開放式體系結構的概念在2002年的夏季已經(jīng)是公開的秘密。鑒于降低測試成本的前景，媒體和ATE用戶對它產(chǎn)生了極大的興趣，也引起ATE供應商們極大的關注。毫無疑問，一個設計良好的開放式體系結構系統(tǒng)會給用戶帶來令人信服的好處。但它畢竟是一個新的概念，有必要作進一步的介紹和分析。

開放式體系結構的本質是一個硬件、軟件和接口都公開的結構，有完善的文件說明并一視同仁地提供給有關各方，實現(xiàn)重大的創(chuàng)新。顯然，它與標準不同，它應盡量利用可為我所用的標準，但如果標準不適合在ATE中使用，也絕不為其所限制。例如，為了方便整合后端功能和設備自動化，采用GEM—SECS標準是十分有意義的；與此同時，在系統(tǒng)內用慢數(shù)據(jù)率IEEE488作為傳輸數(shù)據(jù)的主要機制則是重大的失誤。

開放式體系結構的基本目標是提供一個能保護和擴大ATE投資的結構，這就要求結構框架能不斷地創(chuàng)新和研發(fā)。此外，測試技術若要跟上半導體基本結構飛速發(fā)展的步伐，需要多方的參與。總之，為了實現(xiàn)上述基本目標，開放式體系結構應具備下列重要屬性：可縮放性、可替換性、經(jīng)濟實用性，以及第三方參與性。下面分別加以詳細的論述。

圖1 封裝后的儀器

圖2 廉價的通用的全封閉式儀器測試頭插槽

可縮放性

開放性體系結構應具有一個在性能和引腳數(shù)方面可大范圍縮放的平臺。首先，平臺基礎設施要和性能特征相分離。平臺基礎設施包括數(shù)據(jù)流、電源管理、報警和出錯處理對策以及測試相似性。它應在無需重新加工的前提下，提供性能更新的能力，特別是，它不受圖形速率、引腳數(shù)和放置精度的限制。性能特征則與各自的激勵—響應能力和與DUT引腳連接等有關。性能特征是隨著技術要求的變化而改變的。

上述要求在很大程度上影響著體系結構的設計。例如，低性能體系結構系統(tǒng)可以用強迫空氣對流來冷卻，然而它滿足不了MPU和芯片組生產(chǎn)、驗證和性能測試用高性能電子設備的散熱要求。因此，這類系統(tǒng)的市場有限，對第三方缺乏吸引力。基礎設計應提供大量散熱的經(jīng)濟實用冷卻裝置。

其次，高吞吐率隱含著高帶寬的測試總線。開放式體系結構的基礎設施要具備滿足上述要求的能力。要想支持數(shù)據(jù)密集型儀器，需要400至800MB/S數(shù)據(jù)傳輸率的高帶寬總線。寬帶總線可使用100Base-T單元的星形網(wǎng)絡，一個本地路由器在硬件單元間來回傳送或集中數(shù)據(jù)。另一種選擇是使用高帶寬環(huán)形總線，將所用儀器環(huán)接起來。在對各種方案進行充分評估后，似乎環(huán)形總線比星形總線更合適。寬帶數(shù)據(jù)路徑的環(huán)形總線能以合理的等待時間提供所需帶寬。

為了確保系統(tǒng)的堅固性，還需要第二類通信總線。這是一種通向所有儀器的低帶寬系統(tǒng)—監(jiān)測總線，它完成出錯和報警監(jiān)測、啟動引導程序，以及其它重要的非測試功能，讓核心軟件持續(xù)管理系統(tǒng)和執(zhí)行診斷功能。一個完整的包含自身電源的RS-232連接用于這個功能是十分理想的。

最后，當然并非不重要的，應為各種儀器提供直流電源，配電線路和測試儀總線通信一般是通過背板來實現(xiàn)的。背板是基礎設施的重要內容，通常在第一代測試裝置中要重新設計。無論是性能變動、或在子系統(tǒng)間需要更多的性能互連或增加直流電壓，都要求背板加以改動。如果對封閉式體系結構系統(tǒng)總是要求重新設計背板而不顧及相關系統(tǒng)的如何演變，那末由第三方提供解決方案的可縮放開放式體系結構就不能在合理的時間周期內保持背板不變。其解決方案是：無背板的體系結構。

無背板的的決定對體系結構來說是一個重要的細節(jié)。開始以為，傳送多個直流電壓必須復雜的、昂貴的、不可靠的電源導線束結構。然而，倘若原始直流電源僅用一個電壓，每個PCB負責產(chǎn)生自己所需的直流電壓，問題就迎刃而解了。由于沒有背板在PCB間路由信號，PCB的規(guī)格和尺寸應足夠大，以便在PCB內產(chǎn)生自己和直流電壓和容納完整功能電路。事實上，鑒于可利用的集成化水平，不難得到多個完整的功能電路。例如，合理的電路板尺寸完全能容納32條完整的數(shù)字通道或多個器件電源。儀器內安裝完整的功能電路還另有一個優(yōu)點，即儀器很大程度上是獨立的，僅需極少量的系統(tǒng)功能，如時鐘、同步信號、冷卻、以及直流電源(如圖1所示)，有利于系統(tǒng)在多點測試和并行測試中使用。

可替換性

開放性體系結構應支持多方位的應用，從純數(shù)字到SoC，還附帶各種模擬要求，它應能隨時更新，方便、有效地擴展新設備，設置新功能不能影響原有功能的工作。這樣，系統(tǒng)硬件涉及四個方面：配電線路、數(shù)據(jù)流、總體同步、以及可重配置性。

