ATE è l'acronimo abbreviato di General Purpose Automatic Test Equipment, che originariamente rappresentava la soluzione più flessibile per soddisfare le necessità del test funzionale legate a una vasta gamma di prodotti; oggi è entrato nel linguaggio corrente col significato generico di “sistema di test elettrico”. Introdotti sul mercato dagli anni sessanta al seguito dei mini-computer e della strumentazione computerizzata in generale, gli ATE erano inizialmente sistemi con un'architettura progettata e focalizzata su specifiche necessità di test. Per anni il test elettrico è stato il principale punto di riferimento per produttori e assemblatori che avevano l'esigenza di verificare la qualità di schede e dispositivi elettronici prima di immetterli sul mercato.
Fino agli anni novanta il controllo era eseguito in un'area test dedicata e appositamente attrezzata, dove entrava il lotto in arrivo dalla produzione e uscivano le schede buone separate da quelle da rilavorare. Gli anni novanta hanno visto ridisegnare il contesto produttivo di molte aziende e l'ottimizzazione dei flussi di processo. I sistemi ATE sono usciti dal reparto test per diventare parte integrante del ciclo produttivo, fatto che ha portato a soppiantare il concetto di difettosità all'uscita del test con quello di qualità del processo. Le informazioni generate dal test sono state utilizzare per migliorare il processo, traducendo le informazioni sulle difettosità del prodotto in informazioni sulla difettosità del processo.
ATE oggi
Accanto a sistemi focalizzati su soluzioni specifiche, sono oggi presenti numerosi ATE con software e hardware di tipo standard, dove i concetti di “plug and play” e di “open system” sono il tema portante. Costituendo per molti aspetti la scelta migliore, sono sistemi che posseggono architetture software e hardware specializzate, ma offrono contemporaneamente i vantaggi di un'architettura aperta verso la strumentazione esterna, sono probabilmente la scelta migliore. Velocità, controllo, complessità dei dati, completa flessibilità di timing e un ampia gamma di tensioni sono altre caratteristiche da tenere in considerazione per adattare il sistema a richieste specifiche. La generazione di un programma di test, di tipo manuale o mediante simulazione guidata, include la presenza di diversi link che vanno dal database CAE ai sorgenti dei programmi esterni, dalla programmazione grafica ai programmi provenienti da tester diversi, dal link col debug alla generazione della documentazione. Debug e utilizzo includono delle prestazioni come stop su errore, test ciclico, salti condizionati, cambiamenti in real time e la possibilità di rilevare, mediante sonde, sia segnali analogici che digitali sulle net non accessibili del circuito sotto test. La tecnologia Boundary Scan è sovente inserita nell'architettura come test digitale seriale, accanto ad altra strumentazione commerciale capace di fornire prestazioni analogiche. Una estesa modularità è alla base della progettazione dei sistemi ATE, così che possano essere utilizzati per numerosi progetti, condividendo sia l'hardware che il software, mantenendo la stessa operatività, la stessa documentazione e un training comune. Che venga utilizzato in progettazione, in produzione oppure nell'area manutenzione, un ATE è comunque parte di un processo strutturato.
Sul significato di integrazione
Un termine sempre più ricorrente in ambito elettronico è integrazione. Il modo più semplice per far funzionare uno strumento può essere quello di stabilire una comunicazione bi-direzionale tra unità di controllo (usualmente un computer) e la strumentazione così che l'utente possa interagire con essa. Questo non può essere definito integrazione, ma è un semplice interfacciamento.
Le operazioni di programmazione scambiando stringhe di caratteri o richiamando procedure in vari linguaggi, apportare modifiche o fare il debug dei programmi richiederanno abilità e pazienza, così come il documentarle. L'integrazione degli strumenti include questo livello operativo di comunicazione, ma crea una netta demarcazione a livello di programmazione e di debug con istruzioni ad alto livello che semplificano le operazioni.I driver software forniti con la strumentazione assieme ad un ulteriore livello di interfaccia ai linguaggi ATE garantiranno un'effettiva integrazione dello strumento.
