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PDFここ10年以上の間に、PXIプラットフォームの品揃えが充実し、業界でも最高性能の計測器を備えるまでになりました。
SMU (source measure unit)と高速デジタルI/Oが製品のラインナップに加わったことで、PXIは半導体チップテストなど、新しいアプリケーション分野でも使用されるようになりました。モジュール式で小型のPXIをNI LabVIEWソフトウェアで使用することにより、フレキシブルなテストシステムが実現します。このフレキシブルなテストシステムは、半導体の設計やテストに携わるエンジニアが直面している課題の解決に役立ちます。今日、ON SemiconductorやAnalog Devicesなどの企業が、性能評価や製造段階におけるテストの品質向上、コスト低減などの課題を全て解決するソリューションとして、PXI、LabVIEWの導入を始めています。NIだけでも現在300種類以上のPXI製品を提供しており、PXIを提供している他の70社近い企業の製品と合わせると、PXIボードの数は1,500種類以上に上ります。NIでは今後もPXIプラットフォームでの機能の充実と、半導体分野のお客様のニーズへの対応を目指した投資を継続してゆく予定です。
この度発表されたNI PXI Semiconductor Suiteは、10種類の新製品で構成されています。これらの製品を使用することにより、ソフトウェア定義型のチップテストシステムでもPXIやLabVIEWの機能が活用できるようになります。同パッケージでは、200 MHzまでのデジタル計測が行えるほか、10 pA分解能のDCパラメータ測定、従来器よりも速いRFチューニング、高速デジタル信号挿入スイッチが揃っています。また、WGL (Waveform Generation Language)やSTIL (Standard Test Interface Language)ベクターフォーマットを直接インポートすることもできます。
これらの計測器を従来のNI製計測器と比較すると、シングルエンドのクロックレートは2倍に、電流感度は数十倍になっています。同パッケージに含まれる10種類の新製品は互いに連動し、SMU上のシーケンスエンジンのような新機能が利用できるほか、デジタルI/Oのタイミング制御機能が向上しており、半導体のチップテストに最適な製品となっています。
表1. NI PXI Semiconductor Suiteには、新しいDC、デジタル計測器、RF計測機、スイッチ製品の他、ファイル取り込み用ソフトウェアも入っています。
高精度DC計測
半導体部品の検証や特性評価を行う上で、パラメータ測定は非常に重要で、デバイスのスタンバイ電流やリーク電流を正確に測定するには、高精度なDC計測が欠かせません。PXI Semiconductor Suiteは、このような要件に対し、新しいSMUを追加することで対応しています。NI PXI-4132（高精度SMU）はリモートセンス（4線式）を搭載しており、電流分解能が最小10 pAと高精度で、1つの出力チャンネルで外部ガード機能も利用できることから、1つのPXIスロットで±100 Vの4象限出力が可能となっています。同SMUには、ハードウェアタイミングによる高速カーブトレース用にハードウェアシーケンスエンジンが搭載されているほか、PXIバックプレーンで複数のPXI-4132 SMUに対しトリガをかけたり、これらを同期させたりするための機能が搭載されています。PXI-4132 SMUは、既存のNI PXI-4130高出力SMUを補完するものです。PXI-4130は4象限動作、40 W出力（±20 V、±2 A）が可能で、PXIを利用する際の、高精度/高電力ソースメジャー製品として利用できます。
高度な高速デジタル機能
デジタル計測器は、半導体テストシステムにおける重要な要素で、デジタルインタフェースの機能とパラメータの評価を行ったり、SPIやI2Cなどの一般的なプロトコルを使ってチップの動作を制御したりするのに役立ちます。今回リリースされたパッケージには、高度な高速デジタル機能を備えた新製品が含まれています。NI PXIe-6544とNI PXIe-6545モジュールの登場により、PXI Expressでそれぞれ100 MHz (PXIe-6544)、200 MHz (PXIe-6545)のクロックレートでデジタルI/Oが行えるようになり、1.2～3.3 Vの電圧レベルに対応したチャンネルが最大32個利用でき、1 Hz未満の分解能の高精度オンボードクロックも利用できます。NI PXIe-6547、NI PXIe-6548モジュールでは、チャンネルごと/サイクルごとに入力・出力方向が設定でき、集録したデータと期待されるデータをリアルタイムでビット比較したり、DDR (double data rate)で最高400 Mbpsの高速データ転送を行ったりすることができるほか、従来のボードでは1バンクのみがデータ遅延に対応していましたが、3バンクでのデータ遅延が可能になったことから、一枚のボードで複数のデジタルI/Oラインにスキューを施すことができるようになりました。
