Nuove sfide per i test Ate

AUTOMATED TEST EQUIPMENT –

I circuiti integrati per la gestione dell’alimentazione pongono nuove sfide al collaudo in termini di ottimizzazione della capacità della batteria negli smartphone

Qual è il problema più fastidioso per il consumatore di smartphone oggi? La necessità costante di ricaricare il proprio smartphone almeno una volta al giorno. Chi viaggia in aereo è alla costante ricerca di prese di corrente per collegare il proprio smartphone all'alimentazione. I posti più ambiti negli aeroporti sono quelli a poca distanza da una presa di corrente utilizzabile. I viaggiatori sono alla costante ricerca di batterie con capacità maggiore per i loro smartphone. Questa situazione vi suona familiare? L'esigenza di un consumo di energia più efficiente è una priorità per i produttori di smartphone e tablet. Non è un compromesso facile, dato che i consumatori si affidano ad applicazioni multimediali che richiedono un consumo sempre maggiore di corrente, ma allo stesso tempo richiedono batterie con una capacità maggiore. La sfida nel risolvere questo problema si concentra sul “cuore” del componente di distribuzione dell'energia di smartphone e tablet, ovvero il Pmic, un circuito integrato per la gestione dell'alimentazione.

L'evoluzione del Pmic

Al fine di soddisfare le esigenze di maggiore potenza e durata della batteria, il Pmic si è evoluto da funzione di gestione dell'alimentazione globale stand-alone a SoC complesso con regolatori di tensione e alimentazioni multiple. Quasi tutte le funzioni di un telefono possiedono specifici regolatori e alimentazioni che passano dinamicamente e istantaneamente attraverso diversi livelli di tensione, da regolazioni a piena potenza allo spegnimento con un utilizzo minimo di corrente in funzione di riposo. Le funzioni e le caratteristiche a cui siamo abituati, quali Wi-Fi, Bluetooth, campi RF, fotocamera, retroilluminazione, tastiera, altoparlante, microfono, alimentatore e vibrazione, dispongono tutte di regolatori e alimentazioni dedicati al fine di ottimizzare il consumo generale di corrente e aumentare la durata della batteria. L'evoluzione verso il dispositivo Pmic complesso pone l'Ate di fronte a nuove sfide. L'esigenza di batterie con capacità maggiore ha comportato nuove esigenze in fase di test, quali la Tensione Dinamica di Scala, un valore più basso dell'Rdson nei regolatori Buck, corrente reattiva e di riposo più basse, e una copertura di test più ampia dovuta al maggior numero di Buck, Boost, Ldo, e driver con domini a tensione multipla, oltre alle funzioni di base Adc/Dac quali Codec e Housekeeping. L'enfasi posta sulla durata della batteria abbinata all'integrazione di alimentazioni maggiormente regolate ha prodotto un Pmic complesso SoC con pin I/O superiori a 150 (fino a 200 I/O). Inoltre, l'Ate deve soddisfare le esigenze di test e offrire costi di collaudo più bassi al fine di garantire smartphone e tablet più economici per il consumatore. Il Pmic complesso ha aggiunto una funzione Dvs che aumenta la durata della batteria scalando o modificando l'ampiezza della tensione di alimentazione in modo da fornire solo la corrente richiesta per ciascuna funzione negli smartphone e nei tablet. L'ampiezza della tensione viene costantemente modulata in base alla domanda e fornisce potenza secondo la necessità. Il Dvs offre significativi risparmi di energia in confronto alla regolazione costante dell'alimentazione fissa presente sui dispositivi mobili di prima generazione. Per il test Ate, il Dvs richiede una precisa misurazione di riferimento della tensione con un'accuratezza pari a -1mV e la capacità di misurare profili di tensione a impulsi.