Se si dovesse cambiare il DMM perché obsoleto, sarà necessario un nuovo driver software, ma tutti i programmi di test rimarranno identici. Oltre all'enorme vantaggio di piena integrazione strumentale, l'ATE offre una soluzione per l'indirizzamento del segnale e per il cablaggio. Il back plane dell'ATE in molti casi include un bus analogico che consente l'indirizzamento diretto della strumentazione a qualsiasi pin, senza cablaggio interno ed esterno aggiuntivo. Si possono anche combinare canali analogici e digitali (canali ibridi) offrendo così all'utente la possibilità di connettere stimoli digitali ed analogici in qualsiasi momento, per la misurazione tramite qualsiasi pin dell'adattatore. Come conseguenza, non solo i costi delle fixture sono molto ridotti, ma anche i programmi di test diventano molto più semplici da implementare.
Test bench
Un ambiente convenzionale di test è il banco prova o test bench, che include un'interfaccia per la generazione di segnali stimolo e la ricezione delle risposte, con sequenze e controlli guidati da una specifica procedura. Stimoli e risposte vengono generalmente creati da alimentatori standard e strumenti di laboratorio, da commutatori, da carichi, ed eventualmente anche da dispositivi custom. La realizzazione della fixture, per l'indirizzamento del segnale e la connessione hardware con la UUT (Unit Under Test) è la parte critica del dispositivo di test. Usualmente la fixture è dedicata alla singola applicazione e richiede una messa a punto manuale. La sequenza di test (e il controllo) è generalmente manuale, a volte assistita da un PC ed è definita sulla base di un protocollo scritto o di una procedura.
I banchi prova, tarati per uno specifico prodotto, hanno il vantaggio di una struttura limitata e sono relativamente low-cost. Non hanno però la flessibilità necessaria per soddisfare richieste relative a prodotti diversi fra loro e a volte potrebbero essere inadeguati quando sono richiesti un numero elevato di stimoli e di risposte. I banchi prova vengono spesso allestiti nei reparti di progettazione, dove la strumentazione è facilmente reperibile e non manca il know-how. A parte alcune eccezioni non sono idonei per i test di produzione o per gli ambienti di manutenzione.
Il sistema di test funzionale
Il test funzionale è indispensabile ogniqualvolta la criticità dell'applicazione oppure il rapporto costo/complessità del prodotto finale richieda un'elevata garanzia di affidabilità nel tempo. È un sistema utilizzato per verificare un misto di circuiti digitali e analogici, di memoria e di potenza, che lavorano a volte in radiofrequenza, e che spesso richiedono strategie di test differenziate. L'utilizzo sempre crescente di prodotti elettronici contenenti un'auto diagnosi (built-in self test) riduce, ma non elimina, il costo del test funzionale.
Questi sistemi eseguono il test di un elevato numero di circuiti funzionali critici, così come quello della verifica strutturale, svolgono inoltre funzioni di complemento nella ricerca di quei guasti eventualmente non rilevati nelle precedenti fasi di test. Il tutto richiede un elevato numero di stimoli che devono essere continuamente applicati all'unità sotto test, contemporaneamente al monitoraggio di un altrettanto elevato numero di risposte, con il pieno controllo della loro esecuzione. Il test funzionale può essere utilizzato in diverse fasi della vita di un prodotto; il primo impiego è a livello di progettazione, per verificare il funzionamento di nuovi dispositivi prima della loro introduzione sul mercato, ma è altrettanto utile inserirlo in produzione, come parte integrante di un processo strutturato. Nell'ambito del servizio tecnico si rivela uno strumento strategico per ridurre il costo di riparazione delle schede di rientro dal campo e di conseguenza per certificare la loro funzionalità prima che vengano riutilizzate. In produzione il test funzionale può essere eseguito sia a livello di scheda (terzo livello) che a livello di sottosistema (secondo livello). Spesso i due livelli si fondono per unire Pcb e sottosistemi in un unico modulo.
