La precisión a prueba

Un vehículo autónomo se aproxima a una intersección a 35 mph cuando su sistema LiDAR detecta un objeto más adelante. La diferencia entre medir con precisión la distancia a ese objeto en 165 pies versus 167 pies determina si el vehículo puede frenar de manera suave a tiempo. Esos dos pies de distancia extra pueden significar la diferencia entre la seguridad y un accidente.

Este nivel de medición precisa depende de la tecnología analógica avanzada que conecta el procesamiento digital con el mundo físico.

Los convertidores de datos de alta precisión, los amplificadores, las referencias de tensión y otros circuitos integrados (IC) analógicos están diseñados para captar señales del mundo real, como temperatura, humedad, tensión, corriente, distancia y posición con una exactitud extraordinaria. Al trabajar en conjunto sobre una placa de circuito, estos chips analógicos proporcionan una exactitud a nivel del sistema y permiten que los sistemas digitales tomen decisiones inteligentes.

Sin embargo, antes de que esos chips puedan funcionar en conjunto, es fundamental probarlos y validar su rendimiento y exactitud un equipo de prueba avanzado que debe ser más sofisticado que los propios chips. Los sistemas de prueba automatizados (ATE), los osciloscopios de alta resolución, los multímetros digitales y otras herramientas dependen de los semiconductores avanzados para validar la electrónica de próxima generación. Si se producen errores, los fabricantes corren el riesgo de enfrentar fallas costosas en los productos, problemas de seguridad y, lo más importante, la pérdida de la confianza del consumidor.

La implacable evolución de la precisión

“El sector de los semiconductores está fabricando transistores con longitudes de compuerta de 1.5 nm”, dijo Karthik Vasanth, vicepresidente de convertidores de datos y sincronización en TI. “Para ponerlo en perspectiva, la distancia entre dos átomos de silicio es de aproximadamente 0.23 nm. Así que estamos fabricando transistores aproximadamente cinco veces más grandes que la separación entre átomos. Es algo asombroso”.

A medida que los semiconductores alcanzan niveles de precisión atómica, el equipo de prueba de alta resolución debe volverse igual de sofisticado. Los ingenieros siguen diseñando un equipo de prueba capaz de medir un mayor ancho de banda, señales más rápidas y mayor resolución en cada nueva generación.

Robert Manion ha sido testigo directo de esa evolución en National Instruments (NI), ahora parte de Emerson. Como gerente general de soluciones para semiconductores en Prueba y Medición, su empresa utiliza los circuitos integrados de precisión de TI para detectar variaciones de rendimiento que hace unos años eran difíciles o imposibles de medir.

Robert afirma: “desde la investigación de procesos de menos de 2 nm hasta la validación de silicio, la caracterización y los ATE de producción en volumen, los sistemas de National Instruments están diseñados para probar los semiconductores más avanzados del mundo”. “Para ofrecer esa amplitud, necesitamos integrar convertidores de datos excepcionales y componentes analógicos de precisión. Al combinar esto con las capacidades emergentes de la IA en nuestras plataformas de prueba, podemos identificar los comportamientos de los dispositivos que hace unos años eran inalcanzables. Esto le permite a los fabricantes de chips acelerar sus ciclos de aprendizaje y llevar cada nueva generación al mercado con mayor seguridad”.

Los requisitos de precisión

Según Karthik, “los diseñadores siempre elegirán los componentes más confiables y de mejor calidad”. “No sacrificarán las especificaciones básicas de precisión”. Esta realidad impulsa la innovación continua, ya que TI enfrenta la demanda desde dos perspectivas: como fabricante de chips y como usuario de equipos.

Por ejemplo, la precisión de los amplificadores ha mejorado de manera notable. Los amplificadores de precisión actuales pueden detectar señales eléctricas 100 veces más precisas que lo que era posible hace apenas 10 años. “Incluso un componente semiconductor sencillo, como un amplificador, está cambiando el mundo gracias a su precisión y exactitud”, dijo Prajkta Vyavahare, vicepresidenta de amplificadores en TI.

El equipo de prueba y medición actual requiere amplificadores de precisión con un rendimiento increíblemente estable, donde las desviaciones deben mantenerse dentro de microvoltios, además de alcanzar niveles de ruido ultra bajos. Por ejemplo, el convertidor de datos debe ser lo suficientemente sensible para detectar una medición defectuosa entre 16 millones de correctas; todo mientras procesa más de 1000 millones de muestras por segundo. Además, las referencias de tensión deben mantener niveles prácticamente de cero derivación a lo largo del tiempo, de modo que el equipo de prueba pueda funcionar por más tiempo y contribuir a inaugurar una nueva era de precisión.

La prueba y medición desempeña un papel fundamental para impulsar el avance de los dispositivos. “Una vez que diseñas y fabricas el semiconductor, quieres asegurarte de que cumpla con cada especificación de rendimiento para la que se diseñó”, menciona Prajkta. “La prueba no solo verifica; también brinda confianza en tu diseño”.

Esos requisitos de rendimiento también generan un ciclo fascinante entre los fabricantes de semiconductores y los fabricantes de equipos, que impulsa el sector. “Cada producto con este nivel de precisión debe probarse antes de salir al mercado”, explicó Karthik. “Es lo que lo hace posible. El equipo de prueba siempre debe ser más preciso que el producto que mide, lo que impulsa la innovación continua en el diseño de semiconductores y la tecnología de pruebas”.

Un viaje interminable

Esta búsqueda implacable de precisión se aplica a cualquier aplicación que requiera mediciones más exactas. Los sistemas de baterías de vehículos eléctricos necesitan amplificadores de precisión capaces de medir con exactitud la corriente de carga y las tensiones para evitar fallas peligrosas. Los chips de inteligencia artificial (IA) para centros de datos requieren pruebas que identifiquen los defectos ultrapequeños antes de su implementación en los servidores.

Los avances en semiconductores seguirán habilitando equipos de prueba automatizados con capacidades de IA mejoradas que predicen fallas y toman decisiones en tiempo real. Los avances en integración permitirán sistemas de prueba más pequeños y confiables, ayudando a los fabricantes a mejorar la calidad, acelerar el tiempo de comercialización y escalar la producción.

“Al final, el éxito sigue dependiendo de resolver problemas de ingeniería reales”, señaló Prajkta. “Sabes que has alcanzado la precisión cuando los diseñadores de sistemas de prueba y medición te dicen que tu solución resuelve su problema”.