驗證工程師、生產(chǎn)測試工程師和系統(tǒng)集成商經(jīng)常負責開發(fā)自動化測試設備（ATE）系統(tǒng)，該系統(tǒng)被廣泛應用于各種半導體器件的測試，如晶體管、二極管、MOSFET和ASIC等。

自動化測試有助于識別缺陷、驗證器件性能并確保元件質量——尤其是在半導體、航空航天和國防等對可靠性要求極高的行業(yè)中。

MP5000系列是Tektronix推出的模塊化ATE系統(tǒng)，目前配備有直流電源（DC Power Supply）和源測量單元（SMU）模塊。這些模塊可自由組合，以滿足各種測試應用需求。與Keithley 26xx系列源測量單元（SMU）類似，MP5000系列主機與模塊支持 TSP（Test Script Processor）命令集。

TSP是一種靈活的軟硬件架構，允許基于消息的編程。它類似于SCPI，但增加了更強的控制能力，用于測試順序/流程控制、邏輯決策以及儀器的自主運行。啟用TSP的儀器可以像傳統(tǒng)的SCPI儀器一樣運行，通過響應由PC發(fā)送的一系列命令完成控制。

在本指南中，我們將介紹以下內容：

■1. 熟悉儀器的TSP命令集

■2. 如何進行命令序列化

■3. 構建測試流程

■4. 將測試集成到您的測試環(huán)境中

學習TSP命令

在實現(xiàn)MP5000系列自動化之前，首先要熟悉儀器及其TSP命令集。

TSP命令集是一組預定義的函數(shù)與屬性，用于控制儀器操作。它們的功能類似于某些儀器中使用的SCPI命令。與SCPI一樣，TSP命令也可分為多個類別，但并非所有類別都適用于所有儀器。以下示例展示了傳統(tǒng)SCPI命令與TSP命令在語法上的區(qū)別（以2461型SMU為例）：

用于控制MP5000系列的TSP命令可在《MP5000系列編程手冊》中找到。MP5000系列的命令結構要求用戶在命令中明確指定目標儀器在MP5103主機中的槽位（slot）和通道（channel）。

TSP MSMU60-2示例

reset()

slot[1]. smu[2]. source. func = slot[1]. smu[2]. FUNC _ DC _ VOLTAGE

這些命令可以通過別名（aliasing）進行縮寫，以提高速度與可讀性。別名是一個包含命令表結構中部分路徑的變量。通過創(chuàng)建別名，可以根據(jù)應用需求簡化并自定義TSP命令。

別名示例

gateSMU = slot[1].smu[2]

gateSMU. source. func = gateSMU. FUNC _ DC _ VOLTAGE

命令順序化

自動化新的MP5000模塊化精密測試系統(tǒng)的第一步，是通過將一系列TSP命令按順序組合，來創(chuàng)建一個簡單的測試程序。這可以通過任何程序或語言逐條發(fā)送TSP命令來實現(xiàn)，方式與使用SCPI命令類似。常用的編程語言包括Python和C#。

首先，需要與儀器建立通信連接。這可以通過VISA實現(xiàn)，如下Python示例所示：

import pyvisa

rm = pyvisa.ResourceManager()

inst = rm. open _ resource ('TCPIP0 :: 192. 168. 0. 2 :: hislip0 :: INSTR')

接下來，發(fā)送必要的命令以配置測試設置。在設置完參數(shù)后，可以開啟儀器輸出，并通過編程邏輯實現(xiàn)所需的測試行為。

下面的Python示例展示了如何向MP5000 MSMU60-2發(fā)送TSP命令以執(zhí)行一個簡單的電流掃描（Current Sweep）：

inst.write('reset()')

#SourceSettings

inst.write('slot[1].smu[2].source.func = slot[1]. smu[2]. FUNC_DC_CURRENT')

inst.write('slot[1].smu[2].source.rangei = 1000e-3')

inst.write('slot[1].smu[2].source.leveli = 0')

inst.write('slot[1].smu[2].source.limitv = 6')

#MeasureSettings

inst.write('slot[1].smu[2].measure.rangev = 6')

inst.write('slot[1].smu[2].measure.rangei = 1000e-3')

inst.write('slot[1].smu[2].measure.nplc = 1')

inst.write('slot[1].smu[2].measure.autorangei = 1')

#SenseMode

inst.write('slot[1].smu[2].sense = slot[1]. smu[2]. SENSE _ 2WIRE')

#Calculatestop current / (number of sweep points -1)

delta=300e-3/ (31-1)

#TurnOutput On

inst.write('slot[1].smu[2].source.output = 1')

inst.write('reset()')

#foreach sweep point, calculate the source level and then take an iv

Measurement

For j inrange(1, 31):

inst.write('slot[1].smu[2].source.leveli ='str((j-1) * delta))

inst.write('slot[1].smu[2].measure.iv(slot[1].smu[2].defbuffer1,

slot[1].smu[2].defbuffer2)')

