簡介

40多年來，數字功能測試一直是測試領域的一部分。最早的測試系統采用簡單的靜態數字測試功能。 然而，隨著這些數字設備，模塊和系統的性能、復雜性的發展，數字測試儀器也在不斷發展。特別是，器件切換速率相關技術的持續進步已經對測試儀器和系統提供了相對更高的性能要求，而今天的高端半導體測試系統提供了具有高功耗的數GHz測試功能。

在軍事-航空航天應用，數字功能測試要求不斷的提出一系列獨特的要求和挑戰。與高端設備測試相關的測試要求不同，M-A應用主要側重于支持模塊和系統級測試。因此，不需要“先進”數字測試性能；但對于測試靈活性和功能的需求較大的情況，高速數字模塊則尤其重要。測試系統和相關的數字子系統可以支持傳統和當代電子組件組合的測試，因為這種測試系統被廣泛用于現場服務產品以及在工廠中測試新代產品。更具體地說，現場部署的測試系統（例如圖1中所示的VIPER / T）具有尺寸和功耗的附加限制—要求系統具有便攜式，并且具有高可靠性。

圖1：VIPER / T測試系統

數字子系統相關的功能包括：

支持至少50 MHz的矢量速率，每個引腳的時序，多個時間集和靈活的定序器。

提供緊湊的體積和模塊化架構，在單個機箱中支持多達512個通道。

提供寬泛的可編程驅動/檢測電壓范圍，支持傳統應用和當前技術應用。

靈活的架構，提供每個引腳的可編程性 - 最大化靈活性，適用于各種應用。

管理與這些數字子系統相關的功率要求和功耗是實現高可靠性的關鍵。現代數字子系統采用兩個主要組件—高性能ASIC或FPGA，提供所有數字邏輯，定時和序列控制; 和單片引腳電子（PE）器件，它們與數字邏輯接口，并為UUT或被測器件提供可編程電平（圖2）。

圖2：數字子系統架構

從以往的設計來講，數字子系統的引腳電子設備依賴于定制設計—離散設計，混合設備和完全定制設計。 然而，今天有商業供應商為半導體和板級測試應用生產一系列針式電子產品，提供高水平的集成和通道密度。 這些器件是實現更高通道密度的關鍵因素，同時也帶來了管理功耗和功耗的持續挑戰。

今天的數字子系統多基于開放式架構，卡模塊化平臺，如VXI和PXI標準，PXI是主導平臺。為了適應與支持M-A應用相關的許多必要特性和功能，PXI的6U外形在標準PXI電源之外提供了額外的PCB空間和靈活性，可以使用額外的電源。但是，電源管理仍然是這些數字子系統的主要關注點。考慮以下：

對于寬電壓擺幅，高壓擺率配置，每通道的功率要求可以為2.5 W或更高，32通道板僅需要80W的引腳電子器件。

所有通道都在高壓模式（25 V范圍）下工作的多板數字系統可能需要超過1200 W的功率才能實現512通道系統。

對于高通道數系統，數字子系統的總輸入功率更是超過2 KW。

如前文所述，今天的數字子系統架構由引腳電子器件和數字ASIC或FPGA組成，如上所述，PE消耗了數字子系統功耗中很大一部分。顯然，通過主動管理與PE設備相關的配置和操作條件，將可能降低整體系統功耗。

現代單片引腳電子元件采用兩個電壓軌，VH（或VCC）和VL（或VEE），支持可編程輸入和輸出電壓電平以及與被測單元的接口。這些電壓軌需要較寬的電壓范圍（-18 V至+29 V），是系統內高功耗的主要來源。 因此，通過特定測試需求，主動管理PE設備的操作條件，可以減少總平均功率。將可編程電源集成到VL和VH系統中，并根據應用的特定驅動/感應電平通過軟件嚴格控制它們，提供管理整體功耗的能力。在軟件控制下，可以通過以下方式完成有源電源管理：

采用最佳電壓軌工作 - 引腳電子元件的靜態功耗為靜態電流的VL+VH倍。但是，對于特定應用，儀器輸出的可編程電平Voh和Vol可能不接近VH和VL電源軌，如果最大電壓施加到VH和VL，無論編程的Voh和Vol電平如何，靜態功耗都很高。然而，以編程方式降低VH和VL電壓電平使得對于特定應用僅需要提供足夠的電平空間就可以滿足，這樣的方法顯著降低功耗。考慮可編程輸出電平范圍為-10 V至+15 V的情況.VH電壓需要約為20 V且VL電壓需要在-15 V左右，以便為引腳電子電路提供磁空間。如果應用要求Voh = 5V且Vol = 0V，則VH可以編程為10V，VL可以編程為-5V。此時，引腳電子元件的功耗將降低50％以上。通過主動管理VH和VL電源電壓，可以最大限度地降低功耗，從而降低工作溫度并提高可靠性。

PE設備的設計還允許關閉設備的輸出時，不影響設備的數字狀態。考慮到運行有源數字模式的有效占空比或突發時間非常短，此功能非常有用。因此，通過采用管理數字子系統電源的“智能”或“智能”儀器驅動器，平均功耗（和功耗）可降低50％以上。

可調/可編程壓擺率和器件偏置電流也提供了主動管理整個數字子系統功耗的方法。 對于那些需要高電壓擺幅的應用，通常不需要高壓擺率。因此，PE可以通過儀器驅動程序進行編程，以根據特定的測試需求獲得最佳的轉換速率和偏置電平。超過2比1的范圍可用于管理功耗。

為了證明“有效功率”管理實施的有效性，將基于VXI的數字測試系統的現有測試程序變為在采用有源功率管理實現的6U PXI數字子系統（圖3）上執行。

圖3：PXI數字子系統

與傳統的基于VXI的數字子系統相比，PXI系統在空閑條件下的功耗降低了50％以上 – 具有更低的運營成本，更低的內部工作溫度，以及更高的整體系統可靠性和正常運行時間。 通過利用現代數字引腳電子器件中的特性和功能以及“智能”儀器驅動器的使用，可以實現有源電源管理實現，從而在不犧牲系統性能的情況下消耗最小化功耗。