차세대 테스트 시스템 설계

본 가이드는 적은 비용으로 테스트 생산성을 증대하며 향후 프로젝트로 확장 가능한 시스템을 개발하기 위한 여러 가지 기술백서로 구성되어 있습니다. 본 기술백서는 모듈형 계측 플랫폼과 기존의 계측 플랫폼의 차이점을 설명합니다. 본 기술백서는 모듈형 계측 플랫폼과 기존의 계측 플랫폼의 차이점을 설명합니다. 개발자 가이드 전체 (120 페이지)를 다운로드하려면 ni.com/automatedtest를 방문하십시오.

자동화 테스트 시스템 설계시 문제점 소개

테스트 관리자 및 엔지니어들은 설계 검증에서 End-of-line 생산 테스트, 기기 수리 진단에 이르는 모든 어플리케이션에 자동화된 테스트 시스템을 사용하여 제품의 품질과 안정성을 확보하고자 합니다. 자동화 테스트 시스템을 사용하여 간단한 "합격/불합격" 테스트뿐 아니라 포괄적인 제품 특성화 측정을 수행할 수도 있습니다. 설계 주기의 후반부에 결함을 감지하면 엄청난 비용이 요구되므로 자동화 테스트 시스템은 제품 개발 과정에서 더욱더 중요한 비중을 차지합니다.

첫 번째 문서인 "차세대 테스트 시스템 설계"에서는 엔지니어들이 테스트 비용 및 시간을 줄일 수 밖에 없는 문제점에 대해 설명합니다. 또한 테스트 관리자들이 모듈형, 소프트웨어 정의된 테스트 시스템을 사용하여 테스트 시스템 처리량과 유연성을 증대하고 비용을 절감한 방법에 대해서도 설명합니다.

오늘날의 테스트 엔지니어들은 새로운 부담을 안고 있습니다. 현대의 제품 개발 환경에서 테스트 엔지니어들이 직면하는 문제는 다음과 같습니다.

• 종전에 비해 훨씬 복합화된 제품 디자인 
• 경쟁력 유지 및 고객 요구 충족을 위한 개발 주기가 훨씬 짧아짐 
• 예산은 줄어드는 반면 테스트 비용은 높아짐 

복합적인 설계

갈수록 복합화되는 다바이스는 요즈음 현저히 눈에 띄는 추세입니다. 예를 들어, 소비자 가전 제품, 통신 및 반도체 업체들은 디지털 이미지/비디오, Hi-Fi 오디오, 무선 통신, 인터넷 연결을 단일 제품에 통합하고자 컨버전스를 지속적으로 추진하고 있습니다. 또한 자동차 업계에서도 고급화된 차내 엔터테인먼트 및 정보 시스템, 안전 및 조기 경고 시스템, 바디 및 엔진 컨트롤 전자기기를 통합하고 있습니다. 테스트 시스템 디자인은 이렇게 광범위한 테스트를 지원할 수 있도록 충분히 유연해야 하며 또한 새로운 측정 기능 요구에 대해 다수의 테스트 포인트를 수용할 수 있도록 확장 가능해야 합니다.

훨씬 짧아진 제품 개발 주기

새로운 제품 및 기술에 대한 날로 증가하는 요구, 그에 따른 시장 출시 경쟁으로 인해 설계 및 테스트 엔지니어들은 제품 개발 주기를 단축해야 하는 부담을 떠안게 되었습니다. 따라서 엔지니어들이 경쟁력을 갖추기 위해서는 테스트 시간을 줄이고 설계에서 생산에 이르는 과정에 효율성을 증대하는 새로운 테스트 전략이 필요합니다.

증가하는 테스트 비용 및 줄어드는 예산

디바이스에 더욱 많은 기능을 탑재하려면 더욱 높은 비용과 많은 시간이 드는 테스트 과정이 필요하기 마련입니다. 그러나, 각 기능을 구축하는 비용은 줄어들고 있으므로 테스트 엔지니어들은 비용과 예산을 감축해야 합니다. (그림 1 참조) 결과적으로, 엔지니어들은 테스트 시스템의 처리량을 증대하고, 유지보수 및 업그레이드 비용을 절감하며, 요구되는 자본 투자를 줄임으로써 비용을 낮추는 테스트 전략을 개발해야 합니다.