#TurnOutput Off

inst.write('slot[1].smu[2].source.output = 1')

對于希望在編程中進一步抽象化TSP命令或需要使用多種儀器的用戶而言，驅動程序能顯著簡化代碼編寫過程。Tektronix為MP5000提供了Python驅動程序和IVI驅動程序，這些驅動程序可在任意IDE或代碼編輯器（如Visual Studio Code）中使用。

Tektronix Python驅動庫：tm_devices

tm_devices是Tektronix提供的設備管理包，包含大量命令與函數(shù)，可幫助用戶輕松通過Python自動化控制Tektronix各類儀器。它支持代碼自動補全功能，使具有不同軟件經(jīng)驗水平的工程師都能輕松實現(xiàn)測試自動化。安裝非常簡單，可通過Python的包管理系統(tǒng)pip完成：

pip install tm_devices

以下為使用tm_devices Python驅動自動化控制MP5000 MPSU50-2ST的示例：

From typing importcast, TYPE_CHECKING

From tm_devices import DeviceManager

From tm_devices.drivers import MP5103

If TYPE_CHECKING:

From tm_devices.commands import PSU50STCommands

With DeviceManager(verbose=True) as device _ manager:

# Add a mainframe to the device manager and access its commands.

mainframe: MP5103 =device_manager.add_mf("0.0.0.0")

# Some examples demonstrating the usage of mainframe level commands.

mf_model=mainframe.commands.localnode.model

value=mainframe.commands.eventlog.count

# Get access to the psu module command object available in third slot of

the mainframe.

modular_psu=cast("PSU50STCommands",

mainframe.get_module_commands_psu(slot=3))

# Some examples demonstrating the usage of module level commands.

# Get the psu model and version

psu_model=modular_psu.model

psu_version=modular_psu.version

modular_psu.firmware.verify()

# Some examples demonstrating the usage of channel level commands.

# Set the measurement aperture in seconds

modular_psu.psu[1].measure.count=5

# Enable the source output

modular_psu.psu[2].source.output=1

# Set the offset value used for voltage measurements

rel_value=modular_psu.psu[1].measure.rel.levelv

# Create a reference to the default buffer

my_buffer=modular_psu.psu[1].defbuffer1

# Read the value in the specified reading buffer

# Measure the voltage on channel 1 of the PSU

voltage_value=modular_psu.psu[1].measure.v()

構建測試

在使用MP5000進行測試開發(fā)時，有兩種選擇：

■傳統(tǒng)測試開發(fā)—— 由PC軟件控制測試執(zhí)行；

■完全利用TSP—— 同時作為命令集和編程語言，通過編寫TSP腳本實現(xiàn)。

腳本是TSP的核心功能之一，它允許用戶在無需外部計算機處理的情況下，直接自動控制儀器，類似于嵌入式設備的腳本執(zhí)行方式。TSP腳本可完成多種復雜任務，例如：根據(jù)最近一次測量動態(tài)調整源輸出值；在多臺儀器間同步觸發(fā)掃描；或執(zhí)行簡單任務，如對緩沖區(qū)讀數(shù)應用數(shù)學公式。通過腳本，儀器成為一個功能強大的“邊緣計算解決方案”，可即時做出決策，減少通信開銷并簡化數(shù)據(jù)分析。

圖1：傳統(tǒng)PC測試開發(fā)與在儀器上運行的TSP腳本的可視化對比

TSP腳本可使用文本編輯器編寫，也可通過Tektronix提供的TSP Toolkit（Visual Studio Code擴展）實現(xiàn)。該擴展為開發(fā)者提供了：

■語法高亮

■內聯(lián)命令提示與自動補全

■完整調試器

■其他豐富功能，顯著提升TSP腳本開發(fā)體驗。

TSP腳本可以保存到MP5000系列儀器中在本地運行，也可以通過TSP Toolkit終端以Sockets或VISA連接方式從外部運行。

圖2： 在TSP Toolkit終端中運行的TSP腳本、函數(shù)調用及命令

關于TSP腳本的重要規(guī)則

■每個腳本必須具有唯一名稱，且名稱不能以數(shù)字開頭。

■腳本名稱不能包含空格。

■腳本名稱必須保持唯一。
若加載一個與現(xiàn)有腳本同名的新腳本，系統(tǒng)將生成錯誤事件信息。
用戶必須在創(chuàng)建同名新腳本之前刪除原有腳本。

■ 若對現(xiàn)有腳本進行修改并以新名稱保存，則原始腳本仍會以舊名稱保留在儀器中。

■用戶可將腳本保存到儀器的非易失性存儲器中。
將腳本保存到非易失性存儲器可確保儀器在斷電后不會丟失腳本。

以下是一個簡單的TSP腳本示例

使用MP5000 MSMU60-2模塊執(zhí)行一個基本的電流掃描（Current Sweep）：

reset()