Regolatori buck

I regolatori buck sono generalmente le macchine più affidabili per la fornitura di energia ai Pmic complessi. Generalmente forniscono correnti regolate in un intervallo compreso tra 500 mA e 2 A (fino a 4 A a impulsi). A causa della regolazione di corrente elevata l'RdsOn può avere un impatto negativo sull'efficienza complessiva di uno smartphone o un tablet. Pertanto, l'efficienza della batteria è inversamente proporzionale all'RdsOn dei regolatori Buck multipli presenti nei dispositivi Pmic complessi. Per l'Ate, la misurazione dell'RdsOn rappresenta una corrente forzata effettiva basata su calcolo e una tensione misurata. La resistenza viene successivamente calcolata mediante la legge di Ohm, ma necessita di generazione di corrente di precisione e misurazione della tensione. Se uno degli elementi risulta impreciso, si verifica un'esposizione dell'RdsOn, che può causare double-dip, stack up di errori, che rendono nullo il parametro. In modo analogo all'avvento del Dvs finalizzato all'eliminazione delle inefficienze causate dalla regolazione costante dell'alimentazione, gli smartphone necessitano di funzioni di riposo per effettuare l'arresto o passare a uno stato di consumo minimo di corrente al fine di prolungare la durata della batteria. Ciò si traduce in una sfida per gli Ate verso una precisione maggiore, e la misurazione di livelli bassi di corrente fino a meno di 100 nA. L'Ate deve applicare un processo di diversificazione, al fine di misurare gli intervalli di corrente da un livello minimo (<100nA) fino agli intervalli da 4A a impulsi menzionati precedentemente.
I Pmic complessi hanno integrato quantità maggiori di Buck, Boost, Ldo e driver con domini a tensione multipla, unitamente a blocchi di funzioni audio e housekeeping. Il fattore dominante e l'obiettivo dell'integrazione sono rivolti alla semplificazione del processo di fornitura di corrente a tutte le molteplici funzioni e caratteristiche degli smartphone. Inoltre, le alimentazioni o i domini a tensione multipla costituiscono un'architettura più efficiente rispetto a uno schema di distribuzione costante della tensione. Per l'Ate, la sfida per il test è fornire quantità corrispondenti di risorse VI (tensione/corrente). La corrispondenza ideale è un rapporto di 1 a 1 tra risorsa VI e ciascuna alimentazione regolata presente nel Pmic complesso. La corrispondenza 1 a 1 tra risorsa VI e regolatore semplificherebbe la metodologia di test, eliminando la complessità e i costi correlati alle risorse condivise. Per risolvere il problema legato alla risorsa VI l'Ate deve offrire una densità maggiore di risorse VI a basso costo. Nelle precedenti architetture Ate, 16 risorse VI erano considerate un'ottima offerta, ma negli attuali Pmic complessi sono necessari molteplici strumenti VI con almeno 128 canali VI ciascuno.

Misurazioni di qualità

La sfida forse più grande per un Ate è rappresentata dalla capacità di offrire costantemente misurazioni di alta qualità, pur continuando a soddisfare l'esigenza di contenimento dei costi. Come indicato dai grafici, il prezzo di vendita medio dei dispositivi Pmic è in costante calo ogni anno, ma la domanda è in crescita. Per il rivenditore di Ate, è necessario soddisfare la domanda dei volumi di vendita e fornire un costo di collaudo per singola unità. Tradizionalmente, esistono due fattori di base che influenzano la capacità di contenere i costi di collaudo - tempi più rapidi di test e costi inferiori delle risorse Ate. Siamo in grado di ottenere tempi di collaudo più brevi grazie a un maggiore parallelismo nel test e soluzioni multi-Dut più elevate. Maggiore parallelismo e soluzioni multi-Dut più elevate comportano generalmente Ate con risorse più grandi o un maggior numero di canali. Ma un numero maggiore di canali si contrappone storicamente alla necessità di preservare l'esigenza economica del contenimento dei costi. Per andare in controtendenza rispetto a questo trend storico, il contenimento dei costi delle risorse Ate viene soddisfatto grazie a un miglioramento della funzione gradino relativa alla densità della risorsa, al fine di ridurre il costo medio dei canali Ate. Advantest V93K offre una soluzione Pmic che soddisfa questi trend tecnici ed economici con due soli tipi di modulo - PS1600 e DPS128. Le architetture Ate legacy richiedevano svariati tipi di modulo a funzione singola o doppia per creare una soluzione Pmic equivalente a quella offerta dai due soli moduli del V93K. L'asimmetria tra diversi moduli creava gravi problemi nella gestione della configurazione, per poter garantire il test dei Pmic di vecchia generazione su tester simili in siti diversi.

