מרי-ג’יין הייז, Agilent Technologies
מאמר זה מתאר את התפקיד המרכזי שממלאים אוסילוסקופים בבדיקה ובניפוי (debug) החל משלב התכנון, הפיתוח ויצור מוצרים אשר יוצרים אותות חשמליים כגון מעגלים משולבים, FPGA ותקשורת אפיק (bus) סריאלי. האוסילוסקופ מספק בצורה עקבית ייצוג וויזואלי מדויק של האות. אחת מאפשרויות המדידה המקצרות משמעותית את זמני הניפוי והבדיקות של ההתקנים שלך הינה בדיקות מסיכה (Mask Testing).
מה זה בדיקות מסיכה?
בדיקות מסיכה באוסילוסקופ פועלות על ידי השוואת צורת גל שנלכדה ל”מסיכה” (mask) המורכבת מגבול עליון של צורת גל ומגבול תחתון של צורת גל. צורת הגל שנלכדה ‘עוברת’ אם כל נקודה שבה ממוקמת בין שני הגבולות (העליון והתחתון), ו’נכשלת’ אם נקודה חורגת מעבר לגבול העליון או התחתון. בדיקות מסיכה נקראות לעיתים גם בדיקות “pass/fail” (“עובר/נכשל” ) או “go/no go” מכיוון שהן מספקות דרך מהירה וקלה לבדוק עמידה של אותות בתקן ספציפי כמו גם לחשוף אנומליות בלתי צפויות של אותות כגון תקלות (glitches). היישום מאפשר לך לרכוש צורת גל “מוזהבת” ולאחר מכן להגדיר את גבולות הסבולת של האות כדי ליצור מעטפת בדיקה. הוא מזהה אוטומטית את צורות הגל אשר סוטות מהתקן, ומאפשר לך לקבל יותר תשובות בפחות זמן.
זה אידיאלי עבור ייצור או שירות בו הינך צריך להשוות את הפלט של התקן חדש לפלט של התקן ידוע וטוב. אם הפלט מההתקן החדש ממוקם בין הגבול העליון לגבול התחתון, ההתקן עובר. אם הפלט מההתקן החדש חורג מעבר לגבול העליון או התחתון, יש לבצע התאמות להתקן החדש בניסיון להביאו לתאימות עם המפרטים הרלוונטיים. עם יישומי ניטור רציף של צורות גל כמו בדיקות מסיכה, משתמשים באוסילוסקופ כדי לבצע ניטור רציף של צורת גל לצורך בדיקת מפרט מהירה כמו גם בדיקות אינטנסיביות למטרות איכות. בדיקת מסיכה הינה בדיקה של גבול פרמטרי חשמלי היכולה לספק מידע חיוני אודות ההתקן הנבדק כגון בדיקות עובר/נכשל של צורות גל, קצב הכישלונות של צורת גל עם סטטיסטיקות מצטברות, הצגת מיקום יחסי וגודל הכישלונות. היישום אף יכול לשלוח אות הפעלה (ו/או אזעקה) כדי להתריע על צורת גל שנכשלה ויש לו היכולת לשמור את התמונה ונתוני הבדיקות על זיכרון USB נייד או לבצע הדפסה במקרה של כישלון.
תרשים 1. מציג יישום בדיקות מסכה של אות של התקן הנבדק כנגד צורת גל טובה ידועה בשימוש באוסילוסקופ InfiniiVision מסדרה-X של Agilent.
תרשים 2. מראה אות עם ריצוד, הצבע האדום מדגיש את השגיאות. האוסילוסקופים מסדרה X של Agilent, יכולים לבדוק מעל 13 מיליון צורות גל תוך מספר שניות.
מדוע צריך להיות אכפת לי אם בדיקות המסיכה מבוססות חומרה?
