平行測試係指同步測試多種產品或次要元件(Subcomponent)。平行測試工作站一般均跨多種測試插座(Test Socket)，並共用一組測試設備；但是在某些案例中，可針對每個在測單元(UUT)提供各別的硬體組合。大部分的非平行測試系統，一次僅測試一種產品或次要元件，並閒置測試硬體超過50%的測試時間，而透過平行測試，毋須花費鉅額成本即可複製並設定測試系統，提升製造測試系統的輸出率。
本文將討論平行測試降低測試成本的方法，並說明於測試系統中建置平行測試的多種方式。
模組化軟硬體建構平行測試系統
當要於大部分的現有測試系統中建置平行測試時，模組化的測試系統架構可於平行測試環境中提供較佳效果。如量測儀器業者推出的TestStand測試管理軟體，加上模組化PXI硬體元件所具備的多種功能，可於平行測試系統中提供較高的效能，且僅須利用現有測試硬體，即可建置平行測試系統。
選定測試架構之後，須根據所需的UUT測試行為，選擇最佳的處理模型。圖1顯示模組化的測試管理服務、測試模組、量測服務與測試硬體架構。
 |
| 圖1 模組化測試系統架構 |
測試程序模型滿足多種測試作業需求
當測試UUT的功能性時，任何的測試系統均須執行多種作業。這些作業可能須混合多種模型測試，或特定的一系列測試，甚至進行與實際UUT測試毫不相關的程序。
程序模型(Process Model)將分割系統階層作業與特定UUT的測試，以大幅降低開發作業的影響，並增加程式碼的再使用率。另外，程序模型的某些作業則負責追蹤UUT認證號碼、初始化儀器、啟動測試執行作業、收集測試結果、建立測試報表，並將測試結果記錄至資料庫。TestStand提供平行程序模型與批次程序模型，以根據不同的UUT測試需求，協助平行測試的一般測試流程。
 |
| 圖2 平行處理模型流程圖 |
使用者並可利用平行程序模型測試多種獨立的測試插座。透過此模型，即可隨時開始或停止任何UUT的測試作業。舉例來說，目前有五組測試插座執行無線電機板的測試作業。透過平行程序模型，當其他插座測試其他機板時，可同時載入新機板至開放的插座(圖2)。
同樣的，可使用批次程序模型控制UUT群組的測試插座集合。舉例來說，一般載體(Carrier)可能附有許多電路板，而批次模型可同時開始或停止所有機板的測試作業。批次模型亦具有批次同步化的功能，若將特定步驟套用至批次以成一整體，則可指定每批次僅能執行該步驟一次。透過批次處理模型，亦可指定一組以上的UUT是否執行特定步驟或步驟組合，或於所有UUT上同步執行特定步驟(圖3)。
共用儀器同步平行測試最省成本
 |
| 圖3 批次處理模型流程圖 |
若要同時降低成本並提升測試系統效能，則較不可能針對每測試插座提供專屬的儀器組合。其實建置平行測試系統時，毋須進一步購買其他硬體，可於多個測試插座之間共用測試系統中的現有儀控設備。若能降低UUT測試週期的閒置時間，則不需額外的硬體成本，亦可大幅提升效能。在許多情況下，使用者可新增其他低價位的儀器以提升系統整體效能，並於測試插座之間共用較高價位的硬體。
在現有的測試管理軟體之前，若要於平行測試系統中執行多個測試插座，並程式設計共用儀控設備的分配作業，則必須新增大量的低階同步化程式碼，以測試程式的執行情形。重要的程式區段與互斥(Mutex)往往混入實際程式碼，並難以在未來的測試系統中進行區段的程式設計或再使用作業。
利用TestStand內建的多樣功能建置平行系統之後，即可控制儀器的共用(Sharing)作業，並同步化多個在測裝置。使用者並可於各別測試階段中，使用同步化步驟類型與可設定的測試屬性，於序列中管理測試之間的資源共享。於測試序列中使用的同步化步驟類型，通常包含鎖定(Lock)、集合(Rendezvous)、佇列、通知、等待，與批次同步化步驟類型。
另外，工程師也可使用特定測試步驟相關的可設定儀器共用(Instrument-sharing)屬性，取代測試群組。大部分的測試系統，均與某些切換或訊號路由的概念相關，因此從全程控制UUT電源的一般繼電器，到連接多種儀器樹、千個測試點的複雜矩陣設定，此作業均可完全涵蓋。
當須控制的繼電器數量不多時，則進行控制的測試程式碼亦不會過於複雜。隨著路由數量增加，必須跨多種切換模組時，所須開發的軟體就可能耗費大量時間與成本。儀器廠商開發的Switch Executive軟體可以讓工程師使用互動式設定並命名切換模組、外接連線與訊號路由，以增加開發的產量。
該軟體亦可撰寫切換程式，並搭配TestStand、LabVIEW，以及Measurement Studio，重複使用測試程式碼，提升系統效能。最後，Switch Executive可簡化切換系統的設定，並增加測試效能，進而降低測試成本。
針對TestStand所開發的系統來說，切換設定亦可作為每測試步驟的屬性之一，可使用Switch Executive中預先設定的虛擬裝置與路由/路由群組，簡化上述情況中的切換程式設計作業。
此方法則可於半導體自動化測試系統(ATE)系統中，從各別的測試程式碼模組區分出切換程式碼。若切換硬體導致測試系統發生改變，則儀控測試程式碼可維持其一致性。相較於各個測試不可分離的部分，使平行測試成為測試的模組化屬性，更可簡化過去幾年建置平行測試的難度。
平行測試顯著減少測試時間
為進一步說明儀器使用率與平行測試輸出率的提升，本文將分析一般自動化測試系統套用平行測試之前與之後的結果。測試系統在各個UUT中，各執行每三次為一組的完整電子元件測試與頻率響應測試。測試系統使用TestStand與LabVIEW測試軟體工具，以建立並管理測試作業，並包含兩組電源、一組DMM、一台示波器、一台多工器，以及一台高密度切換器。
在高速的生產環境中，測試工程師均須苦思能提高輸出率、減少測試時間，並能降低成本的方法。圖4表示依序完成傳統UUT測試的方法。在圖4下方的統計表，可看到使用者可新增三組額外的測試插座，以平行測試四組UUT，並共用先前依序測試的相同硬體組合，進而提升儀器使用率。
 |
| 圖4 上方表為以傳統方式測試UUT的結果；下方表則是平行測試的情況。 |
將新的平行測試技術套用至UUT所執行的測試組合，此方法稱為自動排程(Autoscheduling)。自動排程可透過平行測試，提升儀器使用率與測試輸出率達10?15%。若使用相同的測試設定，自動排程可於開始測試時，縮短閒置時間以提升儀器使用率與測試輸出率；並可略過正等待使用資源的測試，稍後於測試序列中再度執行該測試。若要使用自動排程作業，則排定於自動排程中的測試必須要能隨機執行，並要能獨立於先前的測試結果。
與傳統序列測試相較，透過平行測試與自動排程技術，即可提升DMM與示波器的使用率將近40%；傳輸率則提升將近50%。
只要新增較低價位的裝置，如DMM或低階示波器，即可舒緩測試流程的急迫性、提供真正的平行量測，並提升效率與輸出率。
(本文作者任職於美商國家儀器)