基于NI 655x的半导体BER测试方法-part I



硬件: Digital I/O (DIO)>>High-Speed Digital I/O

问题:
在半导体芯片领域,误码率测试(Bit Error Rate Testing, BERT)是一项重要的指标,NI公司的BERT是如何实现呢?


解答:
在半导体芯片数字测试中,误码率(BER)是衡量在规定时间内半导体芯片处理数字数据的精确性指标,其计算方法是:
误码率 =误码/总码数*100%
通常情况下,半导体芯片的误码率测试需要给芯片一个数字序列作为激励信号,然后接收芯片输出的响应信号,ATEAutomated Test Equipment)将响应数据与待比较数据进行实时硬件比较,并计算误码率。
半导体芯片数字测试在与DUT通信过程中,需要发生或接收不同速率、不同逻辑电平的"0""1"序列,这要求数字测试设备同时具有双向通信的功能,并且支持灵活的选择DIO的逻辑电平。NI 655x 系列HSDIO板卡具有双向通信控制实时硬件比较两大功能,因此,可以满足数字芯片测试的要求,能够组建完整的数字激励-响应测试系统,实现误码率测试(BERT)。
NI 655x 支持6种数字逻辑状态,不仅包括"0""1""Z",还支持比较状态"L""H""X""H"表示把响应数据与逻辑High比较,"L"表示把响应数据与逻辑Low比较。通过对比较状态的支持,NI 655x可以实现实时硬件比较功能,具体如下表所示:
1 NI 655x 支持的数字逻辑状态
 
Logic State
Drive Data
Expected Response
Drive States
0
Logic Low
Don’t Care
1
Logic High
Don’t Care
Z
Disable
Don’t Care
Compare States
L
Disable
Logic Low
H
Disable
Logic High
X
Disable
Don’t Care
实时硬件比较功能在NI 655x板卡内部是通过板载PFGA实现的,如下图:

BER测试中,接收到的响应数据待比较数据之间的同步至关重要,这样才能保证硬件比较的正确性。NI 655x可以将时钟信号和触发信号路由出来,如下图:
在数字激励-响应测试系统的实施过程中,测试设备输出的激励信号通过线缆至DUTDUT输出响应信号再次返回测试设备需要一定的时间,该时间称为RTDRound Trip Delay。只有消除掉RTD的影响,才能保证硬件比较的同步性。
 第一种方式(Source Synchronous)是将激励信号生成的触发信号和时钟信号路由出来,采用与数据链路等长的线缆,使其具有相同的RTD时延。Data Active Event反映激励信号的开始时刻,可以作为触发信号使用。例如,可以将Data Active EventPFI 1路由至PFI 2,配置为采集任务的开始触发,生成任务的采样时钟信号由DDC CLK OUT路由至STROBE,作为采集任务的采样时钟,选择合适的等长线缆保证数据链路和同步链路的时延相等,即可实现同步的硬件比较。
第二种方式(Round Delay)在板卡内部直接设置Data Active Event的时延时间,并不需要外部附加的硬件连接。这种方法必须知道整个链路的RTD时延,一旦获取到该时间,便可以直接通过属性节点设置Data Active Event的时延,板卡会内部路由该触发信号,并延时相应的周期数。
         这两种方法均可以很好地实现基于NI 655x板卡实时硬件比较的BER测试。第一种方法适用于内部时延较小的DUT,以及芯片内部可以路由或生成时钟信号和触发信号的DUT,可以实现精确的数据同步;第二种方法适用于芯片内部时延为固定数值的DUT,可以先获取RTD的数值,直接在程序中设置时延,继而完成数据同步。这两种方法均可以在LabVIEWSignalExpress中实现,下面会分别介绍两种方式的编程方法。
Source Synchronous方式
LabVIEW 
 首先,利用Digital Waveform EditorDWE)软件生成激励-响应数据,可分别生成两个HWS文件,也可以在同一个HWS文件中配置不同通道为激励信号和响应信号。
然后,在程序框图中创建两路生成和采集的HSDIO任务,作为激励信号和响应信号的生成和采集。并按照以下步骤完成配置工作:
Step 1BER测试要求生成和采集任务必须同步,因此,将生成任务的采样时钟路由至Digital Data and Control Connector (DDC) ClkOut;外部硬件连接DDC ClkOutSTROBE
采集任务的Sample Clock配置为Strobe
Step 2:生成任务和采集任务之间需要开始触发信号,将Data Active Event作为触发信号路由至DDC PFI 1,外部硬件连接PFI 1PFI 2
Step 3:设置PFI 2为采集任务的开始触发;
Step 4:若要使用NI 566x的实时硬件比较功能,需要使用niHSDIO属性节点进行设置。同时将生成任务和采集任务的Hardware Compare Mode属性设置为"Stimulus and Expected Response"" Expected Response Only"均可以开启实时硬件比较功能;
Step 5:配置结束之后,采用NIHSDIO Fetch Sample Errors来获取误码的信息;

Step 6:误码率可以通过属性节点获取的误码数目和总数目之比计算得到;
同样,通过SignalExpress可以快速实现BER测试。有几点好处:
1SignalExpress是基于配置的方式实现数据的采集和分析,快速高效;
2SignalExpressDWE的联系很紧密,可以在DWE中直接调用SignalExpress进行调试;
3SignalExpress能够将出现误码的位置标记在数字波形图上,更加直观;
SignalExpress实现实时硬件比较有多种方法,这里给出其h 

相关链接: KB 6731E00F 基于NI 655x的半导体BER测试方法 - part II
http://digital.ni.com/public.nsf/allkb/DC35D49267CE888C86257B24002E73BA?OpenDocument
Bit Error Rate Testing (BERT) Reference Example
http://www.ni.com/white-paper/7938/en
Advanced Features of High-Speed Digital I/O devices: Data Delay
http://www.ni.com/white-paper/7280/en
Advanced Features of High-Speed Digital I/O devices : Hardware Compare
http://www.ni.com/white-paper/7281/en
National Instruments High-Speed Digital ATE and Stimulus Response Features
http://www.ni.com/white-paper/3671/en
KB 65U4HBG4
http://digital.ni.com/public.nsf/allkb/0B20F0575F5F3CFF86257B04003F841C?OpenDocument

附件:
digital_bert_test.vi




报告日期: 03/04/2013
最近更新: 04/01/2013
文档编号: 673NJ0F