简介
40多年来，数字功能测试一直是测试领域的一部分。最早的测试系统采用简单的静态数字测试功能。 然而，随着这些数字设备，模块和系统的性能、复杂性的发展，数字测试仪器也在不断发展。特别是，器件切换速率相关技术的持续进步已经对测试仪器和系统提供了相对更高的性能要求，而今天的高端半导体测试系统提供了具有高功耗的数GHz测试功能。
在军事-航空航天应用，数字功能测试要求不断的提出一系列独特的要求和挑战。与高端设备测试相关的测试要求不同，M-A应用主要侧重于支持模块和系统级测试。因此，不需要“先进”数字测试性能；但对于测试灵活性和功能的需求较大的情况，高速数字模块则尤其重要。测试系统和相关的数字子系统可以支持传统和当代电子组件组合的测试，因为这种测试系统被广泛用于现场服务产品以及在工厂中测试新代产品。更具体地说，现场部署的测试系统（例如图1中所示的VIPER / T）具有尺寸和功耗的附加限制—要求系统具有便携式，并且具有高可靠性。
图1：VIPER / T测试系统
数字子系统相关的功能包括：
支持至少50 MHz的矢量速率，每个引脚的时序，多个时间集和灵活的定序器。
提供紧凑的体积和模块化架构，在单个机箱中支持多达512个通道。
提供宽泛的可编程驱动/检测电压范围，支持传统应用和当前技术应用。
灵活的架构，提供每个引脚的可编程性 - 最大化灵活性，适用于各种应用。
管理与这些数字子系统相关的功率要求和功耗是实现高可靠性的关键。现代数字子系统采用两个主要组件—高性能ASIC或FPGA，提供所有数字逻辑，定时和序列控制; 和单片引脚电子（PE）器件，它们与数字逻辑接口，并为UUT或被测器件提供可编程电平（图2）。
图2：数字子系统架构
从以往的设计来讲，数字子系统的引脚电子设备依赖于定制设计—离散设计，混合设备和完全定制设计。 然而，今天有商业供应商为半导体和板级测试应用生产一系列针式电子产品，提供高水平的集成和通道密度。 这些器件是实现更高通道密度的关键因素，同时也带来了管理功耗和功耗的持续挑战。
今天的数字子系统多基于开放式架构，卡模块化平台，如VXI和PXI标准，PXI是主导平台。为了适应与支持M-A应用相关的许多必要特性和功能，PXI的6U外形在标准PXI电源之外提供了额外的PCB空间和灵活性，可以使用额外的电源。但是，电源管理仍然是这些数字子系统的主要关注点。考虑以下：
对于宽电压摆幅，高压摆率配置，每通道的功率要求可以为2.5 W或更高，32通道板仅需要80W的引脚电子器件。
所有通道都在高压模式（25 V范围）下工作的多板数字系统可能需要超过1200 W的功率才能实现512通道系统。
对于高通道数系统，数字子系统的总输入功率更是超过2 KW。
如前文所述，今天的数字子系统架构由引脚电子器件和数字ASIC或FPGA组成，如上所述，PE消耗了数字子系统功耗中很大一部分。显然，通过主动管理与PE设备相关的配置和操作条件，将可能降低整体系统功耗。
现代单片引脚电子元件采用两个电压轨，VH（或VCC）和VL（或VEE），支持可编程输入和输出电压电平以及与被测单元的接口。这些电压轨需要较宽的电压范围（-18 V至+29 V），是系统内高功耗的主要来源。 因此，通过特定测试需求，主动管理PE设备的操作条件，可以减少总平均功率。将可编程电源集成到VL和VH系统中，并根据应用的特定驱动/感应电平通过软件严格控制它们，提供管理整体功耗的能力。在软件控制下，可以通过以下方式完成有源电源管理：
采用最佳电压轨工作 - 引脚电子元件的静态功耗为静态电流的VL+VH倍。但是，对于特定应用，仪器输出的可编程电平Voh和Vol可能不接近VH和VL电源轨，如果最大电压施加到VH和VL，无论编程的Voh和Vol电平如何，静态功耗都很高。然而，以编程方式降低VH和VL电压电平使得对于特定应用仅需要提供足够的电平空间就可以满足，这样的方法显着降低功耗。考虑可编程输出电平范围为-10 V至+15 V的情况.VH电压需要约为20 V且VL电压需要在-15 V左右，以便为引脚电子电路提供磁空间。如果应用要求Voh = 5V且Vol = 0V，则VH可以编程为10V，VL可以编程为-5V。此时，引脚电子元件的功耗将降低50％以上。通过主动管理VH和VL电源电压，可以最大限度地降低功耗，从而降低工作温度并提高可靠性。
PE设备的设计还允许关闭设备的输出时，不影响设备的数字状态。考虑到运行有源数字模式的有效占空比或突发时间非常短，此功能非常有用。因此，通过采用管理数字子系统电源的“智能”或“智能”仪器驱动器，平均功耗（和功耗）可降低50％以上。
可调/可编程压摆率和器件偏置电流也提供了主动管理整个数字子系统功耗的方法。 对于那些需要高电压摆幅的应用，通常不需要高压摆率。因此，PE可以通过仪器驱动程序进行编程，以根据特定的测试需求获得最佳的转换速率和偏置电平。超过2比1的范围可用于管理功耗。
为了证明“有效功率”管理实施的有效性，将基于VXI的数字测试系统的现有测试程序变为在采用有源功率管理实现的6U PXI数字子系统（图3）上执行。
图3：PXI数字子系统
与传统的基于VXI的数字子系统相比，PXI系统在空闲条件下的功耗降低了50％以上 – 具有更低的运营成本，更低的内部工作温度，以及更高的整体系统可靠性和正常运行时间。 通过利用现代数字引脚电子器件中的特性和功能以及“智能”仪器驱动器的使用，可以实现有源电源管理实现，从而在不牺牲系统性能的情况下消耗最小化功耗。