Concettualmente (sebbene riduttivamente) un sistema di test funzionale è un sistema che automatizza le operazioni di un banco prova. Generalmente il computer costituisce il cuore del sistema e controlla con un bus dedicato una serie di strumenti programmabili. L'indirizzamento e la connessione alla UUT sono per lo più completamente automatizzati e gestiti via software. Gli strumenti e le risorse generiche sono raggruppate all'interno di uno o più rack. Le risorse digitali si trovano su un altro rack dedicato, mentre altri contengono le matrici di switch per connettere gli strumenti analogici.
Grazie all'automazione, il tempo di set up, il tempo di test e le varie operazioni correlate sono molto più veloci e semplici rispetto ad un normale banco di prova. La generazione di un programma di test non è necessariamente più semplice, ma la documentazione richiesta è sensibilmente ridotta.
Le fixture sono mediamente complesse e il loro costo per un progetto completo, che include qualche decina di moduli, è piuttosto elevato. Quando vengono accettati dei compromessi nella scelta dell'hardware, il costo viene spostato inevitabilmente sullo sviluppo del programma, con l'ingegneria di collaudo che dovrà farsi carico delle prestazioni limitate del sistema. La povertà di linguaggio dedicato al test limita l'interfaccia utente e gli strumenti di debug e più in generale, un'architettura software molto povera, avrà un impatto negativo sui tempi e sui costi dello sviluppo del test. Uno sguardo più attento a soluzioni alternative, in particolare verso quei sistemi che combinano i vantaggi di una soluzione custom con quelli di un'architettura aperta, potrebbe offrire la soluzione ottimale. Anziché sviluppare piattaforme specifiche, le risorse tecniche aziendali sarebbero investite per sviluppare nuovi programmi di test. Anche se le architetture dei sistemi di collaudo sono simili, le procedure di test in produzione possono essere abbastanza diverse da quelle utilizzate per la gestione delle schede e dei sottosistemi da parte del servizio tecnico.
Nell'ambito della manutenzione anche il luogo in cui avviene il test può giocare un ruolo fondamentale, sempre più raramente l'unita può essere testata e riparata sul campo, solitamente è inviata a un centro di assistenza o direttamente in fabbrica. Il test funzionale può essere configurato in molte forme, ognuna della quali offre vantaggi e svantaggi in termini di costi, tempi ed efficacia.
Concettualmente il metodo più semplice per verificare se un'unità funziona correttamente è di inserirla in un sistema campione (muletto o Mock-up test subsystem).
Se funziona, c'è un'alta probabilità che l'unità sotto test sia buona, se non funziona, il tecnico identifica la causa del guasto per poi eliminarla. Questo approccio ha diversi svantaggi e raramente risulta efficace, anche se viene utilizzato a complemento di altre strategie di ispezione. In primo luogo il costo del muletto potrebbe essere più alto di una tradizionale piattaforma di test, in particolare se questa è condivisa con altre applicazioni; mantenerlo in condizioni “di sistema campione” può essere oneroso in termini economici e di tempo. Infatti non e' sufficiente inserire l'unità da verificare nel sistema, è necessaria un'adeguata sequenza operativa per assicurare un funzionamento corretto o per diagnosticare il non funzionamento. Il costo e la complessità delle sequenze di test possono essere molto alti e richiedere la presenza di tecnici specializzati. Nel caso in cui vengono apportati degli adattamenti particolari, il nuovo debug dell'unità diventa costoso. Potrebbe essere troppo gravoso per un centro di assistenza la necessità di dover disporre di più sistemi diversi tra loro, ognuno con una specifica documentazione e istruzione d'impiego, training e manutenzione.