그림 1. SIA의 데이터에 따르면 시간 경과에 따라
실리콘 (또는 디바이스 기능) 가격은 감소하고 테스트 비용은 증가함

차세대 테스트 시스템 설계

날이 갈수록 복합성을 띄는 디바이스, 짧아지는 개발 주기, 줄어드는 예산에 대처하기 위해서 테스트 관리자 및 엔지니어들은 기존의 박스형 계측기 또는 메인 프레임 ("big iron") Propriety ATE 시스템에 기반한 테스트 설계 전략에서 벗어나야 합니다. 공급업체에 의해 소프트웨어 프로세싱 및 사용자 인터페이스가 정의되며, 펌웨어를 통해 공급업체에 의해 업데이트되는 독립형 계측기는 유연성이 떨어지기 마련입니다. 계측기 펌웨어에 정의되지 않은 측정, 새로운 표준에 대한 측정을 수행하기 어려우며 또한 요구사항에 변화가 있을 시 수정하는 작업도 힘듭니다.

또한 이러한 디바이스는 기본적으로 독립형 계측기로 사용되도록 제작되었으므로 데이터 스트리밍 및 동기화와 같은 필수적인 기능 또한 제공하지 않았습니다. 고도로 통합된 제품 칩 테스터와 같은 통합 ATE 시스템은 필요한 성능을 제공하지만 엄청난 가격이 요구될 뿐 아니라 빠르게 변화하는 현 추세에 적합하지 않습니다.

따라서 테스트 관리자 및 엔지니어들은 현재 광범위하게 채택되고 있는 산업 표준인 모듈형, 소프트웨어 정의된 테스트 아키텍처를 도입하여 다음과 같은 혜택을 얻게 됩니다.

• 테스트 시스템 유연성 증대 다양한 어플리케이션, 업계 및 제품으로 배포 가능
• 고성능 아키텍처 테스트 시스템 처리량 대폭 증대하며 정밀 DC, 고속 아날로그 및 디지털, RF 신호 생성 및 분석 등의 여러 공급 업체의 계측기를 우수하게 통합 하며 상호 연관 가능
• 테스트시스템투자비용절감 광범위한 테스트 요구조건에 맞는 광범위한 기기를 사용하는 동시에 초기 자본 투자 및 유지보수 비용 절감
• 늘어난테스트시스템수명 광범위하게 채택되고 있는 업계 표준을 통해 기술을 업그레이드함으로써 성능을 향상시키며 미래의 테스트 조건 충족 가능

자동화 테스트의 선두주자인 내쇼날인스트루먼트는 엔지니어들이 차세대 테스트 시스템을 구축할 수 있도록 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 제품 공급에 힘쓰고 있습니다.

본 심층 개발자 가이드는 차세대 테스트 시스템 아키텍처를 설계하는 데에 필요한 유익한 정보를 제공합니다. 본 문서에서 소개하는 테스트 시스템 아키텍처는 날로 복합화되는 디바이스, 짧아진 개발 주기 및 예산 절감 등의 과제를 해결하기 위한 전략을 (그림 2 참조) 제공합니다.

그림 2. 내쇼날인스트루먼트에서 제공하는
자동화 테스트 시스템 설계를 위한 완벽한 하드웨어 및 소프트웨어 솔루션

아키텍처 계층 #5: 테스트 시스템 관리 소프트웨어

자동화된 테스트 시스템에는 여러 가지 작업 및 측정 기능을 실행해야 합니다. (DUT의 특정 기능 테스트 및 DUT마다 공통적으로 반복되는 기능 테스트 등) 유지보수 비용을 최소화하고 테스트 시스템 수명을 최대화하기 위해서는 DUT-레벨 작업과 시스템-레벨 작업을 분리하는 테스트 전략을 구축하는 것이 중요합니다. 이를 통해 엔지니어들은 개발 주기를 거쳐 생성된 테스트 프로그램 (또는 모듈)을 신속하게 재사용, 유지관리 및 변경함으로써 특정한 테스트 요구를 충족할 수 있습니다.

