魏元焜

(遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 丹東 118009)

當(dāng)前，我國已成為全球范圍內(nèi)的電子產(chǎn)品制造大國，電子產(chǎn)品滲入到生活的方方面面，包括通信、醫(yī)療、教育、交通、金融等等。電子產(chǎn)品零配件品種、型號(hào)繁多，生產(chǎn)環(huán)節(jié)繁雜，不間斷的產(chǎn)品換代使得電子產(chǎn)品的測試工作不堪重負(fù)[1]。目前較大比例的中小型電子科技企業(yè)由于資金、技術(shù)等方面的限制，仍然采用人工測試這種傳統(tǒng)測試方式。在傳統(tǒng)人工測試中，操作人員需要通過手動(dòng)連接和設(shè)置萬用電表、示波器、波形發(fā)生器等一系列測試設(shè)備來搭建測試平臺(tái)，測試過程中需要重復(fù)性地測試數(shù)據(jù)并對測試結(jié)果進(jìn)行人工讀取，這樣會(huì)引起諸如人工讀數(shù)誤差及錯(cuò)誤、速度慢、記錄數(shù)據(jù)無法共享等問題，大大降低測試效率且不能實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品的量產(chǎn)測試[2]。針對上述問題，本文提出了一種基于LabVIEW和NI ELVIS的電子產(chǎn)品自動(dòng)測試平臺(tái)，平臺(tái)具有操作簡單、擴(kuò)展靈活的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品的快速自動(dòng)化測試，可以提高電子產(chǎn)品檢測的效率。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

測試平臺(tái)分測試板卡、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)以及運(yùn)行在計(jì)算機(jī)中的測試控制程序幾部分構(gòu)成，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

測試板卡直接與被測元件或芯片相連，用于將測試指令傳送給被測對象并接收被測對象的響應(yīng)。由于不同的測試對象所需要的外圍輔助電路不同，頻繁地重新搭建輔助電路會(huì)嚴(yán)重影響測試效率。為此，本文針對不同類型和型號(hào)的測試對象，設(shè)計(jì)了不同的測試板卡。當(dāng)測試對象發(fā)生變更時(shí)，直接從數(shù)據(jù)采集卡上更換對應(yīng)板卡即可。圖2給出了系統(tǒng)中若干常用的測試板卡。

數(shù)據(jù)采集卡是連接被測芯片和計(jì)算機(jī)之間的橋梁，承擔(dān)了控制指令和測試數(shù)據(jù)的傳輸任務(wù)。為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的時(shí)序控制和高速數(shù)據(jù)采集，選擇高性能的數(shù)據(jù)采集卡是十分必要的。本文選擇美國國家儀器(以下簡稱NI)公司的工程實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器套件(ELVIS)作為本平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集卡，如圖3(a)所示。NI ELVIS集成了12款常用儀器，包括多通道數(shù)據(jù)采集功能(含模擬和數(shù)字I/O)、數(shù)字萬用表、高采樣率的兩通道示波器、函數(shù)發(fā)生器、固定和可變電源以及兩線和三線阻抗分析儀[3]。相對于傳統(tǒng)的多臺(tái)測量儀器同時(shí)使用的情況，使用單個(gè)NI ELVIS實(shí)施測量可以極大地節(jié)省空間同時(shí)又保證測量精度。通過USB接口與PC連接，NI ELVIS即可實(shí)現(xiàn)快速易用的測量采集及顯示，圖3(b)給出了NI ELVIS集成的示波器測量界面。此外，NI ELVIS也可通過LabVIEW軟件編程的方式實(shí)現(xiàn)具有分析判斷功能的自動(dòng)化測試流程[4-5]，如圖3(c)所示。

這里提到的LabVIEW編寫的程序，即圖4中計(jì)算機(jī)運(yùn)行的測試控制軟件，它可以向數(shù)據(jù)采集卡發(fā)出指令并控制其進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，是整個(gè)自動(dòng)化測試的發(fā)起者和控制者，測試過程中的測試條目管理、測試邏輯、并發(fā)執(zhí)行以及測試結(jié)果存儲(chǔ)等一系列任務(wù)，都是由測試控制軟件控制完成的。LabVIEW是一種圖形化編程語言，因此可以快速簡單地實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并發(fā)處理[6-7]，且與NI ELVIS具有很好的兼容性，可以極大程度地縮短開發(fā)周期。

在整個(gè)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集卡是固定不變的，它只負(fù)責(zé)控制信號(hào)和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確高效傳輸，并不關(guān)心數(shù)據(jù)是如何被顯示和存儲(chǔ)的以及測試的對象是什么。數(shù)據(jù)由測試控制軟件定義、解析、顯示和存儲(chǔ)，不同的測試對象需要由測試控制軟件定義一套獨(dú)立的測試流程。每一個(gè)測試對象和對應(yīng)的測試板卡一關(guān)聯(lián)，當(dāng)新增測試對象后，只需新增一塊包含其測試電路的測試板卡并向測試控制軟件添加新對象的測試流程即可，因而整個(gè)系統(tǒng)是可以靈活擴(kuò)展和刪減的。

