善用硬體觸發輸出，大幅縮短自動化測試設備 (ATE) 測試時間
- Sonya Chan
- 9月7日
- 讀畢需時 5 分鐘
自動化測試設備 (ATE, Automated Test Equipment) 是現代化生產設施中不可或缺的核心，所有待測物 (DUT, Device Under Test) 都必須通過嚴格的極限值量測，以確保其在終端使用者操作下的絕對安全與高度可靠性。
生產設施的首要目標，是確保所有測試項目都被精準執行，並完整涵蓋所有必要的測試案例；然而，為了滿足產能需求，測試流程也必須在最短時間內完成，這兩者之間往往需要權衡取捨，在典型的 ATE 系統中，示波器是關鍵的組成部分，而 Rohde & Schwarz 的 MXO 系列示波器，憑藉其獨特的專用「等待觸發 (waiting for trigger)」硬體訊號，能夠顯著提升整體測試工作流程的效率與產量。
所面臨的測試任務
為生產線設計與操作 ATE 是一項複雜的工程，尤其當系統中整合了來自不同供應商的儀器時，控制與維護的複雜性便會大幅增加。在確保測試完整性的大前提下，如何有效縮短測試時間，便成為提升產能的關鍵優化步驟。
在傳統的自動化流程中，判斷一台測試儀器何時完成準備，往往需要透過軟體輪詢狀態訊息，或是在程式中加入一段固定的等待時間；示波器的運作流程，包含觸發擷取、捕捉波形、執行量測等一系列動作，因此，準確掌握示波器何時準備好進行下一次擷取，不僅至關重要，更是有效加速整體測試時間的核心所在。
等待法 (Waiting) | 軟體輪詢法 (Polling) | 觸發輸出同步法 (Trigger-out) |
執行單次擷取 | 執行單次擷取 | 執行單次擷取 |
等待 | 輪詢狀態位元組 (STB) | 示波器就緒 |
啟動測試設備 | 等待觸發？ (否) | (觸發輸出) |
等待 | 等待觸發？ (是) | 啟動測試設備 |
查詢量測結果 | 啟動測試設備 | 擷取完成 (*OPC? = true) |
擷取完成 | 擷取完成？ (*OPC? = true) | 查詢量測結果 |
查詢量測結果 | ||
擷取完成 |
Rohde & Schwarz 解決方案
在任何 ATE 架構中，測試儀器與控制軟體之間的同步都是隱含的必要條件，而判斷示波器是否準備就緒，可以透過以下三種方式處理 。
MXO 系列示波器可利用專用的「等待觸發」硬體訊號，徹底改善傳統工作流程的效率瓶頸。
1. 等待 (Waiting)
最直接、但效率與可靠性最低的方式，便是在控制腳本中強行加入等待指令，這種高度非同步的工作流程，需要先啟動示波器的觸發，接著進行一段時間的「盲目等待」，然後啟動其他測試設備，再等待一段時間讓示波器（理論上）完成擷取與量測，最後才查詢資料 。
顯然，這種方法的風險極高，如果等待時間設定過短，可能導致量測結果不正確，進而需要耗時的重複測試；反之，若等待時間設定過長，則會嚴重浪費寶貴的產線時間，降低產能，此外，控制軟體還可能需要額外的例外處理機制來應對逾時 (timeout) 等異常情況，此方法雖然實作簡單，或許可作為開發階段的臨時方案，但其高度不確定性使其完全不適用於要求穩定性的生產環境。
2. 輪詢 (Polling)
相較於等待法，輪詢法雖然實作較為複雜，但通常能確保穩定的操作，其原理是利用儀器的狀態位元組 (STB, Status Byte)，其中包含了示波器當下的重要狀態條件 。
要有效運用 STB，通常需要深入研究儀器的操作手冊，因為其運作機制可能相當複雜，此方法會讓控制軟體的執行緒進入一個迴圈，持續向儀器發送查詢指令，直到接收到預期的狀態回覆為止，重要的執行步驟包括：
啟動儀器 (RUNSingle, *OPC?)
