Embedded-Instrumentierung Neues Zeitalter für elektronische Test- und Messmethoden

Die Elektronikhersteller haben ganz unterschiedliche Einstellungen gegenüber Tests und Messungen. Für einige ist das Thema zweitrangig, andere hoffen einfach, dass schon alles in Ordnung sein wird. Für wieder andere sind Tests und Messungen aber ein ganz entscheidender Punkt.

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Mehrere Produktrückrufaktionen und spektakuläre Fehlschläge in der Industrie haben in den vergangenen Jahren für großes Aufsehen in den Medien gesorgt und deutlich gemacht, wie wichtig die Produktqualität – abgesichert durch Tests und Messungen – für die wirtschaftliche Lage, ja sogar für das Überleben eines Herstellers sein kann.

Seit einigen Jahren befindet sich die Embedded-Instrumentierung als Test- und Messmethode zur Sicherung der Qualität von Chips, Leiterplatten und Systeme auf dem Vormarsch. Was aber genauso wichtig ist: Embedded-Instrumentierung wird auch einen entscheidenden Beitrag zu den technischen Fortschritten der Industrie leisten, die in den Augen vieler Experten unweigerlich erzielt werden.

Was ist eigentlich Embedded-Instrumentierung?

Messinstrumente werden nun schon seit einiger Zeit in Chips, auf Leiterplatten und in Systeme eingebaut. Im Prinzip enthält Embedded-Instrumentierung immer eine Art von Test- und Messlogik, die auf der Chip- und Board-Ebene eingebunden ist. Der Halbleiterhersteller implementiert diese Instrumente beispielsweise zur Charakterisierung, zum Debuggen oder zum Testen seiner Chips. Oder Board- und Systemdesigner betten eigens entwickelte Instrumentierung bzw. gekauftes IP in die ASICs, FPGAs und die anderen programmierbaren Logikbausteine ihrer Designs ein.

Bis vor kurzem war ein Großteil der Embedded-Instrumentierung streng zweckgebunden. Beispielsweise diente ein Instrument, das ein Chipanbieter für das Debugging einer Komponente eingebettet hatte, ausschließlich diesem Zweck und wurde für den Board-Designer gesperrt. Oder ein Instrument für Boardtest-Zwecke in einem ASIC ist nicht mehr nutzbar, sobald das Board in einem System im Feld implementiert wird, wo Servicemitarbeiter dieses Instrument für Diagnosezwecke sinnvoll verwenden könnten.

Diese Einschränkungen werden jetzt abgebaut, da die Verlagerung der Validierungs-, Test- und Debug-Routinen von den Chips auf die Leiterplatten und letztendlich in die Systeme im Feld wesentlich effektiver und kostengünstiger ist, als neue Routinen in jeder Phase des Lebenszyklus zu entwickeln. Die Vorteile der Embedded-Instrumentierung summieren sich über den gesamten Lebenszyklus eines Systems hinweg – angefangen mit den ersten Phasen des Chip-Designs bis hin zu Servicearbeiten im Feld.

Warum ist Embedded-Instrumentierung überhaupt erforderlich?

Seit den Anfängen der Elektronikindustrie nutzen Designer und Fertigungsingenieure externe Instrumente wie Oszilloskope und Logik-Analyzer zur Validierung von Designs, zur Verifizierung der Signalintegrität auf Chip-zu-Chip-Verbindungen, I/O-Bussen und zur Fehlerdiagnose. Später kamen große, teure und hardwareintensive Geräte wie ICT- (In-Circuit Test), MDA- (Manufacturing Defect Analyzer) und Flying-Probe-Systeme für Fertigungstests hinzu.

Alle diese Validierungs- und Testgeräte arbeiten mit einer Sonde, die für die Anwendung von Testmustern und das Auslesen von Ergebnissen den physischen Kontakt mit einem Testpad oder einem Bausteinanschluss erfordert. Aufgrund der wachsenden Komplexität und Geschwindigkeit von Chips, Bussen und Systemen in den letzten Jahren und mit der zunehmenden Dichte und Integration von Halbleiterkomponenten auf Boards treten die Unzulänglichkeiten von kontaktgebundenen Test-Technologien auf der Basis von Sonden nur allzu deutlich zutage.

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