前面已提及配電線路，這里還要進一步驗證低噪聲的合格性。高性能數(shù)字邏輯系統(tǒng)通常不是無噪的；另一方面，高精度模擬系統(tǒng)具有極低的本底噪聲，但不能達到高矢量率。一個開放式體系結構應包含根除不必要接地環(huán)、進行屏蔽、以及其它低噪聲設計對策，可放心地部署在兩類應用中。

數(shù)據(jù)流也需要附加的合格性。測試CPU和儀器間的寬帶寬總線就支持儀器自身間的寬帶寬通信。這就可能研制一種測試解決方案，讓系統(tǒng)中不同儀器處理大量數(shù)據(jù)。

儀器產(chǎn)生和接收同路同步信號也是十分必要的。當在單點，或多點測試混合信號SoC器件時，這些同步信號使數(shù)字通道和模擬通道一致地工作。

現(xiàn)有的VXI 和PXI一類開放式儀器系統(tǒng)有多種觸發(fā)傳輸方案，如專用于觸發(fā)扇出任務的儀器插槽或幾組分立的觸發(fā)總線組合。假定整個系統(tǒng)是專用于單一測試過程，這種方案是十分方便的。然而在多點應用中，每個地點要求不同的觸發(fā)信號，或在多個時域同步測試的場合，這些觸發(fā)機制就很難應付。為了解決這個問題，儀器應提供模塊到模塊間分立的連接來傳送觸發(fā)信號。但這樣做對測試系統(tǒng)又附加了額外的配置限制，使重配置更復雜，更費時。有一種更有效的方案來實現(xiàn)壽命更長的平臺同步計算相結合的技術，以便讓實際同步在傳送上是通用的，局部地可計算的，沒有噪聲，沒有抖動，也沒有串擾。實際的模擬信號完全限制各自的儀器內，對可作用的不同觸發(fā)信號數(shù)量的限制、觸發(fā)源的選擇、每個觸發(fā)信號目的地的數(shù)量不再由傳輸線來確定，而是由可編程數(shù)據(jù)流協(xié)議來確定。

重配置對一個可替換性系統(tǒng)是十分重要的，這不僅僅是它的開放性所隱含的，也可為工廠節(jié)省大量的加工機械。為了使平臺重配置后具有最佳的測試效果，所有儀器的插槽應是一致的，與類型無關。任何給定的平臺應能配置眾多不同類型的設備，或大批量應用，而沒有苛刻的配置限制。這一要求進一步加強了原先堅持的觀點：開放式體系結構不能有背板或復雜的電源導線束(圖2)。

經(jīng)濟實用性

平臺的成本應很低。同時，開放式體系結構應提供足夠的基礎設施資源，來安裝低性能或高性能儀器，既可以是模擬的，也可以是數(shù)字的，或是數(shù)、模混合型。現(xiàn)代測試儀器的高功率密度基本上摒棄了風冷式解決方案。為此，一個有效的開放式的ATE平臺的重要特征是它能提供低成本的液冷系統(tǒng)，并體現(xiàn)在熱交換的實施和各個儀器結構之中。

集中的、專用的、定點的ATE解決方案確有較低的成本，但只有在系統(tǒng)的數(shù)量足夠大且特定的儀器有持續(xù)的研發(fā)空間時才有意義。為了避免過時，買主必須考慮到增加或改變測試要求的可靠性。因而，經(jīng)濟實用性不僅要計及系統(tǒng)計劃應用的初始成本，還要計及系統(tǒng)以供后用的再加工成本。

乍一想，開放式體系結構的這些特性對經(jīng)濟實用性有負面的影響。事實卻并非如此，ATE背板，連接器，以及電源總線匯流條都是十分昂貴的。現(xiàn)代ATE中使用的十二層以上背板其標價通常在30000美元以上。配電用導線束的制作和安裝是高勞動強度的，不僅麻煩，成本也很高。本文簡介的開放式體系結構屬性省略了這些高成本的項目，盡管分攤到各儀器的僅是節(jié)省費用的一少部分，畢竟也是有意義的純成本節(jié)省。

合理設計的開放式體系結構ATE有希望獲得較長的平臺使用壽命。實現(xiàn)新測試要求的新儀器的研制和生產(chǎn)成本比全新測試系統(tǒng)低，要是開放式平臺有足夠的堅固性，且它能突破性能和容量的限制，且適合在工廠環(huán)境中安裝，那末總的測試成本將隨時間的推延而                 大大降低。此外，長平臺使用壽命亦有利于第三方的參與。

第三方參與性

開放式體系結構意味著多方參與性，這是十分明確的。不明確的是，它隱含著必須提供的各種文件、設計準則、設計要求，以及供研制人員用的輔助工具。

第三方研制人員除了懂得如何安裝外，無需ATE中其它儀器內部細節(jié)的詳盡知識，也無需平臺本身的任何細節(jié)知識。第三方參與者要求在接口設計和基礎設施部件方面得到支持，比如：

結語

總之，開放式結構體系要想獲得成功，必須具備幾個重要特性。下面給出必備屬性以便評估各種方案：

基礎設施與性能特性無關。

 可應用于全性能系列的廉價冷卻解決方案。

支持寬帶寬/高吞吐率和低成本兩種總線。

無背板或復雜的電源導線束。

 儀器與特定的電壓無關，取而代之產(chǎn)生自己所需的電壓。

測試頭插槽是通用的，無專用的模擬卡盒或數(shù)字卡盤。

儀器自備診斷與校正用的嵌入式計量方法。

根據(jù)變化的測試要求，最終用戶能容易地重新配置系統(tǒng)。

結構體系有詳細的文件說明，供第三方設計、安裝使用。

儀器至結構體系的接口應盡量少用，甚至不用定制的部件。

一視同仁地向第三方供應商提供IP、測試基準程序以及認證服務。