Capacità Pin universale unica
Il modulo ammiraglio della soluzione Pmic V93K è il PS1600, dotato di una capacità Pin universale unica nel settore. L'espressione Pin universale definisce la capacità di offrire funzioni di test analogico e digitale con un singolo pin. PS1600 fornisce 128 canali per modulo, che corrispondono a 128 Pin universali per modulo. Un singolo Pin universale PS1600 è in grado di offrire un'accuratezza di misurazione per tensioni inferiori a 1mV, rendendo questa la soluzione ideale per applicazioni di riduzione precise, ad elevato parallelismo. L'architettura Pin universale offre agli utenti l'accesso a molteplici risorse analogiche +16-bit per test ADC/DAC statici e dinamici, ed è ideale per le funzioni di housekeeping e voce presenti nei dispositivi Pmic. Tutte le misurazioni analogiche e RF sono più rapide grazie alle funzioni di upload nascosto ed elaborazione dati SmartCalc di V93K. Un canale PS1600 può essere utilizzato come alimentazione a bassa corrente a 56mA a 3,3V, fornendo opzioni di assegnazione di risorse per i dispositivi Pmic. Inoltre dispone di una TMU con risoluzione a 35pS per-pin che permette di misurare agevolmente l'ampiezza degli impulsi. PS1600 nasce come modulo digitale a 1600Mbps facilmente applicabile ai GPIO e ai canali di comunicazione nei Pmic.

Flessibilità e versatilità

Il modulo DPS128 V93K è stato introdotto nel 2013, è dotato di 128 canali per modulo e, come il modulo PS1600, offre grande flessibilità e versatilità. Innanzitutto, sono presenti 128 risorse VI indipendenti a 7V/1A per modulo, ogni modulo dispone di funzionamento a 4 quadranti, con ciascun canale dotato di linee di forza e rilevamento dedicate. L'abbondanza di canali VI è ideale per il test delle funzioni DVS delle alimentazioni regolate nei Pmic, la verifica delle condizioni di funzionamento di alimentazione e di carico dei regolatori Ldo, e la misurazione degli RdsOn dei regolatori Buck. Inoltre, ciascun canale del DPS128 dispone di un esclusivo Generatore di forme d'onda arbitrarie a 16 bit e di un digitalizzatore adatti per il test di applicazioni voce analogiche. Nelle architetture legacy, 16 canali di moduli Awg e Dgt erano considerati una quantità monumentale. Dato che il conteggio di base delle risorse per entrambi il PS1600 e il DPS128 è pari a 128 canali, il V93K è facilmente scalabile da una configurazione a canali ridotti a una ad elevato numero di canali. Il V93K è all'altezza del compito nell'offrire una soluzione economica multi-Dut che soddisfa sia le esigenze di riduzione dei costi date dai prezzi medi di vendita dei Pmic, sia le richieste di aumento delle quantità dettate dai rivenditori di smartphone. Il trend dell'integrazione ha comportato l'aumento a 200 del numero di pin I/O nei dispositivi Pmic. Pertanto, l'esigenza di una soluzione multi-Dut a 4-Dut o 8-Dut richiede la presenza di Ate da 800-1600 canali. La flessibilità del V93K, che permette di scalare il numero di canali in base alle necessità economiche, è di fondamentale importanza per essere in grado di offrire una soluzione percorribile di lungo termine. La scalabilità implica due ulteriori fattori di influenza sul versante economico. Uno di questi è la possibilità di adattamento a un tester ridotto da 200 canali per la caratterizzazione nella progettazione di Pmic. L'altro fattore è la compatibilità con load board (hardware) e programmi di test (software), al fine di preservare gli investimenti economici indipendentemente dal progresso delle soluzioni multi-Dut. In altre parole, non si rendono necessarie versioni aggiornate di hardware o software. Le soluzioni di programmazione vengono trasferite con facilità e la produzione avviata.
Test in continua evoluzione
Smartphone e tablet sono diventati uno strumento imprescindibile in costante crescita di popolarità e diffusione in tutto il mondo. Le aziende di ricerche di mercato hanno previsto l'affermazione di smartphone e tablet come principali fattori di crescita per il mercato dei semiconduttori, in luogo dei precedentemente più popolari Pc. Con l'aumento sempre più massiccio del loro utilizzo, grazie ad applicazioni creative e innovative, è naturale che si registri un'esigenza di prestazioni migliori delle batterie. L'aumento della capacità della batteria, ottenuto grazie alla razionalizzazione dell'utilizzo di energia, mette i dispositivi Pmic al primo posto nella sfida per i test in continua evoluzione. Fortunatamente, V93K offre una soluzione al passo con i progressi dei Pmic nell'ottimizzazione della capacità delle batterie, per il presente e il futuro.

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