2 典型測試過程設(shè)計(jì)

電子產(chǎn)品種類多樣，而隨著集成電路(以下簡稱IC)技術(shù)的發(fā)展，更多的電子產(chǎn)品被封裝成芯片的形式。因此目前在電子產(chǎn)品測試中以IC測試為主。IC測試的最終目的是檢驗(yàn)IC是否符合設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，根據(jù)測試內(nèi)容進(jìn)行劃分，IC測試可分為：功能測試和參數(shù)測試。功能測試主要由輸入矢量和相應(yīng)的響應(yīng)組成，通過測試來驗(yàn)證IC是否能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的功能。有些IC雖然通過了功能測試，但無驅(qū)動(dòng)能力，這類IC仍然被認(rèn)為具有缺陷的電路，這種情況下電參數(shù)測試則成為一種有效的測試方法。IC參數(shù)測試包括DC參數(shù)測試和AC參數(shù)測試。DC參數(shù)測試包括開/短路測試、漏電流測試、失調(diào)電壓測試和閾值電壓測試等等，AC參數(shù)試包括上升/下降時(shí)間測試頻率/周期測試等等。

本節(jié)以運(yùn)算放大器LF356為測試對象，以DC測試的輸入失調(diào)電壓為例，詳細(xì)介紹本文提出系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)和工作過程。

2.1 測試板卡設(shè)計(jì)

由于實(shí)際差動(dòng)放大器會(huì)產(chǎn)生偏置電壓，在常溫下當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，集成運(yùn)放的輸出電壓可能不為零，該輸出電壓稱為輸出失調(diào)電壓。為了使輸出電壓回零，需要在輸入端加入反向補(bǔ)償電壓，該補(bǔ)償電壓即為輸入失調(diào)電壓uos。輸入失調(diào)電壓的測試方法分為單管測試法和輔助運(yùn)算放大器法。由于單管法具有外圍電路簡單的優(yōu)點(diǎn)，因此本文選擇這一方法在測試板卡上搭建外圍電路。測試的外圍電路和測試對象一起構(gòu)成一個(gè)差動(dòng)放大器，并將兩個(gè)輸入端接地，測量其輸出uo。測試電路如圖4所示，為便于測試時(shí)更換測試對象，設(shè)計(jì)了電路接口，將外圍電路和測試對象明確分開，使用芯片插座用來臨時(shí)固定芯片。測試板卡的正負(fù)電源、地都由數(shù)據(jù)采集卡NI ELVIS提供，輸出電壓uo端與NI ELVIS的模擬輸入通道0(AI0)相連。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

為設(shè)計(jì)正確的測試程序，需先分析出uos的計(jì)算公式?？疾靾D4，由集成運(yùn)放輸出計(jì)算公式可得式，

u0=(u+-u-)·Aod

(1)

由單管測試法電路可得式，

(2)

將式代入式可得，

(3)

由式可得，

(4)

由于u+=uos，考慮到Aod?1，因此可得uos表達(dá)式如式所示。

(5)

對照芯片手冊可知，LF356的最大失調(diào)電壓為10 mV，因此只要測得uo并利用程序按式計(jì)算出uos，與最大值10 mV比較即可判斷芯片的輸入失調(diào)電壓是否在允許范圍內(nèi)，即芯片是否通過測試。測試程序流程圖和運(yùn)行工界面分別如圖5和圖6所示。為正常開展測試，程序必須先完成開啟電源和數(shù)據(jù)IO通道等初始化操作。初始化后，測試程序會(huì)以100 ms為間隔連續(xù)三次測量輸出電壓u0，計(jì)算平均值，再根據(jù)式自動(dòng)計(jì)算uos，當(dāng)uos小于手冊規(guī)定的10 mV 時(shí)，則顯示通過(PASS)，否則顯示不通過(NG)?？紤]到多芯片連續(xù)測試的情況，為簡化操作，程序設(shè)置了定時(shí)自動(dòng)測量功能。程序還設(shè)置了測試結(jié)果記錄和導(dǎo)出功能，方便測試歷史數(shù)據(jù)查看和分析。測試結(jié)束后，程序會(huì)關(guān)閉電源和數(shù)據(jù)IO通道。

3 結(jié)論

電子產(chǎn)品測試工作操作過程繁瑣、重復(fù)性強(qiáng)，使用的儀器繁多，傳統(tǒng)的人工檢測方式效率低，容易出錯(cuò)。本文提出的電子產(chǎn)品自動(dòng)化測試系統(tǒng)基于NI公司的虛擬儀器技術(shù)，采用NI ELVIS作為數(shù)據(jù)采集卡，集成了12種傳統(tǒng)測量儀器，以LabVIEW軟件編程對采集卡進(jìn)行編程，通過軟件控制電子產(chǎn)品測試流程和公式計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了多種類型電子產(chǎn)品的高效自動(dòng)化測量，為中小型企業(yè)的產(chǎn)品測試線升級(jí)改造提供了可行的思路。