輪詢 STB 以確認儀器是否處於「等待觸發」的狀態
啟動其他 ATE
輪詢 STB 的 OPC (Operation Complete) 位元，確認擷取是否完成
雖然需要投入時間來開發與實作輪詢機制，但在缺乏硬體同步訊號的情況下，輪詢 STB 可能是唯一可靠的軟體實作方法，但這種方式會佔用控制電腦的資源，並在通訊過程中產生延遲。
3. 觸發輸出同步 (Trigger-out synchronization)
前述工作流程的一種變體，是在一開始就使用標準可程式化儀器命令 (SCPI, Standard Commands for Programmable Instruments) RUNSingle; *OPC?，第一個命令會啟動儀器，而第二個命令則會在擷取完成後回傳 true 。
然而，這種作法存在一個顯著的限制，因為程式的執行會被暫停，直到儀器回傳 true 為止，這使得控制軟體在這段期間無法啟動其他測試設備，如果儀器回應時間過長，甚至可能引發可互換之虛擬儀器軟體架構 (VISA, Virtual Instrument Software Architecture) 的逾時錯誤。
為了解決這個瓶頸，最佳方案是利用一個專用的實體觸發輸出 (trigger-out) 訊號，它將儀器的狀態同步從軟體層級提升到硬體層級，實現了近乎零延遲的系統互動。
MXO 系列示波器提供了一項關鍵功能，可以將過去只能透過軟體輪詢 STB 存取的「等待觸發」狀態位元，直接路由到實體的觸發輸出埠，如圖 2 所示，這個觸發輸出埠接著可以連接到 ATE 系統中的其他儀器，當示波器準備好接收觸發時，便會立即送出一個硬體訊號，通知其他儀器開始運作，如圖 3 所示。
這種以硬體為基礎的同步方式，其程式設計工作流程如圖 1 右側所示，典型的命令 RUNSingle; OPC? 用於啟動示波器，接著示波器的就緒狀態會透過硬體訊號即時傳遞，一旦擷取完成，OPC? 命令便會回傳 true，腳本即可繼續執行後續步驟。
MXO 系列的卓越性能源於其搭載的 MXO-EP 處理晶片，使其擁有每秒超過 450 萬次波形的全球最快更新率，這種高速擷取與處理能力，結合 12 位元 ADC 的高垂直解析度與低雜訊特性，確保了在極短時間內完成的每一次量測都兼具速度與精準度，對於需要多通道同步量測的複雜 ATE 系統，MXO 5 與 MXO 5C 系列更提供 8 個類比通道，其中 MXO 5C 的小型化設計尤其適合空間有限的測試機櫃。
總結
在追求極致產能的自動化測試環境中，傳統依賴軟體輪詢或固定等待的同步方法，已成為限制整體效率的顯著瓶頸，這些方法不僅增加了程式設計的複雜性與不確定性，更直接導致寶貴的測試時間在無謂的等待中流失 。
Rohde & Schwarz 提出的解決方案，是透過 MXO 系列示波器內建的實體「等待觸發」硬體訊號，徹底顛覆了傳統作法。這種硬體級的同步機制，將儀器間的溝通從緩慢且不確定的軟體層級，提升至即時、精準的硬體層級。其優勢顯而易見：它不僅徹底消除了因軟體延遲與逾時錯誤所引發的風險，更大幅簡化了 ATE 系統的控制邏輯。
最終，這表示更短的測試週期、更高的測試穩定性，以及最直接的產線產量提升，對於任何尋求在不犧牲測試精準度的前提下，最大化自動化測試效率的產線而言，採用具備硬體觸發輸出功能的 MXO 系列示波器，無疑是實現此一目標最具說服力且最可靠的策略。
