：运用外部衔接处理全程推迟

处理全程推迟和软件推迟的最佳办法是输出与测验开端对应的边缘信号。关于NI 655x而言，数据活动事情供给了这个功用，而且能够输出到外部来触发收集的开端，如图8所示。留意，有必要保证信号的回路与数据具有相同的全程推迟。

图8：运用数据活动事情触发从产生信号进行收集

您还能够运用数据活动事情操控呼应数据和采样时钟活动边缘的相对推迟。举例而言，您能够将数据活动事情输出到PFI 1上，并路由到PFI 2上，PFI 2能够装备为收集开端触发的信号源，如图8所示。您还能够将产生采样时钟输出到DDC CLK OUT，并将收集采样时钟设置为STROBE。

图9显现了装备和外部路由数据活动事情和采样时钟的LabVIEW程序。标有箭头的函数能够完结所需的额定装备。

如图10所示，收集操作有必要在产生操作之前开端，以便保证收集操作在产生操作开端之前，做好接纳开端触发的预备。终究可选的过程是剖析收集到的数据，您能够用来得到一个是否经过的简略成果。无需将收集的呼应数据进行具体软件剖析，下面的末节会评论怎么运用实时硬件比较特性，完结比软件更高效地完结剖析。

实时硬件比较办法

运用板载FPGA完结收集呼应数据与预期数据的比较，能够大大进步速度和鼓励呼应程序的可靠性。要开发运用硬件进行呼应数据比较的程序，只需求对之前描绘的LabVIEW软件比较程序进行少数的改动。

1、在产生环节和收集环节的装备阶段中，运用niHSDIO特点节点，启用NI 655x的硬件比较部分，如图11所示。

2、在翻开硬件比较之后，波形中的六个逻辑状况开端操控NI 655x操作，而免除运用任何解说函数和剖析函数。请参阅表1取得关于六个逻辑状况的更多信息。

3、关于需求更为杂乱的犯错剖析的运用，获取函数能够收集犯错数据和过错邻近的采样点。关于过错的每个采样，您都能够得到以下信息：

• 包括过错的采样点
• 过错采样点中犯错的比特
• 被测设备的预期呼应

结合硬件比较中的采样过错缓存特点的特点节点，您能够直接从NI 655x FPGA取得总过错数。图12显现了硬件比较实例，采样过错缓存特点用于获取过错以及在过错产生前后的五个采样的呼应数据。经过获取这些信息，您能够完结更为具体的过错剖析。

一切数据比较都是以采样为单位在硬件中完结的，这大大削减了在软件中剖析数据所花费的时刻。运用硬件比较办法，NI 655x能够方便地编程完结高性能功用测验和其他鼓励呼应的运用。

需求这个硬件比较的完好实例，请参阅在线NI开发者园地（ni.com/zone）中的“高速数字实时硬件比较”实例。

特征提取

能够经过将之前所评论的功用测验实例进行扩展，来完结被测设备的特征提取。举例而言，要得到被测设备的最大时钟速率，运用程序有必要修正为从较低的频率开端，对必定规模的采样时钟速率进行扫描。特征提取测验运用之前功用测验所评论的办法，回来经过/不经过的成果；可是，假如测验经过，就会进步采样时钟速率，并从头运转测验。这些过程被不断重复直至被测设备无法经过测验。经过测验的最高频率就被解说为被测设备的最大作业频率。

为完结这种类型的特征提取，需求为程序添加一个循环，以便调理所需的测验参数，完结重复测验。NI-HSDIO并不需求在每次循环中都从头装备数字测验仪的一切设置，因而测验之间的从头装备时刻能够尽量缩短。图13给出这个代码修正的实例。

图13：添加循环修正参数，完结特征提取

5. 扩展性

因为数字电子设备变得越来越高档，其组件或许包括只要几个管脚的串行设备，也或许包括具有数百个管脚的杂乱%&&&&&%。为了测验这些设备，数字测验体系有必要扩展其通道数。运用NI-TClk（触发时钟）同步技能，多个NI 655x模块能够方便地在同一个体系中以亚纳秒等级进行同步，测验高通道数设备。举例而言，假如体系需求40个通道，下列程序解说了对多个设备进行同步所需的附加函数。

每个模块依然需求运用自己的一套函数进行装备和操控；可是，添加一个简略的For循环能够大大削减所需的编程使命。图14给出了运用For循环和仪器称号数组将产生程序扩展为多模块的实例。在内循环中完结一切设备的装备之后，如图15所示，只需求三个用于装备NI-TClk同步的附加VI。

您还能够运用NI-TClk编写程序，使多个模块对同步的外部触发信号进行呼应。要获取关于NI-TClk技能的更多信息，请拜访ni.com/info并输入信息代码rdtctf，参阅《用于模块化仪器守时与同步的NI T时钟技能》技能白皮书。

在运用NI-TClk同步多个模块完结硬件比较之后，假如在一个NI 655x设备上检测到过错，那么只要那个设备存储关于过错的信息。体系中的其他NI 655x设备就好像采样经过那样持续作业。因为每个设备仅仅记载其本身的过错，您无需忧虑同一个过错被核算屡次；可是，您需求对一切模块的信息进行后期处理，以便在需求采样器过错率的时分树立完好的列表。

6. 定论

在添加每周期双向操控和实时硬件比较之后，相对任何其他根据PC的设备而言，NI 655x数字波形产生器/剖析仪供给了更为丰厚的数字测验运用处理方案。全新的处理方案涵盖了存储器芯片的功用测验、快速特征提取运用以及BERT（比特过错率测验）。PXI渠道的可扩展性和软件的灵活性进一步改进了数字测验仪器的灵活性和功用。