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正確測試方法加速10 Gigabit Ethernet SoC量產時間

上網時間: 2003年02月08日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:Ethernet  乙太網路  telecommunication  電信  embedded memories 

隨著人們對通訊網路與設備的要求越來越高,10 Gigabit Ethernet現已成為通訊產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速Gigabit乙太網路產品上市時間,並保證其量產測試符合經濟效益。

儘管人類過去都是用語言進行溝通,但現在的電腦技術又提供了多種其它交換資訊的新方法。目前電信業中語音業務部份成長緩慢,而對高速大容量數據傳輸的需求正日益成長,能夠以較低成本提供很高頻寬的技術非常有吸引力,特別是在新舊電信廠商們面臨激烈競爭,尋求增加利潤以緩解資金壓力的時候。

10 Gigabit Ethernet技術將設立在資訊包基礎上的乙太網路傳輸數據從區域網無縫接取到都會區域和廣域網路。在整個傳輸通路上使用一種技術能帶來極大方便,並大幅降低成本,除此之外,10 Gigabit Ethernet誘人之處還在於它採用的容錯協議能夠從容應付通訊線路上的干擾。10 Gigabit Ethernet不像SDH/SONET那樣追求零失效傳輸,它依靠基於IP協議的糾錯技術,對所使用的元件規格要求不用太嚴格,產生抖動更易於接受,上升與下降的時間也更加寬鬆。所以製造商不必使用昂貴的分離式砷化鎵元件,可以轉而採用低成本、高整合度的CMOS元件。CMOS製程簡單,整合度高,可降低製造成本,減少分離元件的數目,相應地也就降低了元件和系統的最終價格。

圖1:誤碼濾測試結果曲線。

測試思路的改變

雖然10 Gigabit Ethernet沿用了有線通訊介面的速度概念,但實際上各元件是以不同速度在執行。電路板上晶片與晶片互連遵循10 Gbps連接單元介面(XAUI)標準在四條通道上執行,每個速度均為3.125Gbps;背板執行速度相同,近期內可望達到5Gbps和10Gbps。向高整合度方向發展意味著不久前一直是獨立元件的並串轉換器(SerDes)將被整合在網路處理器中,後者裡面現已包括複雜邏輯和嵌入式記憶體。

除了測試實際速度存在困難之外,這些數位元ASIC和NPU內部混合了複雜邏輯、嵌入式記憶體和記憶體介面,整合度很高,使得對接腳數一般都要超過800個的此類元件進行測試存在一些實體上的困難。由於把CMOS技術投入極限(工作於3Gbps以上)有一定風險,另外也難以把多個SerDes整合在一個電路上,所以ATE系統必須要能進行參數測量,檢查介面工作是否正常,並對電路的邏輯核心進行測試。

作為一個重要的新興技術,新舊設備供應商都急切想進入10 Gigabit Ethernet市場。因介面標準已有明確定義,故整合度和製程能力成為區別不同供應商的主要特點。雖然競爭激烈,但還沒有明顯的市場領導廠商,所以這時候上市時間非常關鍵,給研發帶來了壓力。也就是說生產出高品質的首批樣品必須快,向大量產轉換必須平穩,另外應有足夠把握進行量產,這也意味著ATE方法能夠容易地對測試結果、設備性能和量產之間的關係進行協調。當然產品的價格應有競爭力,這也給測試成本帶來壓力,顯示測試還應保證量產的產量,並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10 Gigabit Ethernet設備並不僅僅指測試在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,但主要困難在於10Gbps和XAUI介面參數測試。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台測試技術,而不會犧牲生產環境所要求的完整性。圖2:減少測試點數量進行單誤碼率測量可以得到快速眼圖測試結果。

既然這些設備本來就是數位設備,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訊息通道通常將結果與所期望的圖形相較,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位ATE更加通常的通過?失效和設立保留測試,但10 Gigabit Ethernet設備需要測試嵌入式PLL時脈數據恢復單元(CDR)和通訊介面的不同失效機理,這裡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,把這類特性與製程變量如溫度聯繫起來,結果能夠提供重要的反饋資訊以幫助提高產量。儘管應用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運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係,多數時候透過採用相同的測試技術而得到。雖然10 Gigabit Ethernet大部份初期測試也包括數位通訊分析儀,但BERT是每個測試設備的關鍵部份,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位元都具有價值(無需其它方法所要求的設置時間),最佳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。

速度與精密度兼顧

雖然系統硬性指標決定了它是否適合於10 Gigabit Ethernet測試,但系統在製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之間易於協調使得可用某個近似值減少測試時間,同時並不影響結果的品質。

例如採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10 Gigabit Ethernet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,適用於判斷確定的或任意的抖動。

BERT還能用於測量高速串聯鏈路的AC特性參數,同樣,智慧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,得到欠調與過調的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。圖3:具有ParBERT的Agilent 93000 SoC系列測試儀。

平行測試方法

為了在實際中應用這種方法,安捷倫在其93000 SoC系列測試儀上整合了一個平行BERT(ParBERT)。這樣使本地差分訊息通道執行速度上升到3.3Gbps,或者達到10.8Gbps,可滿足高速多通道XAUI互連以及Gigabit位元線路介面的測試要求。ParBERT平行測試結構反映了93000 SoC系列測試儀每個引出端測試處理器結構,允許同時測量多個訊息通道,因而進一步縮短每個埠的測試時間(圖3)。

透過融入內部開發技術並將ParBERT納入ATE系統,使得其功能已延伸為測試儀的一個全整合硬體和軟體組成部份,在測試端上有高速連接的ParBERT可補充系統混合與匹配訊息通道的其它功能,滿足每個接腳測試要求。系統標準訊息通道測試記憶體、記憶體介面、邏輯和2.5Gbps高速鏈路,保証連續時脈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,可在複雜的10 Gigabit Ethernet設備上得到所必需的精密度。

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係,可在向量產轉換中發揮作用,生產中測試成本已是一個非常重要的考慮因素。對量產而言,測試方法很大程度上取決於最終客戶的需求、設計成熟度和所需要的數量,量產對ATE的價格在每接腳1,500美元到3,500美元之間是可以接受的,但高速介面測試的價格卻要呈幾何倍增加。一些製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產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)。另外一些製造商計畫大批量採用BERT作為保證品質的唯一客觀途徑,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,對於開發10 Gigabit Ethernet CMOS技術來說把BERT置入ATE系統的方法似乎目前最能滿足加速投入市場的要求,同時也是符合量產成本效益的測試方式。

作者:Markus Knoch


應用顧問


安捷倫科技




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