ניתן ליישם בדיקות מסיכה באמצעות טכנולוגיות חומרה או טכנולוגיית תוכנה של עיבוד לאחר מעשה (post-processing). כאשר הן מבוססות על טכנולוגיית עיבוד אינטנסיבי בתוכנה, הן נוטות להיות איטיות מאוד ואינן מסוגלות לבדוק במהירות מספר גדול של צורות גל מכיוון שהן מעבדות ולא לוכדות נתונים. כאשר בדיקות המסיכה מבוססות על חומרה, הן הרבה יותר מהירות. זה מציע הספק בדיקות שהינו מהיר בכמה סדרי גודל מיישומים מבוססי תוכנה, וסטטיסטיקות עובר/נכשל הינן זמינות כמעט מיידית. רמה זו של מהירות בדיקות מסיכה יכולה לספק תובנות מהירות להאצת תכנון מפיתוח ועד יצור מכיוון שהיא מאפשרת בדיקות של קבוצת דגימות משמעותית יותר בפרק זמן קצר יותר. זה יכול לשמש בבדיקות איכות להשגת תקני שש סיגמה כמו גם להאצת זמני בדיקות היצור. אם הינך צריך לאמת את האיכות והיציבות של הרכיבים והמערכות האלקטרוניים שלך, יישום בדיקות מסיכה מבוסס-חומרה יחסוך לך זמן בדיקות רב-ערך.
תרשים 3. הרצת בדיקה במשך שניות ספורות מספקת סטטיסטיקות של עובר/ נכשל על יותר מ- 28 מליון צורות גל וגילוי של יותר מ- 11 אלף שגיאות. תוצאות אלה הניבו במקרה זה קצב שגיאות של .0.0038%
תרשים 4. מראה איך בדיקות מסיכה מבוססות-חומרה יכולות לספק סטטיסטיקות מפורטות בזמן אמת ולהשיג איכות סיגמה של מעל 6.7 תוך מספר שניות.
איך יישום בדיקות מסיכה מבוססות-חומרה משפר את עבודתי?
בייצור ובמחקר ופיתוח, עליך לוודא שההתקן שלך פועל בהתאם למפרטים הנדרשים על מנת לאמת את האיכות והיציבות של ההתקן. ההתקן יכול להימדד באמצעות אוסילוסקופ על מנת לבדוק מאפייני אות שונים כגון מתח peak-to-peak, תדר, מתח RMS ושִׁהוּי (delay). במידה רבה, השינוי החשוב ביותר עם טכנולוגיה מבוססת-חומרה בבדיקות מסיכה הינו המהירות. מכיוון שהיא מציעה דרך מהירה וקלה לבדוק את התאמת האותות שלך לתקנים ספציפיים כמו גם יכולת לחשוף אנומליות בלתי צפויות של אותות כגון תקלות (glitches). היא מספקת נתונים בעלי ערך המאפשרים אפיון של הביצועים והיציבות של המערכת השלמה. זה מבטיח שהתכנון יניב תפוקה גבוהה ביצור ויעניק לך ביטחון גדול יותר בתכנון שלך מכיוון שמספר צורות הגל שהינך יכול לבדוק הינו מאות אלפי צורות גל לשנייה לעומת מספר אלפים בלבד במערכת מבוססת-תוכנה.
בבדיקות יצור, היכולת לארגן בדיקת “עובר/נכשל” עם גבולות מוגדרים מראש עם היכולת לבדוק במהירות מאפייני התקן הינה רבת-ערך. בנוסף, בדיקת מאות אלפי צורות גל מבטיחה יציבות תהליך לטווח ארוך ואיכות שש סיגמה. כאשר עובדים עם תקנים של התעשייה, ניתן ליצור מסיכות על מחשב אישי תוך שימוש בעורך טקסט. לאחר מכן המסיכה מיובאת לאוסילוסקופ באמצעות זיכרון USB נייד ויישום בדיקות המסיכה מאורגן לשימוש עם המסיכה שנוצרה. היכולת לתעד כה הרבה בדיקות ולראות את קצב השגיאות של ההתקן מאפשרת לטכנאים ומהנדסים לדווח בביטחון על קצב הכישלונות השנתי הצפוי של חלק או להבטיח התאמה לתקני האיכות של סיגמה. עם מערכת מבוססת חומרה, הינך יכול לבדוק די צורות גל כדי להשיג שש סיגמה תוך מספר שניות.