모든 테스트 시스템에는 테스트되는 디바이스마다 다른 방식이 있으며 시스템 레벨의 작업과 같은 일반 운영방식이 있습니다.

각 디바이스에 따라 다른 운영방식: • 인스트루먼트 구성 • 측정 • 데이터 수집 • 결과 분석 • 교정 • 테스트 모듈

각 디바이스의 일반 운영방식: • 사용자 인터페이스 • 사용자 관리 • DUT 트랙킹 • 테스트 흐름 컨트롤 • 결과 저장 • 테스트 리포트

일부 업체들은 고유 테스트 관리 프로그램을 작성하고 엔지니어링 리소스에 대거 투자함으로써 처음부터 직접 테스트 관리 소프트웨어를 개발합니다. 그러나 이에 따른 생산성은 오히려 절감되며 소프트웨어 유지관리에 추가 리소스를 투자해야 합니다. 엔지니어들은 NI TestStand와 같은 상용되는 테스트 관리 소프트웨어를 사용하여 각 디바이스에 일반적인 운영에 대한 개발 시간을 줄일 수 있으므로 생산성 극대화하게 됩니다. 엔지니어들은 TestStand 소프트웨어 사용으로 각 디바이스별로 다른 운영방식을 개발하는 데에 더욱 집중할 수 있습니다.

더욱 자세한 정보는 ni.com/korea/mi 를 방문하여 모듈형 소프트웨어 아키텍처 개발 기술백서에서 살펴보십시오.

아키텍처 계층 #4: 어플리케이션 개발 소프트웨어

NI LabVIEW 및 LabWindows/CVI와 같은 어플리케이션 개발 환경(ADE)은 테스트 시스템 아키텍처에 있어 핵심적인 역할을 합니다. 테스트 시스템 개발자들은 이 같은 도구를 사용하여 여러 계측기와 통신하며, 측정을 통합하고, 정보를 디스플레이하며, 다른 어플리케이션에 연결하는 등의 다양한 작업을 수행할 수 있습니다. 이상적으로, 테스트 및 측정 어플리케이션 개발에 쓰이는 ADE는 편리한 사용, 집약된 성능, 다양한 I/O 통합 및 프로그래밍 유연성을 제공하여 여러 어플리케이션의 요구를 충족해야 합니다.

사용의 편리함은 사용자가 신속하게 어플리케이션을 구축하고 작동하는 것 이상의 의미가 있습니다. 사용하기 쉬운 ADE가 있으면 개발자들은 여러 개의 측정 디바이스로 프로세싱 루틴을 간편하게 통합할 수 있으며, 정교한 사용자 인터페이스 생성, 어플리케이션 배포 및 유지, 변화하는 제품 디자인 및 시스템 확장 요구에 따라 어플리케이션을 변경할 수 있습니다.

더욱 자세한 정보는 적합한 소프트웨어 어플리케이션 개발 환경 선택 기술백서를 참조하십시오.

아키텍처 계층 #3: 측정 및 컨트롤 서비스

측정 및 컨트롤 서비스는 시스템 내 다양한 하드웨어로 연결, 시스템 구성 및 진단 툴을 제공하는 중요한 서비스입니다. 예를 들어, NI Measurement & Automation Explorer (MAX)는 데이터 수집 및 신호 컨디셔닝 하드웨어, GPIB, USB, LAN 컨트롤되는 계측기, PXI 시스템, VXI 디바이스, 모듈형 계측기 등의 하드웨어를 자동 감지하므로 개발자들은 모든 요소를 하나의 시스템에 구성할 수 있습니다. 통합된 진단 테스트는 디바이스의 적절한 작동을 보장하며, 테스트 패널은 개발자들이 프로그래밍을 시작하기 전에 신속하게 하드웨어의 기능을 확인합니다. 측정 및 컨트롤 서비스는 또한 API를 통해 어플리케이션 개발 소프트웨어 계층과 통합하므로 개발자들은 계측기를 손쉽게 프로그래밍할 수 있습니다.