-- Source Settings

slot[1].smu[2].source.func=slot[1].smu[2].FUNC_DC_CURRENT

slot[1].smu[2].source.rangei=1000e-3

slot[1].smu[2].source.leveli=0

slot[1].smu[2].source.limitv=6

-- Measure Settings

slot[1].smu[2].measure.rangev=6

slot[1].smu[2].measure.rangei=1000e-3

slot[1].smu[2].measure.nplc=1

slot[1].smu[2].measure.autorangei=1

--Sense Mode

slot[1].smu[2].sense=slot[1].smu[2].SENSE_2WIRE

--Calculate stop current / (number of sweep points -1)

localdelta=300e-3/ (31-1)

--Turn Output On

slot[1].smu[2].source.output=1

--for each sweep point, calculate the source level and then take an iv

Measurement

forj=1, 31 , 1do

slot[1].smu[2].source.leveli= ((j-1) *delta)

slot[1].smu[2].measure.iv(slot[1].smu[2].defbuffer1,

slot[1].smu[2].defbuffer2)

end

TSP命令可以組合在一起，并與其他編程邏輯結合，創(chuàng)建一個函數(shù)（function）。

這類函數(shù)即稱為腳本（script），儀器可將其解釋為一個單獨的TSP命令來執(zhí)行。

將測試集成到測試環(huán)境中

可以使用Python或其他編程語言來調用TSP腳本。這種能力意味著用戶可以復用部分或全部現(xiàn)有的編程代碼，無需完全重構代碼庫，同時利用TSP提供的更高吞吐量、更好的同步性與觸發(fā)控制。TSP腳本使用TSP Toolkit編寫和調試非常方便，而測試框架的其余部分可通過相應的VS Code擴展輕松編輯，以提升開發(fā)效率。

一個加載到儀器內存中的TSP腳本可以通過一行Python代碼執(zhí)行：

import pyvisa

rm = pyvisa.ResourceManager()

inst = rm.open_resource('TCPIP0::INSTR')

inst.write('SimpleIVTest()')

另一個需要考慮的方面是如何從儀器中獲取數(shù)據(jù)。用戶可以使用TSP命令直接在TSP Toolkit終端中打印緩沖數(shù)據(jù)：

--for each sweep point, calculate the source level, take an iv measurement, and then print the values to the terminal

print("Current Voltage")

for j = 1, 31 , 1 do

slot[1].smu[2].source.leveli = 0 + ((j-1) * delta)

slot[1].smu[2].measure.iv(slot[1].smu[2].defbuffer1,

slot[1].smu[2].defbuffer2)

print(slot[1].smu[2].defbuffer1[j],slot[1].smu[2].defbuffer2[j])

end

這些命令同樣可以在Python中執(zhí)行，以實現(xiàn)相同的功能。

#foreach sweep point, calculate the source level, take an iv measurement, and then print the values to the terminal

print("Current Voltage")

for j in range(1, 31):

inst.write('slot[1].smu[2].source.leveli =' str((j-1) * delta))

inst.write('slot[1].smu[2].measure.iv(slot[1].smu[2].defbuffer1,

slot[1].smu[2].defbuffer2)')

inst.query('print(slot[1].smu[2].defbuffer1[j],slot[1].smu[2].defbuffer2[j])')

｜結論｜

MP5000模塊化精密測試系統(tǒng)（MP5000 Modular Precision Test System）結合TSP腳本的靈活性與驅動程序支持，為工程師提供了一個功能強大且可擴展的平臺，用于自動化測試開發(fā)。通過學習TSP命令結構、編排命令序列、構建可復用腳本，并將其集成到現(xiàn)有測試環(huán)境中，用戶可以：

■優(yōu)化測試流程；

■減少通信開銷；

■實現(xiàn)更快、更可靠的測試結果。

無論是利用Python驅動實現(xiàn)簡潔控制，還是全面采用嵌入式TSP腳本實現(xiàn)高效率執(zhí)行，MP5000都能幫助工程師構建高效、靈活、并面向未來的自動化測試解決方案，以支持廣泛的半導體和電子器件驗證需求。

我們提供專業(yè)的測量洞見信息，旨在幫助您提高績效以及將各種可能性轉化為現(xiàn)實。

泰克設計和制造能夠幫助您測試和測量各種解決方案，從而突破復雜性的層層壁壘，加快您的全局創(chuàng)新步伐。我們攜手共進，一定能夠幫助各級工程師更方便、更快速、更準確地創(chuàng)造和實現(xiàn)技術進步。

我們隸屬于銳聯(lián)特（Ralliant）公司。銳聯(lián)特在精密技術領域擁有值得信賴的測試與測量（Test and Measurement）、傳感器與安全系統(tǒng)（Sensors and Safety Systems）等行業(yè)標桿品牌，匯聚全球精英團隊，共同護航客戶關鍵應用，攜手締造未來科技圖景。