3V電源のICに対応したテスターの開発

株式会社会社ペリテックが過去に開発した3V電源のICに対応したテスターの開発事例を紹介します。

背景

電子部品メーカー様より次のような依頼がありました。「現在、工場内で稼動しているICテスターは、数千万円する。追加購入して稼動したいのだが、高価なのでNI(旧社名：National Instruments)の製品を使用して同等なICテスターを開発できないか」という内容の御相談でした。3V電源のICなのでTTLレベル以外のデジタル信号制御が必要なのですが、装置構成と検査内容について検討を行った結果、NI製品を使用して稼動中のテスターと同等な機能を実現できる見通しが立ち、実際にテスターを開発して性能を比較することになりました。

課題

1.端子ダイオードテスト、端子ショートテスト

ICの基本テストである、端子ダイオードテストと端子ショートテストを実現するためには、数多くある端子の接続先を切り替えて計測するためのスイッチとマルチメータが必要になります。

2.ICとの通信

ICの電源は3Vであり、外部との通信も0～3Vで行うため、0～3Vのデジタル信号制御を行う必要があります。

3.ICの機能テスト

電圧計測、電流計測、周波数計測、波形解析など45項目の検査を行ってICの正常動作を確認する必要があります。

4.DUT基板のリレー制御

ICを搭載するDUT基板内のリレーを機能テストに応じて制御する必要があります。

5.2個同時に試験できること

6.1ヶ月でソフトウェアを完成させること

ソリューション

システム構成

NI社製PXIシャーシ（18スロット）とPXIコントローラ（PXI-8186）を使用してシステムを構築しています。DC電源と信号発生器はGP-IB I/Fで制御します。

ソフトウェア

メイン画面には以下の項目が必要となります。

検査日の設定（年、月、日）
ICモデル名と型式の設定
検査するICの選択
手動スタート、自動スタートの設定
検査結果のファイル保存選択
検査中ランプと検査結果表示

検査を実行するプログラムは、TestStandのシーケンスファイルにLabVIEWで記述した各検査VIを順番に並べて作成します。

結果

1.端子ダイオードテスト、端子ショートテスト

スイッチ（NI PXI-2503）とデジタルマルチメータ（NI PXI-4070）を使用して実現することができました。

2.ICとの通信

デジタルパターンI/O（NI PXI-6551）を使用して、0～3Vのデジタル信号制御を実現しました。このボードは、電圧レベルを-2.0V～5.5Vまで10mVステップで設定することができます。

3.ICの機能テスト

マルチファンクションDAQ（NI PXI-6281）、音響・振動解析用DAQ（NI PXI-4461）、カウンタ（NI PXI-6602）及びNI LabVIEWの解析関数（高調波アナライザ、実効値など）を使用して機能テストを実現することができました。

4.DUT基板のリレー制御

デジタルI/O（NI PXI-6508）を使用し、中間にリレー駆動回路を入れて制御しています。また、上位ハンドラとの通信も、このデジタルI/Oで行いました。

5.2個同時に試験できること

2個同時に試験するために、スイッチ、デジタルマルチメータ、音響・振動解析用DAQの各ボードを複数枚搭載しています。NI TestStandのマルチスレッド機能を使　用して、2個あるいはどちらか片方の試験を行う場合は、上位ハンドラからの指示をソフトウェアが認識して試験を実行し、合否判定結果を返します。

6.1ヶ月でソフトウェアを完成させること

ソフトウェア開発にTestStandとLabVIEWを使用して開発期間の短縮を実現しています。

開発のポイント

検査時間が開発のポイントとなります。ICテスターとしての機能を満足するとともに、検査時間も稼働中の装置と同等でなければなりません。目標は検査1回30秒でした。端子ダイオードテスト、端子ショートテスト以外の検査項目が45項目あり、各検査において、1.ICとの通信、2.信号発生器の設定、3.計測ボードを使用した計測を行うと45項目の検査だけで30秒くらいかかることが予想されました。問題は、端子ダイオードテスト・端子ショートテストにどれだけ時間がかかるかです。
端子ダイオードテスト・端子ショートテストは、スイッチ切り替えを60回、電圧と電流計測を30回行います。事前にプログラムを作成してテストしたところ、スイッチ（PXI-2503）とデジタルマルチメータ（PXI-4070）の組み合わせで1回の計測が10ミリ秒程度で実行できることがわかりました。GPIB制御のデジタルマルチメータを使用すると200ミリ秒位かかるので20倍速いです。
最終的に端子ダイオードテスト・端子ショートテストは、1秒程度で検査できています。

まとめ

低電圧ICの制御に柔軟に対応できるNI製品

近年、電池を電源として動作するICの需要が増えてきています。携帯電話、デジタルカメラ、携帯音楽プレイヤーなどに使用されるICです。これらの装置には、低電圧で動作するICが組込まれています。低電圧で動作するICを検査するためには、TTLレベル以外のデジタル信号制御が必要となります。NI製品は、低電圧ICの制御にも柔軟に対応できることが、今回の開発で実証できました。