본 서비스 소프트웨어의 요소 (하드웨어 드라이버, API, 구성 관리자)는 최고의 성능, 개발 생산성 증대, 전체 유지관리 시간 절감을 위해 ADE내에서 긴밀하게 통합되어야 합니다.

더욱 자세한 정보는 모듈형 소프트웨어 아키텍처 개발 기술백서에서 확인하십시오.

 아키텍처 계층 #2: 연산 및 측정 버스

오늘날의 모든 자동화된 테스트 시스템의 핵심에는 데스크탑, 서버 워크스테이션, 노트북, 또는 PXI 및 VXI와 사용되는 임베디드 컴퓨터 등의 컴퓨터가 있습니다. 테스트 시스템에서 광범위한 계측기에 연결 및 통신할 수 있는 능력은 연산 플랫폼에 있어 중요한 측면입니다. GPIB, USB, LAN, PCI 및 PCI Express와 같은 다양한 모듈형 및 독립형 계측 버스를 사용할 수 있습니다. 이와 같은 버스는 각기 다른 특징이 있으므로 특정 어플리케이션에 더욱 효과적인 버스가 있습니다. 예를 들어, GPIB는 인스트루먼트 컨트롤에 가장 광범위하게 채택되며 계측에 널리 사용됩니다. USB는 널리 사용되며 연결이 쉽고 높은 처리량을 제공합니다. LAN은 분산 시스템에 적합하며 PCI Express는 최상의 성능을 제공합니다.

PC가 광범위하게 사용됨에 따라 PCI 및 PCI Express와 같은 고성능 내부 버스가 널리 도입되어 매우 낮은 지연시간, 높은 데이터 처리량, 높은 대역폭을 제공하고 있습니다. PCI 버스는 최대 132 MB/s의 버스 대역폭을 제공하며, PCI의 더욱 개발된 형태인 PCI Express는 최고 4 GB/s로 확장하여 더욱 높은 대역폭을 제공하는 동시에 PCI와 완벽한 소프트웨어 호환성을 제공합니다. 그림 3은 가장 보편적으로 사용되는 인스트루먼트 컨트롤 버스의 대기시간 및 대역폭 성능을 나타냅니다.

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그림 3. 다양한 인스트루먼트 컨트롤 버스 비교:
PCI/PXI 및 PCI Express/PXI Express는 최상의
대역폭 및 응답 속도를 제공합니다.

더욱 자세한 정보는 하이브리드 시스템: 멀티벤더, 멀티플랫폼 테스트 기기 통합 기술백서 및 인스트루먼트 버스 성능: 인스트루먼트 컨트롤을 위한 연산 버스 기술 이해하기 기술백서를 참조하십시오.

 아키텍처 계층 #1: 측정 및 디바이스 I/O

기본적으로 현재에는 기존/버추얼로 표현되는 두 가지 유형의 인스트루먼트 아키텍처가 존재합니다. 그림 4는 이 두 가지 방법의 유사점을 설명합니다. 두 가지 모두 측정 하드웨어, 섀시, 전원 공급, 버스, 프로세서, OS 및 사용자 인터페이스를 갖추고 있습니다.

그림4. 기존 측정 장비 및 버추얼 인스트루먼트는
유사한 하드웨어 요소로 구성됨, 주요 차이점은 소프트웨어의
사용자 정의 가능 여부와 측정 모듈의 확장 가능 여부에 있음

하드웨어 측면에서 가장 확실한 차이점은 구성요소의 패키징 방식입니다. 기존의 독립형 계측기는 이산 계측을 위한 모든 요소가 하나의 박스에 있습니다. 측정, 분석, 디스플레이, 컨트롤의 모든 기능은 공급 업체에 의해 정의됩니다.

이와 반대로 모듈형, 소프트웨어 정의된 버추얼 인스트루먼트는 범용 측정 하드웨어를 통합함으로써 표준 기능을 능가하는 기능을 구현하며 소프트웨어에서 고유 측정 및 사용자 인터페이스를 정의할 수 있습니다. 모듈형 방식을 통해 엔지니어들은 테스트 시스템 측정 기능을 정의할 수 있고 미래의 요구사항에 맞추어 확장 가능한 시스템을 구축할 수 있습니다.

