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Title
A distributed controller network for modular power stress tests / Benjamin Steinwender , MSc
AuthorSteinwender, Benjamin
CensorElmenreich, Wilfried ; Steininger, Andreas
PublishedKlagenfurt, Juni 2016
DescriptionXIX, 130 Seiten : Diagramme, Illustrationen
Institutional NoteAlpen Adria Universität Klagenfurt, Dissertation, 2016
Annotation
Zusammenfassung in deutscher Sprache
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Mikrokontroller / Lua / eingebettete Skriptsprache / endlicher Zustandsautomat / Lebensdauertest
Keywords (EN)microcontroller / Lua / embedded scripting / finite-state machine / life testing
URNurn:nbn:at:at-ubk:1-19557 Persistent Identifier (URN)
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A distributed controller network for modular power stress tests [3.16 mb]
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Abstract (English)

Reliability testing of power semiconductor devices is required by customers and reliability standards like the JESD22 and AEC-Q100. Conventional test systems feature the application of fixed stress patterns for a large amount of devices in an environmental chamber at the same time. However, reading status information or acquisition of analog measurements is usually not performed due to the missing return signal interface. Previous efforts have already succeeded at providing these necessary measurement capabilities, although at the cost of complexity of the test setup. The reliability test system architecture in this thesis presents a new, modular test system approach. Due the availability of microcontrollers for the automotive temperature range (up to 125 ÂC), a small networked controller module can be placed close to the tested device inside the environmental chamber. Therefore, the stimuli and measurement signal lines are local and the signal quality is improved. In order to provide the required flexibility, the microcontrollers use a serial bus interface to communicate with a host computer. The host distributes the test programs to the control modules and synchronizes their actions. Furthermore, the host is used for controlling externally connected instruments as well as visualizing and storing measurement data. The test procedure for individual devices can be created without the need to change and re-compile the microcontroller firmware. The test control is based on the finite state machine model. The model can be changed when the controller is in idle state. Furthermore, the Lua script interpreter is proposed to control and measure the tested devices through the microcontroller periphery. To create the test programs for this modular test system, the Testplan-Builder tool is provided. It has knowledge about the configuration of the used hardware targets and the Lua functions to help the users design their test application. The test plan is transferred to the microcontrollers via the communication channel. Three different test application examples demonstrate the versatility and performance of the new modular test system.

Abstract (German)

Das Feststellen der ZuverlÃ$ssigkeit von Leistungshalbleitern wird von Abnehmern und entsprechenden ZuverlÃ$ssigkeitsstandards (JESD22 und AEC-Q100) vorgeschrieben. Konventionelle Testsysteme bieten lediglich fix definierte Stresspulse fÃr eine groÃe Anzahl an getesteten Bauteilen in einem Klimaschrank an. Éblicherweise wird jedoch auf das ZurÃcklesen von Statusinformationen oder Messdaten wÃ$hrend des Testablaufs verzichtet, da dies einen zu groÃen Aufwand in der Verkabelung bedeutet. Vorhergehende Bestrebungen haben bereits erfolgreich diese Messdaten und Statusinformationen erfasst. Dabei mussten jedoch EinschrÃ$nkungen bei der FlexibilitÃ$t des Testsystems in Kauf genommen werden. Die Architektur des in dieser Arbeit vorgestellten ZuverlÃ$ssigkeitstestsystems prÃ$sentiert einen neuen, modularen Ansatz. Durch die VerfÃgbarkeit von Mikrocontrollern fÃr den automobilen Temperaturbereich (bis 125 ÂC) kann ein kleines, mit einer Kommunikationsschnittstelle ausgestattetes Steuermodul in der NÃ$he des getesteten Bauteils innerhalb der Klimakammer platziert werden. Die Steuersignale und die Messleitungen sind dadurch verkÃrzt und bieten eine verbesserte SignalqualitÃ$t. Die Mikrocontroller verwenden die Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit einem Laborrechner. Dieser Hauptrechner verteilt die Testvorschriften an die einzelnen Steuermodule und synchronisiert deren ausgefÃhrten Aktionen. AuÃerdem steuert der Hauptrechner zusÃ$tzlich angeschlossene LaborgerÃ$te, visualisiert und speichert die gemessenen Daten. Die Testvorschriften der Steuermodule kÃnnen flexibel erstellt werden, ohne dass die Basissoftware dieser Module neu Ãbersetzt und aufgespielt werden muss. Die Testansteuerung basiert auf dem Modell endlicher Zustandsautomaten. Im Ruhemodus kann das Modell durch ein anderes ausgetauscht werden. Um die zu testenden Bauteile anzusteuern und zu messen, wird der Einsatz der Skriptsprache Lua vorgeschlagen. Die Testvorschriften werden mit dem Testplan-Builder erstellt, welcher Ãber die MÃglichkeiten der verwendeten Mikrocontrollermodule und der angebotenen Lua Programmschnittstelle Bescheid weiÃ. Die fertige Testvorschrift wird mittels der Kommunikationsschnittstelle an das Steuermodul geschickt. Drei verschiedene Testapplikationen demonstrieren die EinsatzflexibilitÃ$t und LeistungsfÃ$higkeit des neuen, modularen Testsystems.

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