בנוסף, אנו יכולים לראות שהאות הספציפי הזה הינו בעל איכות “סיגמה” ביחס לסבולת המסיכה של בערך 6.8σ תודות למספר הגדול של צורות גל שהיה אפשר לבדוק בזמן כה קצר. בדיקות מסיכה יכולות להיות בשימוש חוזר כדי להבטיח שהאותות עונים על המפרטים הנדרשים. זה מהיר בכמה סדרי גודל מבדיקה ידנית של מדידות אינדיבידואליות של האות ומספק אמינות גבוהה יותר מכיוון שהאות כולו ניתן להערכה מול אות נכון על מנת לאתר אנומליות באות. התוצאה הינה שבדיקות מסיכה חוסכות זמן וכסף על ידי וידוא שהלקוחות יקבלו מוצרים בעלי איכות גבוהה יותר מוקדם יותר.
בדיקות מסיכה מבוססות חומרה מאיצות את בדיקות אבטחת האיכות
אבטחת איכות (QA) הינה גישה שיטתית לתכנון ואספקה של תהליכים להענקת ביטחון ועמידות של איכות מוצר. כחלק מתהליך ה-QA, יש לבדוק ולאמת את פעולת המוצר פעמים רבות בכל שלב. כל התקן נתון לבדיקות אלו כדי להבטיח שהוא תואם תקנים של תכנון וביצועים ושומר על קצב פגמים נמוך. התהליך האידיאלי להשגת איכות גבוהה הינו לבדוק שאותות משיגים סטנדרטים של איכות גבוהה (קצבי כשל/שגיאות נמוכים) באמצעות מספר גדול של דגימות בלי להשפיע על זמני הבדיקות. זה מבטיח מוצר איכותי תוך כדי האצת זמן ההגעה לשוק, שביעות רצון גבוהה יותר של הלקוחות, ומעניק למתכננים ולמהנדסים חזרה זמן רב-ערך ליצירת תכנונים חדשים במקום לתקן תכנונים ישנים. עם בדיקות מסיכה מבוססות-חומרה הינך יכול לבדוק מספר גדול של דגימות תוך מספר שניות כדי להשיג תקן איכות שש סיגמה. לא רק שאין הבדיקות הללו משפיעות על זמני הבדיקה, אלא הן בעצם משפרות אותם מכיוון שזה לוקח רק מספר שניות להשיג איכות גבוהה כזו.
בתמונה: אוסילוסקופ InfiniiVision מסדרה X של Agilent, המספק בצורה עקבית ייצוג וויזואלי מדויק של האות כמו גם יכולות מדידה המקצרות את זמני הניפוי והבדיקות.
סיכום
בדיקות מסיכה מבוססות-חומרה ישנו את האופן בו הינך מבצע את עבודתך בבדיקות של מחקר ופיתוח וייצור כאחד. במחקר ופיתוח, מהנדסים יכולים לבדוק אותות שהם מפתחים על ידי חזרות רבות על צורות גל. ככל שרבה יותר כמות צורות הגל שהם יכולים לבדוק, כך גדל הביטחון שלהם שהתכנון שלהם פועל בצורה נכונה. בייצור, מהנדסים חייבים לבדוק אותות כדי להבטיח שלקוחות אינם מקבלים יחידות פגומות. בדיקות מסיכה מבוססות-חומרה מספקות יותר אמינות מהר יותר מבדיקות מבוססות תוכנה. התוצאה הינה שבדיקות מסיכה חוסכות זמן וכסף בתכנון וייצור ומבטיחות שהלקוחות יקבלו מוצרים איכותיים יותר מוקדם יותר. זמננו יקר, וכאשר מומצאת טכנולוגיה המקטינה את כמות הזמן שאנו משקיעים בבדיקות חוזרות, היא מאפשרת לנצל את הזמן שהתפנה לעבודה על תכנונים חדשניים נוספים עבור השוק.