모듈형, 소프트웨어 정의된 방식을 통해 사용자들은 사용자 정의된 측정 및 변화하는 표준에 적합한 측정을 수행하며 요구사항이 변화할 시 시스템을 변경할 수도 있습니다. (예, 계측기, 채널 또는 새로운 측정 기능을 추가할 때) 유연성 있고 사용자 정의된 소프트웨어와 확장 가능한 하드웨어 요소의 통합은 모듈형 계측의 핵심입니다.

더욱 자세한 정보는 자동화 테스트를 위한 모듈형 계측 이해하기 기술백서 및 PXI: 계측을 위한 산업 표준 플랫폼 기술백서를 보십시오.

 요약: 차세대 테스트 시스템 설계

날로 복합화되는 디바이스, 짧아지는 개발 주기, 예산 절감으로 인해 엔지니어들은 현재의 자동화 테스트 전략을 재검토하게 되었으며, 더욱 효율적이며 비용을 절감할 수 있는 방법을 모색하게 되었습니다. 차세대 테스트 시스템을 설계할 때에는 시스템 유연성 증대, 향상된 측정 및 처리량 구현, 더욱 낮은 테스트 시스템 비용 및 긴 수명 유지를 위한 통합된 전략이 필요합니다.

모듈형, 소프트웨어 정의된 자동화 테스트 시스템은 독립형 계측 또는 높은 비용이 소요되는 기존의 통합 ATE 시스템의 한계를 극복합니다. PXI와 같은 널리 채택되는 산업 표준 플랫폼에 기반한 모듈형 하드웨어 플랫폼으로 이제 엔지니어들은 여러 계측 공급업체의 기능을 긴밀하게 통합하는 확장 가능한 테스트 시스템을 개발할 수 있습니다. 또한 기존의 설비 투자를 통합함으로써 초기 계측에 들어가는 비용을 대폭 절감할 수 있습니다. 멀티 코어 프로세서 및 PCI Express와 같은 최신 PC 기술을 사용하는 소프트웨어 정의된 측정과 함께, 차세대 테스트 시스템은 처리량 성능을 대폭 향상시키며 다른 제품 및 다른 업계의 요구에 맞게 확장 가능합니다.

이미 여러 업체에서 모듈형의 소프트웨어 정의된 테스트 시스템 전략을 도입하여 그 효과를 입증하고 있습니다. 한 예로, Microsoft사는 NI LabVIEW 및 PXI 모듈형 계측기에 기반한 Xbox 360 컨트롤러용 테스트 시스템을 개발한 결과, 기존보다 2배 빠른 시스템을 성능을 구현하였습니다. 미 공군은 TestStand를 이 용하여 전투기를 지원하는 테스트 아키텍처를 개발하였습니다. PC 기반의 소프트웨어 및 하드웨어 아키텍처를 사용하여 비용을 절감하며 테스트 시스템의 크기를 무려 50 퍼센트 줄일 수 있었습니다. Sanmina-SCI는 NI TestStand 및 PXI에 기반한 FDA 인증 의료기기 테스트 시스템을 구축한 결과 매주 83,000개 이상의 디바이스를 테스트하게 되었으며 생산 수익을 목표보다 95 퍼센트를 초과 달성하였습니다.

 관련 NI 제품 및 기술백서

자동화 테스트의 선두주자인 내쇼날인스트루먼트는 엔지니어들이 차세대 테스트 시스템을 구축할 수 있도록 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 제품 공급에 힘쓰고 있습니다.

소프트웨어:

• NI TestStand 테스트 관리 프레임 워크 
• LabVIEW 그래픽 프로그래밍 개발 환경 
• SignalExpress 인터랙티브 측정 소프트웨어 

하드웨어:

• 모듈형 계측기 (오실로스코프, 멀티미터, RF, 스위치 및 기타) 
• 다기능 데이터 수집 
• PXI 시스템 구성 요소 (섀시 및 컨트롤러) 
• 인스트루먼트 컨트롤 (GPIB, USB 및 LAN) 

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