PXI Semiconductor Suiteには、NI初の高速デジタル信号集録用スイッチも含まれています。そのため、PXI-4132 SMUなどの高精度なDC計測器やデジタルマルチメータ（DMM）、電源等を最高32本のデジタルI/Oラインでマルチプレクスすることができます。NI PXI/PXIe-2515スイッチは、新しいPXI ExpressデジタルI/Oモジュールや既存のNI 654x/NI 655xデジタル計測器用のパススルーを行うことで、あらゆる種類のデジタルピンと接続し、ピンごとの電流測定が行えるようになっています。
半導体テストに用いられるアプリケーションの多くは、一般的な設計ツールからデジタルシミュレーションテストベクターを取り込む必要があります。同パッケージをリリースするにあたり、NIではNIアライアンスメンバーでありコンピュータによる設計の自動化（EDA: electronic design automation）におけるパターン変換分野のリーダー的存在でもあるTest System Strategies Inc. (TSSI)社と共同でTSSI TD-Scan for National Instrumentsというソフトウェア製品の開発に努めてまいりました。これを使用することにより、WGLやSTILなどのベクターフォーマットをPXIに取り込むことが可能となります。このソフトウェアツールはTSSIが提供しており、評価版（30日間有効）はNI高速デジタルI/O PXIハードウェアにも付属しています。
RFの高速計測
高速RFコンポーネントのテストは、複数の周波数をスイープしてチップの性能を完全に評価するのに必要な要件を考えると、非常に時間のかかる作業となります。NI PXIe-5663E（6.6 GHzベクトル信号アナライザ＜VSA＞）とNI PXIe-5673E（6.6 GHzベクトル信号発生器＜VSG＞）には、多周波帯のRF計測を高速で行うRFリストモードが付いており、チューニングにかかる時間も短く抑えることができます。確実に周波数のチューニングが行え、電力の調整も行えるこれらのモジュールは、パワーアンプやトランシーバなどのワイヤレスICやミックスドシグナルICなどのテストに最適です。
表1. 新たに10種類の製品が加わることで、既存のNI PXI製品を用いた計測よりも、幅広い計測機能が利用できるようになりました。
ソフトウェア定義型の半導体チップテスト
LabVIEWを用いたソフトウェア定義型計測器を使用することにより、半導体のテストに携わるエンジニアは、短時間で計測タスクをカスタマイズしたり、高性能な自動テストシステムを構築したりできるメリットを享受することができます。PXIモジュール式計測器を、マルチコアやPCI Expressなどといった最新のPCテクノロジと併用することで、テストにかかる時間をさらに短縮することができます。今回PXI Semiconductor Suiteが登場したことで、アナログ/デジタル変換器（ADC: analog-to-digital converter）やデジタル/アナログ変換器（DAC: digital-to-analog converter）、パワーマネジメントIC (PMIC: power management IC)、ワイヤレスIC (RFIC)、マイクロマシン技術（MEMS: microelectromechanical system）デバイスなど、多くの半導体コンポーネントをテストするためのより強力なプラットフォームをPXIとLabVIEWで構築することが可能となりました。
--National Instruments 半導体テストマーケット開発マネジャー Scott Savage
NI PXI Semiconductorパッケージに含まれる製品の詳細、同パッケージで実現できるアプリケーションについての詳細
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